New 080418PC865 F+E Schlussbericht - Cleaner Production · 2015. 11. 14. · PHASE 1: GRUNDLEGENDE...

Forschungszentrum Karlsruhe Projektträger des BMBF

Bereich Wassertechnologie und Entsorgung

- SCHLUSSBERICHT -

ENTWICKLUNG EINES WASSERNUTZUNGSKONZEPTES FÜR ARIDE GEBIETE AM BEISPIEL DER

INSEL SAL / CABO VERDE (REPUBLIK KAPVERDEN) (FÖRDERKENNZEICHEN: 02WA0597)

PHASE 1: GRUNDLEGENDE UNTERSUCHUNG UND KONZEPTERSTELLUNG PHASE 2: a) PILOTVERSUCH

b) WIEDERVERWENDUNG VON GEREINIGTEM ABWASSER ZU BEWÄSSERUNGSZWECKEN (WASTEWATER REUSE)

April 2008 Auftraggeber: Auftragnehmer: Forschungszentrum Karlsruhe Prack Consult GmbH Projektträger des BMBF und des BMWA Postfach 16 24 für Wassertechnologie und Entsorgung D-25746 Heide Postfach 3640 Tel.: 0481 – 75 57 76021 Karlsruhe Fax: 0481 – 675 31 e-mail: [email protected]

Das diesem Bericht zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung unter dem Förderkenn-zeichen 02WA0597 gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor.

Entwicklung eines Wassernutzungskonzeptes Schlussbericht für aride Gebiete am Beispiel der a 02WA0597 Insel Sal / Cabo Verde (Republik Kapverden)

Prack Consult GmbH 18.04.2008 Development Consultants (865 F+E Sal/BerichteF+E/Schlussbericht/080418PC865_F+E_Schlussbericht.doc)

Inhaltsverzeichnis

VORWORT...............................................................................................................................1

ZUSAMMENFASSUNG ...........................................................................................................2

I. ALLGEMEINES / KURZDARSTELLUNG DES FORSCHUNGSPROJEKTES...............4

1. EINLEITUNG .......................................................................................................................4

2. VERANLASSUNG UND ZIELE DES PROJEKTES......................................................................4

2.1 Veranlassung ..............................................................................................................4

2.2 Ziele des gesamten Forschungsprojektes...............................................................6

2.2.1 Entwicklungsziel 1: Entwicklung einer modularen Kläranlage zur Behandlung

von Abwasser und Fäkalschlämmen....................................................................6

2.2.2 Entwicklungsziel 2: Transfer einer KSVE-Anlage aus Europa auf einen

trockenen, heißen Standort ...................................................................................6

2.2.3 Forschungsziel 1: Mitbehandlung von Fäkalschlämmen und Meer- bzw.

Brackwasser in einer Kläranlage. .........................................................................7

2.2.4 Entwicklungsziel 3: Rückübertragung der Erfahrungen.....................................7

3. VORAUSSETZUNGEN ..........................................................................................................7

4. PROJEKTBESCHREIBUNG / PLANUNG UND ABLAUF DES VORHABENS...................................8

4.1 Phase 1: Grundlegende Untersuchung und Konzepterstellung ............................9

4.2 Phase 2: Pilotversuch und Wastewater Reuse Studie..........................................10

4.3 Phase 3: Projektrealisierung (großtechnischer Maßstab) ....................................11

5. WISSENSCHAFTLICHER UND TECHNISCHER STAND ............................................................11

6. ZUSAMMENARBEIT MIT ANDEREN STELLEN........................................................................12

II. EINGEHENDE DARSTELLUNG DER ERZIELTEN ERGEBNISSE..............................13

1. WICHTIGSTE WISSENSCHAFTLICH-TECHNISCHE ERGEBNISSE DER PHASE 1: GRUNDLEGENDE

UNTERSUCHUNG UND KONZEPTERSTELLUNG....................................................................13

Entwicklung eines Wassernutzungskonzeptes Schlussbericht für aride Gebiete am Beispiel der b 02WA0597 Insel Sal / Cabo Verde (Republik Kapverden)


2. WICHTIGSTE WISSENSCHAFTLICH-TECHNISCHE ERGEBNISSE DER PHASE 2 .......................15

2.1 Pilotversuch ..............................................................................................................15

2.1.1 Planung und Bau der Pilotanlage .......................................................................15 2.1.1.1 Container-Kläranlage (CKA) ...............................................................................15

2.1.1.1.1 Planungsgrundlagen...................................................................................15 2.1.1.1.2 Bemessung der CKA ..................................................................................17 2.1.1.1.3 Aufbau und Technische Ausrüstung der CKA ............................................17 2.1.1.1.4 Erweiterung der Pilotanlage zur Mitbehandlung von Fäkalschlamm ..........20

2.1.1.2 Pilot-Klärschlammvererdungsanlage ..................................................................21 2.1.1.2.1 Planungsgrundlagen...................................................................................21 2.1.1.2.2 Bemessung der Klärschlammvererdungsanlage ........................................22 2.1.1.2.3 Aufbau und Technische Ausrüstung der Klärschlammvererdungsanlage ..23

2.1.2 Betrieb der Pilotanlage / Versuchsdurchführung..............................................23 2.1.2.1 Betreuung und Überwachung der Pilotanlage ....................................................23 2.1.2.2 Einfahrphase CKA ..............................................................................................23 2.1.2.3 Behandlung von Abwasser in der CKA...............................................................25 2.1.2.4 Mitbehandlung von Fäkalschlämmen und Brack-/Salzwasser in der CKA .........27 2.1.2.5 Betrieb der Pilot-KSVE .......................................................................................29

2.1.3 Auswertung der Ergebnisse................................................................................30 2.1.3.1 Physikalische Messergebnisse...........................................................................31 2.1.3.2 Chemische Messergebnisse...............................................................................34 2.1.3.3 Versuchsreihe Fäkalschlammzugabe.................................................................41

2.2 Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser (Wastewater Reuse) ................42

2.2.1 Bestandaufnahme / Grundlagenermittlung........................................................43

2.2.2 Technisches Leistungskonzept ..........................................................................43

2.2.3 Finanzanalyse und Cash-Flow Analyse..............................................................45

3. VORAUSSICHTLICHER NUTZEN..........................................................................................46

3.1 Verwertbarkeit der Ergebnisse im Sinne des Verwertungsplans ........................46

3.1.1 Erfindungen / Schutzrechtsanmeldungen..........................................................46

3.1.2 Wirtschaftliche / wissenschaftliche / technische Erfolgsaussichten nach

Projektende ...........................................................................................................46 3.1.2.1 Vorteile gegenüber Konkurrenzlösungen ...........................................................46 3.1.2.2 Wirtschaftliche Erfolgsaussichten / Nutzen deutscher Industrie .........................47

Entwicklung eines Wassernutzungskonzeptes Schlussbericht für aride Gebiete am Beispiel der c 02WA0597 Insel Sal / Cabo Verde (Republik Kapverden)


3.1.2.3 Rückübertragung der KSVE-Ergebnisse nach Mitteleuropa...............................48 3.1.2.4 Verwertungshorizont / Transfer ..........................................................................48

3.1.3 Wissenschaftliche und wirtschaftliche Anschlussfähigkeit.............................48

4. FORTSCHRITT AUF DEM GEBIET DES VORHABENS BEI ANDEREN STELLEN WÄHREND DER

DURCHFÜHRUNG DES VORHABENS ...................................................................................50

5. VERÖFFENTLICHUNGEN UND VORTRÄGE...........................................................................52

5.1 Phase 1: Grundlegende Untersuchung und Konzepterstellung ..........................52

5.2 Phase 2 ......................................................................................................................52

5.2.1 Pilotversuch ..........................................................................................................52

5.2.2 Wastewater Reuse................................................................................................52

Entwicklung eines Wassernutzungskonzeptes Schlussbericht für aride Gebiete am Beispiel der d 02WA0597 Insel Sal / Cabo Verde (Republik Kapverden)


Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Vorfertigung der Container-Kläranlage (August 2006), Nachklärung .........18 Abbildung 2: Belebungsbecken: Strahlbelüfter und Überschussschlammpumpe (August

2006)...........................................................................................................18 Abbildung 3: Vorinstallation der Anlagenkomponenten der Nachklärung (August 2006) 18 Abbildung 4: Ansicht der Container-Kläranlage nach Vor-Ort-Installation und

Endmontage................................................................................................18 Abbildung 5: Fließschema der CKA.................................................................................19 Abbildung 6: Ablaufleitung (grün) des gereinigten Abwassers von der CKA in die

KA Murdeira (Freigefälle)............................................................................20 Abbildung 7: Einbau des Fäkalschlammtanks (März 2007).............................................21 Abbildung 8: Fäkalschlammtank und Zulaufleitung (März 2007) .....................................21 Abbildung 9: Erste Bewässerung der Jung-Pflanzen der Pilot-KSVE (Oktober 2006) ....22 Abbildung 10: Durchschnittlicher Durchfluss der CKA (je Messintervall)...........................25 Abbildung 11: Pumpstunden + Stromverbrauch der CKA..................................................26 Abbildung 12: Einstau der Pilot-KSVE mit gereinigtem Abwasser aus der CKA ...............29 Abbildung 13: Beschickung der Pilot-KSVE mit Belebtschlamm aus der CKA..................29 Abbildung 14: Schilfbewuchs in der Pilot-KSVE im Juli 2007............................................30 Abbildung 15: Vermehrung des Schilfbestandes über Adventivwurzeln und Rhizome .....30 Abbildung 16: Ablauf aus der CKA ....................................................................................31 Abbildung 17: Entwicklung der Sichttiefe in Nachklärung der CKA ...................................32 Abbildung 18: Entwicklung des Schlammvolumens in der CKA ........................................33 Abbildung 19: Entwicklung von Schlammvolumen + Sichttiefe in der CKA .......................34 Abbildung 20: Entwicklung des CSB (Zulauf + Ablauf) über den bisherigen

Untersuchungszeitraum..............................................................................36 Abbildung 21: Reinigungsgrad der CKA bezogen auf den CSB........................................37 Abbildung 22: Entwicklung des BSB5 (Zulauf + Ablauf) über den bisherigen

Untersuchungszeitraum..............................................................................38 Abbildung 23: Reinigungsgrad der CKA bezogen auf den BSB5.......................................39 Abbildung 24: Entwicklung der Abbaubarkeit und des CSB/BSB5-Verhältnisses (Zulauf +

Ablauf) über den bisherigen Untersuchungszeitraum.................................39 Abbildung 25: Ammonium-Stickstoff (NH4-N) in Zu- und Ablauf der CKA über den

bisherigen Untersuchungszeitraum ............................................................41

Entwicklung eines Wassernutzungskonzeptes Schlussbericht für aride Gebiete am Beispiel der e 02WA0597 Insel Sal / Cabo Verde (Republik Kapverden)


Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Phasen 1-3 des gesamten F+E-Projektes ........................................................9 Tabelle 2: Salzgehalt im Wasser ausgedrückt als elektrische Leitfähigkeit ....................28 Tabelle 3: Abwasserqualität (Zulauf und Ablauf) sowie Reinigungsgrad der CKA

bezogen auf die Parameter CSB und BSB5 (Nov. 06 – Dez. 07) ...................34 Tabelle 4: Fäkalschlammqualität im Vergleich zum Abwasser........................................42

Anlagenverzeichnis

Anlage 1: Hydrologische Daten der Insel Sal (1992 - 2002)

Anlage 2: Zeitpläne des Forschungsprojektes

Anlage 3: Dokumentation des 1. Workshops (zur Phase 1)

Anlage 4: Memorandum of Understanding TURIM S.A.

Anlage 5: Dokumentation des 2. Workshops (Wastewater Reuse)

Anlage 6: Wirtschaftlichkeitsberechnung für die Plantage Milot Hydroponics für die

Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser zu Bewässerungszwecken

Anlage 7: Confirmation of Camara: Approval of the decentralised system / PPP-model

Anlage 8: Vorstellung Plano Director Municipal (PDM) am 13.07.2007 in Santa Maria,

Sal

Anlage 9: Resume Machbarkeitsstudie Phase 1 (Masterplan)

Anlage 10: Fotodokumentation Vorfertigung der CKA

Anlage 11: Fotodokumentation Betrieb der CKA

Anlage 12: Arbeitsplan (working plan) zum Bau der Pilot-KSVE

Anlage 13: Fotodokumentation Bau der Pilot-KSVE

Anlage 14: Fotodokumentation Entwicklung des Schilfbewuchses in der Pilot-KSVE

Anlage 15: Messberichte CKA (Messprogramm Pilot-Anlage Murdeira)

Anlage 16: Auswertung der Abwasseranalysen

Anlage 17: Resume „Reuse of treated wastewater for irrigation purposes”

Anlage 18: Zusammenfassung der Projektreisen

Entwicklung eines Wassernutzungskonzeptes Schlussbericht für aride Gebiete am Beispiel der f 02WA0597 Insel Sal / Cabo Verde (Republik Kapverden)


Abkürzungsverzeichnis

ALN Analytik Labor Nord GmbH

A.S. activated sludge = Belebtschlamm

ASA Empresa Nacional de Aeroportos e Seguranca Aera (Flughafengesellschaft

auf Sal)

ATV A Arbeitsblatt der Abwassertechnischen Vereinigung

BA Bauabschnitt

BB Belebungsbecken

Bd,BSB5 tägliche BSB5-Fracht

BK Betriebskosten

BMBF Bundesministerium für Bildung und Forschung

BOT Build Operate Transfer (Betreibermodell)

BR,BSB5 Raumbelastung (BSB5)

BSB5 Biochemischer Sauerstoffbedarf in 5 Tagen

BTS Schlammbelastung

CKA Container-Kläranlage

CSB Chemischer Sauerstoffbedarf

DIN Deutsche Industrie Norm

DN Nennweite eines Rohres

E Einwohner

EDOM Esquema Director de Ordenamento Municipal da Ilha do Sal

E.S. excess sludge = Überschussschlamm

EW Einwohnergleichwert

F+E Forschung + Entwicklung

FS Fäkalschlamm

F.S. floating sludge = Schwimmschlamm

GmbH Gesellschaft mit beschränkter Haftung

IK Investitionskosten

INE Instituto Nacional de Estatistica – Statistikamt auf den Kapverden

KA Kläranlage

KDB Kunststoffdichtungsbahn

KMU Kleine und mittlere Unternehmen

KSVE Klärschlammvererdungsanlage

Mbst Machbarkeitsstudie

NH4 Ammonium

Entwicklung eines Wassernutzungskonzeptes Schlussbericht für aride Gebiete am Beispiel der g 02WA0597 Insel Sal / Cabo Verde (Republik Kapverden)


NK Nachklärbecken

NO2 Nitrit

NO3 Nitrat

P Phosphor

PC Prack Consult

PDM Plano Director Municipal (Entwicklungsplan der Insel Sal)

PS sludge pump = Schlammpumpe

Q Durchfluss

Qmax Maximal-Durchfluss

SS Schlammspeicher

TS Trockensubstanz

TURIM S.A. Sociedade Turística Imobilára Espargos (Tourismus- und Immobilien-

gesellschaft Espargos)

ÜS Überschussschlamm

VBB Volumen Belebung

WWMS Wastewater Management System (Abwassermanagementsystem/-konzept)

WWTP Wastewater Treatment Plant (Kläranlage)

Entwicklung eines Wassernutzungskonzeptes Schlussbericht für aride Gebiete am Beispiel der h 02WA0597 Insel Sal / Cabo Verde (Republik Kapverden)


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Entwicklung eines Wassernutzungskonzeptes Schlussbericht für aride Gebiete am Beispiel der 1 02WA0597 Insel Sal / Cabo Verde (Republik Kapverden)


VORWORT

An dieser Stelle möchte Prack Consult zunächst seinen Dank für die Unterstützung und

Zuwendung für dieses Projekt insbesondere dem BMBF / Bonn und dem Forschungs-

zentrum Karlsruhe (Bereich Wassertechnologie und Entsorgung) aussprechen.

Nur durch deren Unterstützung ist es Prack Consult möglich gewesen, die eigenen F+E-

Ausgaben für das vorliegende Projekt zu veranlassen. Dies wird auch getragen vor dem

Hintergrund, dass Prack Consult als KMU die mit diesem F+E-Projekt verbundenen Ergeb-

nisse als Innovationsbeitrag für die deutsche bzw. europäische Industrie ansieht. Gleichzeitig

wird dadurch auch ein Beitrag zur Entwicklung des Partnerlandes Cabo Verde geleistet.

Prack Consult beabsichtigt, die sich aus diesem F+E-Projekt ergebenden Innovations-

ergebnisse patentrechtlich bzw. als Gebrauchswarenschutz schützen zu lassen.

Besonderer Dank gilt ebenfalls den Behörden in Cabo Verde bzw. auf der Insel Sal,

insbesondere der Camara do Sal mit Sitz in Espargos (Inselverwaltung von Sal) sowie dem

Ministério da Economia, Crescimento e Competitivade Praia/ Santiago, República de Cabo

Verde (Ministry of Economy of the Republic of Cape Verde).

Ohne die erfolgreiche Unterstützung durch o.g. Institutionen bzw. deren Mitarbeiter wäre das

vorliegende F+E-Projekt nicht möglich gewesen.

Heide, im März 2008

Prack Consult GmbH



ZUSAMMENFASSUNG

Das vorliegende F+E-Projekt „Entwicklung eines Wassernutzungskonzeptes für aride

Gebiete am Beispiel der Insel Sal / Cabo Verde (Republik Kapverden)“, (Förderkennzeichen:

02WA0597) erstreckte sich über einen Zeitraum von nahezu 3 Jahren. Ziel des

Projektvorhabens war es, ein nachhaltiges Wassernutzungskonzept für die Insel Sal – von

der Abwasserbehandlung bis hin zur Wiederverwendung des gereinigten Abwassers – zu

erarbeiten.

In einem ersten Schritt (Phase 1, April – November 2005) wurden die Grundlagen zur

Erstellung des Wassernutzungskonzeptes erarbeitet (so z. B. Entwicklungsdaten der Insel

Sal bzgl. Bevölkerung und Tourismus, Erfassung der Trinkwasser-/Abwassersituation,

äußere Rahmenbedingungen klimatischer, geologischer, gesetzlicher, ökologischer Art) und

das technische Leistungskonzept entwickelt. Hierbei zeigte sich vor allem, dass die Insel Sal

einem enormen Wirtschaftsboom (hauptsächlich in der Tourismusbranche durch den

Neubau von Hotels und Feriensiedlungen sowie Golfresorts) unterliegt, jedoch die Aspekte

der Trinkwasserversorgung und Abwasserentsorgung weitgehend unbedacht bleiben.

Verbunden mit dem Anstieg des Tourismus ist ebenfalls ein Wachstum der Bevölkerung mit

einer jährlichen Zuwachsrate von über 6 % im Zeitraum 1990 bis 2000 ([4] [5]). In diesem

Zusammenhang herrscht dringend Handlungsbedarf hinsichtlich der Realisierung eines

Wassernutzungskonzeptes.

In einem zweiten Schritt (Phase 2, Dezember 2005 – Dezember 2007) wurden im Rahmen

eines Pilotversuches (Containerkläranlage und Klärschlammvererdung) die notwendigen

technischen Kriterien für eine betriebsstabile und ökonomisch funktionierende Kläranlage

unter den lokalen Rahmenbedingungen (Standort Sal) bestimmt: Auf dem Gelände einer

bestehenden Kläranlage nahe der Wohnsiedlung Murdeira wurde eine speziell entworfene

mechanisch-biologische Containerkläranlage (Belebtschlammverfahren), komplett integriert

in einem 20-Fuß-Container, installiert und ca. 14 Monate lang als Pilotanlage im

halbtechnischen Maßstab betrieben. Die Anlage behandelte einen Teilstrom des in Murdeira

anfallenden kommunalen Abwassers (10 bis 15 m³/d) und erzielte Reinigungsgrade für die

Parameter CSB zwischen 70 und 90 % und BSB5 zwischen 90 und 98 % (Ablaufgrenzwerte

nach der deutschen Abwasserverordnung sowie EU-Richtlinie wurden eingehalten).



Während der Versuchsdurchführung ist es gelungen, die in anderen Ländern durchaus

bekannte Problematik der mangelnden Überschussschlammbildung nach einer etwas zähen

Anfangsphase in den Griff zu bekommen, sowie die Bemessungskriterien für die

Realisierung einer Kläranlage im großtechnischen Maßstab zu gewinnen. So ist z. B. die

einwohnerspezifische Schmutzfracht des kommunalen Abwassers in Murdeira geringer als in

der BRD (BSB5 nur ca. 25 % und CSB ca. 50 %). Die Anlage hat gezeigt, dass sie an einem

trockenen, heißen Standort betriebsstabil arbeitet und sowohl Abwasser mit einem hohen

Salzgehalt als auch Schlamm aus Faulgruben (punktuell zugegeben) zu reinigen vermag

und das gestellte Reinigungsziel erreicht. Gleichzeitig zeigte die Analytik, dass das

gereinigte Abwasser gefahrenfrei für Bewässerungszwecke genutzt werden kann (das

gereinigte Abwasser wurde während der gesamten Betriebszeit zur Bewässerung von

Grünflächen in der Wohnsiedlung Murdeira verwendet). Diesbezüglich wurde ferner während

der Phase 2 eine ergänzende Studie zur Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser

(„Wastewater Reuse“) durchgeführt, in der u. a. die Anforderungen gemäß WHO/FAO

untersucht wurden sowie die Verträglichkeit und Einsatzmöglichkeiten des gereinigten

Abwassers hinsichtlich landwirtschaftlicher Bewässerung.

Die Schlammbehandlung (KSVE) konnte aufgrund mangelhafter Überschussschlammbildung

nicht kontinuierlich (Regelbeschickung) betrieben werden. Die Pilot-KSVE wurde

entsprechend punktuell mit Belebtschlamm beschickt. Als Ergebnis hieraus lässt sich

festhalten, dass die zur Entwässerung eingesetzte und aus Deutschland importierte Schilfart

„phragmites australis“ sich über den gesamten Zeitraum sehr gut entwickelt hat. Sie zeigte

sich als sehr robust gegenüber äußeren Einflüssen (wie z. B. Trockenheit, Wasserstands-

änderungen, starker Wind und Sandflug) und zeichnete sich durch ganzjährige Vegetations-

zeit aus.

Mit dem vorliegen Forschungsvorhaben ist es Prack Consult gelungen, ein Container-

Kläranlagensystem zu entwickeln, das speziell an aride Standorte angepasst ist und flexibel

sowie modular erweiterbar einsetzbar ist. Das Projekt gilt somit als positiver Indikator für eine

technische Realisierung des Wassernutzungskonzeptes auf der Insel Sal. Hierbei ist es

Prack Consult gelungen, die Grundlagendaten für die Planung und Bemessung der

geplanten dezentralen Kläranlage in der Stadt Espargos inkl. Sammel- und Transport-

leitungsnetz zu definieren sowie die betriebstechnischen und -organisatorischen Kriterien zu

bestimmen.



I. ALLGEMEINES / KURZDARSTELLUNG DES FORSCHUNGSPROJEKTES

1. EINLEITUNG

Die Wassernutzung in ariden Gebieten erfordert auf Grund mangelnder Ressourcen

andere Konzepte als in Europa, wo überwiegend die gesamte Bevölkerung an

zentrale Trinkwasserversorgung und Kanalisation angeschlossen ist und die

Reinigung des Abwassers in Kläranlagen sowie die Rückführung des gereinigten

Abwassers in einen Vorfluter (i.A. Fluss) erfolgt. Die in Deutschland/Europa benutzte

Kläranlagentechnik lässt sich nicht anpassungsfrei auf Standorte wie Cabo Verde

übertragen. Zum einen sind die Randbedingungen (Beschaffenheit des Abwassers,

Klima etc.) nicht vergleichbar, zum anderen werden in Europa Reinigungsleistungen

gefordert, die nur mit einem erheblichen technischen Aufwand erreicht werden

können.

Das vorliegende F+E-Projekt befasste sich mit der Entwicklung eines

Wassernutzungskonzeptes für aride Gebiete am Beispiel der Insel Sal / Cabo Verde.

In einem ersten Schritt (Phase 1, 01.04.2005 - 31.11.2005) wurden die Grundlagen

zur Erstellung des Wassernutzungskonzeptes ermittelt und das Konzept erarbeitet. In

einem zweiten Schritt (Phase 2, 01.12.2005 - 31.12.2007) galt es im Rahmen eines

Pilotversuches (Containerkläranlage und KSVE) die notwendigen technischen

Kriterien für eine betriebsstabile und ökonomisch funktionierende Kläranlage inklusive

Klärschlammbehandlung (KSVE) unter den gegebenen Rahmenbedingungen vor Ort

(Standort Sal) zu bestimmen: die Kläranlagentechnik muss in der Lage sein, sowohl

Abwasser mit einem hohen Salzgehalt als auch Schlamm aus Faulgruben zu

reinigen. Gleichzeitig muss die Reinigungsleistung ermöglichen, dass das gereinigte

Abwasser gefahrenfrei für Bewässerungszwecke genutzt werden kann. Diesbezüglich

wurde ferner während der Phase 2 eine ergänzende Studie zur Wiederverwendung

von gereinigtem Abwasser („Wastewater Reuse“) durchgeführt (siehe hierzu Kapitel

I.4).

2. VERANLASSUNG UND ZIELE DES PROJEKTES

2.1 Veranlassung

Die Kapverdischen Inseln bilden den westlichen Rand der Sahelzone. Die Insel Sal,

im Nordosten des Kapverdischen Archipels, mit einer Bevölkerung von rund 14.600



Einwohnern (Zählung / Censo 2000) und einem starken Bevölkerungszuwachs, ist

Standort des internationalen Flughafens und das touristische Zentrum der Republik

Kapverden.

Wasserknappheit bzw. -mangel herrscht auf allen Inseln, wobei Sal als die

„Wüsteninsel“ bezeichnet werden kann. Aufgrund der geringen Niederschlagswerte

(unter 300 mm Regen pro Jahr, einige Jahre ohne Niederschlag) sind die

Grundwasservorkommen äußerst beschränkt. Auf der Insel Sal sammelt sich dieses

Grundwasser als Süßwasserlinse auf dem Meerwasserspiegel schwimmend

unterhalb der Insel an und kann nicht für Trinkwasserversorgung genutzt werden, da

das Wasser in nicht ausreichender Qualität und Quantität vorhanden ist. Das

gesamte Trinkwasser wird über Entsalzungsanlagen gewonnen. Von den 3.662

Haushalten auf der Insel Sal verfügen lediglich 1.725 (47%) über einen

Hauswasseranschluss, der Rest der Einwohner muss mobil versorgt werden.

Die Abwasserentsorgung der Insel Sal ist mangelhaft und gefährdet die Umwelt

sowie die Grundwasserressourcen. Eine Abwasserkanalisation existiert auf der Insel

nicht, 1.782 Haushalte verfügen über eine Faulgrube (49 %).

Einige Hotels besitzen (meist nicht funktionierende) Kleinkläranlagen. Der Inhalt der

Faulgruben und Kleinkläranlagen (Fäkalschlamm) wird in unregelmäßigen Abständen

(wenn die Grube überläuft) gesammelt und auf eine wilde Deponie (ohne

Grundwasserschutz oder sonstige Schutzmaßnahmen) verbracht. Aus ökologischen

und wirtschaftlichen (Tourismus) Gründen sollte dieser Mangel schnellstmöglich

behoben werden, so dass der Tourismus wachsen kann, die Umwelt geschont wird

und die Insel sich nachhaltig entwickeln kann.

Der Standort Insel Sal als repräsentatives Beispiel eines ariden Gebietes wurde aus

folgenden Gründen gewählt:

• Die Inselbevölkerung leidet unter Trinkwassermangel, es gibt kein Grundwasser,

nur teures Trinkwasser, das über Entsalzungsanlagen hergestellt wird.

• Parallel zum teuren knappen Trinkwasserdargebot herrscht ein ständig

steigender Trinkwasserbedarf durch hohen Tourismuszuwachs (und in einem

geringeren Maße durch den damit verbundenen Bevölkerungszuwachs infolge

Zuwanderung von Arbeitskräften von anderen Inseln und auch Emigranten).

• Die Zusammenarbeitsbereitschaft der Inselregierung (Camara) mit diesem

Projekt bzw. Prack Consult ist gegeben (Letter of Intend liegt Prack Consult vor).

• Infolge anderer Aufträge der Kapverdischen Regierung an Prack Consult ist die

politische Absicherung des Projektes garantiert.



Für die Wassernutzung und Abwasserbehandlung auf der Insel Sal (als

Beispielsstandort für ein Land mit trockenem, heißem Klima) müssen kostengünstige

und technisch einfache, stabile Lösungen gefunden werden, um die vorherrschende

Wasser- und Abwassersituation nachhaltig zu verbessern.

2.2 Ziele des gesamten Forschungsprojektes

Hauptziel des Forschungs- und Entwicklungsprojektes ist es, für die Insel Sal ein

nachhaltiges Wassernutzungskonzept zu entwickeln, bestehend u.a. aus kompakten,

modularen, Kläranlagen, die unter den gegebenen Klimabedingungen (extreme

Trockenheit) betriebsstabil und ökonomisch funktionieren. Das Reinigungsziel sollte

eine Verwertung des gereinigten Abwassers für Bewässerungszwecke ermöglichen,

um damit kostbare Trinkwasserressourcen zu sparen, die derzeit für

Bewässerungszwecke genutzt werden. Der anfallende Klärschlamm soll in einer

Klärschlammvererdungsanlage – kostengünstiges Low-Tech-Verfahren – behandelt

werden (siehe unten) und anschließend nachhaltig genutzt werden.

2.2.1 Entwicklungsziel 1: Entwicklung einer modularen Kläranlage zur Behandlung

von Abwasser und Fäkalschlämmen

Das erste Entwicklungsziel war, auf Basis der in Europa gängigen Technik eine für

den Standort angepasste, modulare Kläranlage zu entwickeln, die auch unter den

lokalen Verhältnissen (Klima, Abwasserzusammensetzung, etc.) betriebsstabil

funktioniert.

2.2.2 Entwicklungsziel 2: Transfer einer KSVE-Anlage aus Europa auf einen

trockenen, heißen Standort

Als zweites Entwicklungsziel war zu erproben, wie eine in Mitteleuropa

funktionierende KSVE-Anlage an einem trockenen, heißen Standort (aride Region)

gebaut und betrieben werden kann (Transfer).

2.2.3 Forschungsziel 1: Mitbehandlung von Fäkalschlämmen und Meer- bzw.

Brackwasser in einer Kläranlage.

Als drittes Ziel des Vorhabens und Forschungsziel steht die Mitbehandlung von

Fäkalschlämmen und Meer- bzw. Brackwasser der unter Kap. I., 2.2.1 genannten

biologischen Kläranlage.



2.2.4 Entwicklungsziel 3: Rückübertragung der Erfahrungen

Als viertes Ziel (Entwicklung) steht die Rückübertragung der im Zielland gewonnenen

Erkenntnisse und Erfahrungen (Entwicklung einer modularen Kläranlage zur

Behandlung von Abwasser und Fäkalschlämmen und des KSVE-Verfahrens für die

Weiterverbreitung auf dem europäischen Markt sowie in anderen Ländern der ariden

Region (trockene, heiße Standorte).

3. VORAUSSETZUNGEN

Die Voraussetzungen für das vorliegende Projekt weichen stark von den in Europa

üblichen Verhältnissen ab und bestimmen somit die Projektrealisierung maßgeblich.

Cabo Verde liegt in der Übergangszone vom subtropischen Hochdruck- in den

tropischen Tiefdruckgürtel. Fast das ganze Jahr hindurch bestimmen Winde das

Klima (zu 80 % „Nordostpassat“). Im Spätsommer können auf Cabo Verde heftige,

feuchtheiße Südwestwinde wehen, vergleichbar mit monsunartigen Stürmen, die

starke Niederschlagsereignisse mit sich bringen. In der Vergangenheit ist mehrfach

beobachtet worden, dass an einem Tag die gesamte Jahresniederschlagsmenge fällt.

Die Insel Sal ist die flachste und sonnenreichste Insel Cabo Verdes. Windreichtum

und Wasserarmut beeinflussen die Vegetation in starkem Ausmaß.

Verwertbare Daten für Niederschläge, Windgeschwindigkeiten, Temperaturen und

Luftfeuchte liegen als 10-jährige Messreihe (1992 - 2002) von der Wettermessstation

Airport Sal vor (vgl. Anlage 1). Als mittlere Werte ergeben sich:

• Niederschläge: Mittlere Niederschlagsmenge von 65 mm/a (davon fallen in den

Monaten August, September und Oktober 55 mm, d.h. 85 % der Jahresnieder-

schlagsmenge verteilen sich auf drei Monate).

• Temperatur (Jahresmittel): 25°C

• Luftfeuchte (Jahresmittel): 70 %

• Windgeschwindigkeiten (Jahresmittel): 24 km/h

• Sonnentage pro Jahr: 350

4. PROJEKTBESCHREIBUNG / PLANUNG UND ABLAUF DES VORHABENS

Das vorliegende F+E-Projekt „Entwicklung eines Wassernutzungskonzepts für aride

Gebiete am Beispiel der Insel Sal / Cabo Verde“ (02WA0597) - gefördert vom BMBF



und abgestimmt mit der Camara Municipal do Sal und der Regierung Cabo Verdes -

setzt sich aus 3 zeitlich aufeinander folgenden Phasen zusammen.

Die zeitliche Abgrenzung sowie die einzelnen Arbeitsinhalte sind in der

nachfolgenden Tabelle dargestellt.

Phase Inhalt Finanzierung

1 Grundlegende Untersuchung und Konzepterstellung: Projektvorbereitung, Literaturrecherche und Erarbeitung einer Machbarkeitsstudie zu Ökologie/Ökonomie/sozioökonomischen und institutionellen Fragen, Grundlagenermittlung für den Pilotversuch (Phase 2) inkl. Standortauswahl nach geografischen, entwicklungs-politischen und (im vorgeschlagenen Zielland) nutzungsbezogenen Einschränkungen, Darstellung von Organisationsmodellen und der Finanzierungsmöglichkeiten für die Phase 3, Berichtsabfassung

BMBF, PC

2 a) Pilotversuch: Planung, Bauleitung, Projektdurchführung / -steuerung im halbtechnischen Versuchsmaßstab, gezielte Untersuchungen (Messanalytik) zur Fäkalschlammmitbehandlung und Mitbe-handlung von Meer-/Brackwasser

b) Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser zu Bewässerungszwecken (Wastewater Reuse, 1.Aufstockung des F+E-Vorhabens): Grundlagenermittlung zur Schaffung der technischen, rechtlichen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen für die land-wirtschaftliche Nutzung des gereinigten Abwassers (Wiederverwendung), Bewässerungsverfahren, Konzept zur landwirtschaftlichen Abwassernutzung, Marktanalyse hinsichtlich potentieller Abnehmer (Verkauf des gereinigten Abwassers) / Investoren, ökonomische Analyse, Berichtsabfassung

BMBF, PC

3 Projektrealisierung Planung, Bau und Betrieb des Wastewater Management Systems (WWMS) Espargos, 1. Stufe, unter Einbindung der in Phase 2 gewonnenen Erfahrungen, gezielte Untersuchungen zu den Punkten Fäkalschlammmitbehandlung, Schadstoffentfrachtung, Technologieanpassung

Weltbank / EiB / o.a. (ohne BMBF)



Tabelle 1: Phasen 1-3 des gesamten F+E-Projektes

Im Rahmen des eigenständigen F+E-Vorhabens „Möglichkeiten und Wege der

betriebstechnischen Umsetzung von Forschungsprojekten für aride Gebiete am

Beispiel der Insel Sal / Cabo Verde“ (02WA0898) wird über den hier vorliegenden

Rahmen hinaus die Realisierung des Abwassermanagementsystems (siehe Tabelle 1

oben: Phase 3) für die Region Espargos (Stadt Espargos, Orte Pedra de Lume,

Palmeira und Murdeira sowie den Internationalen Flughafen) unterstützend

vorbereitet und wissenschaftlich begleitet, um anhand dieses konkreten Falls künftige

vergleichbare Maßnahmen und Projekte weitgehend standardisieren zu können.

Die genaue zeitliche Einordnung der Phasen ist den Projekt-Zeitplänen in Anlage 2

zu entnehmen. Die Ergebnisse und das Leistungsbild sind in Kap. II.2 dargestellt.

4.1 Phase 1: Grundlegende Untersuchung und Konzepterstellung

Im Rahmen der Machbarkeitsstudie (Phase 1) wurden zunächst die Grundlagendaten

ermittelt. Im Anschluss daran wurden unterschiedliche Lösungen für die Abwasser-

sammlung und -behandlung auf der Insel Sal miteinander verglichen und das

dezentrale Abwassermanagementkonzept (dezentrale Kläranlagen an den

Standorten Espargos, Murdeira und Santa Maria) als optimale Lösung ermittelt.

Folgende Hauptpunkte wurden bearbeitet:

o Bestandsaufnahme Wasserversorgung und Abwassersituation (Trinkwasser /

Abwasser / Fäkalschlämme)

o Erstellung eines Wassermanagementkonzeptes

o Standortauswahl für die Pilotanlagen

o Berichtsabfassung

Der ausführliche Bericht zur Phase 1 steht bei Prack Consult zur internen

Verwendung. Eine Zusammenfassung, die auch den lokalen Behörden als

Beschlussgrundlage übergeben wurde, ist in Anlage 9 enthalten. Zur Darstellung der

Ergebnisse und des Leistungsbildes siehe Pkt. II.1.



4.2 Phase 2: Pilotversuch und Wastewater Reuse Studie

Der Pilotversuch (Phase 2a) beinhaltet den Bau und den Betrieb einer Container-

Kläranlage (CKA) und einer Pilot-KSVE im halbtechnischen Maßstab, mit deren Hilfe

die technischen Kriterien für eine großtechnische Kläranlage inklusive KSVE unter

den gegebenen Rahmenbedingungen vor Ort (extreme Trockenheit) bestimmt

wurden, um die Umsetzbarkeit in der „Praxis“ zu untersuchen. Im Rahmen der

1. Aufstockung „Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser für Bewässerungs-

zwecke“ (Phase 2b) wurde im Zeitraum Juni bis Dezember 2006 ein Konzept zur

Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser entwickelt, dessen Ergebnisse

ebenfalls in das vorliegende Projekt mit eingeflossen sind.

Am Beispiel der geplanten dezentralen Kläranlage Espargos und dem

dazugehörenden Abwassertransportsystem wurde deren Wirtschaftlichkeit aufzeigt.

Der Verkauf des gereinigten Abwassers wird zur Deckung der Kosten des

Abwassermanagementsystems beitragen.

Folgende Hauptpunkte wurden in Phase 2a bearbeitet:

o Planung der Pilot-Kläranlage und der KSVE-Pilotanlage

o Bauphase

o Betriebsphase / Versuchsdurchführung / Analytik

o Berichtsabfassung

Folgende Hauptpunkte wurden in Phase 2b bearbeitet:

o Allgemeine Einsatzmöglichkeiten der Wiederverwendung von gereinigtem

Abwasser

o Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser in der Landwirtschaft

- Qualitätsanforderungen (WHO / FAO)

- Bewässerungsverfahren

- Wasserbilanz

- Abschätzung des Düngeäquivalentes

- Vorschlag zum Anbau von Marktfrüchten

- Nährstoff- und Wassermanagementsystem für Marktfrüchte

- Abschätzung der Erträge (food/non-food production)

- Technische Beschreibung der Plantagen / Beispiel verfügbarer Flächen

o Umweltverträglichkeitsbetrachtung

o Marktanalyse



Der ausführliche Ergebnisbericht zur Phase 2b steht bei Prack Consult zur internen

Verwendung. Eine kurze Zusammenfassung der Wastewater Reuse-Studie ist in

Anlage 17 enthalten.

4.3 Phase 3: Projektrealisierung (großtechnischer Maßstab)

Ab 2009 soll in der Region Espargos das Abwassermanagement-Konzept

(Wastewater Management System = WWMS) großtechnisch realisiert werden:

- Planung, Bau und Betrieb des WWMS Espargos, 1. Stufe.

Grundlage hierfür sind die Ergebnisse und Erfahrungen / Erkenntnisse aus dem

vorliegenden F+E-Projekt.

Prack Consult bereitet derzeit die Ausschreibung des WWMS Espargos vor, welche

aus heutiger Sicht im Frühjahr 2008 publiziert wird. Prack Consult wird die Planung

und Bauleitung der Phase 3 erhalten. Ferner hat die italienische Investorengruppe

Tourinvest großes Interesse gezeigt an dem von Prack Consult im Pilotversuch

erprobten Container-Kläranlagensystem für den in Pedra de Lume geplanten Marina

und Golf Resort (Grundsteinlegung Juni 2007, Projektgesamtvolumen 290 Mio. Euro,

Baubeginn 2009).

5. WISSENSCHAFTLICHER UND TECHNISCHER STAND

Die Firma Prack Consult GmbH hat in den letzten Jahren vielfältige Erfahrungen in

den Bereichen Abwasser- und Fäkalschlammreinigung sowie Klärschlammvererdung

sowohl durch Forschung als auch durch praktische Erfahrungen als Planungsbüro

bzw. beratender Ingenieur gesammelt.

Die Ergebnisse zum Stand der Wissenschaft und Technik zu den Themen

„Entwicklung einer modularen Kläranlage zur Behandlung von Abwasser und

Fäkalschlämmen“, „Transfer einer KSVE-Anlage aus Europa auf einen trockenen,

heißen Standort“ und „Mitbehandlung von Fäkalschlämmen und Meer- bzw.

Brackwasser in einer Kläranlage“ wurden bereits bei Antragsstellung zusammen-

fassend dargestellt. Diesbezüglich gab es im Laufe der Projektlaufzeit keine

bahnbrechenden wissenschaftlichen Neuerungen.



6. ZUSAMMENARBEIT MIT ANDEREN STELLEN

Im Verlauf der Phase 2a wurde bei abwassertechnischen und betriebsspezifischen

Fragen sowie für Wartung und Optimierung der CKA eng mit der Firma Rotox-

Klärtechnik, Burg, (Herstellung, Betrieb und Optimierung von Abwasseranlagen)

zusammengearbeitet.

Im Rahmen der Phase 2b „Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser für

Bewässerungszwecke“ wurde hinsichtlich der Möglichkeiten der Wiederverwendung

von gereinigtem Abwasser in der Landwirtschaft mit Herrn PD Dr. Joachim Clemens

vom Institut für Pflanzenernährung, Universität Bonn kooperiert.

Hinsichtlich des Messprogramms und der Analytik (Abwasserchemie) wurde mit dem

Analytik Labor Nord GmbH, Heide, (staatlich anerkanntes und amtlich benanntes

Labor für Trinkwasser, Abwasser, Boden und Klärschlamm) zusammengearbeitet.



II. EINGEHENDE DARSTELLUNG DER ERZIELTEN ERGEBNISSE

1. WICHTIGSTE WISSENSCHAFTLICH-TECHNISCHE ERGEBNISSE DER PHASE 1:

GRUNDLEGENDE UNTERSUCHUNG UND KONZEPTERSTELLUNG

In der vorliegenden Phase 1 – grundlegende Untersuchung und Konzepterstellung -

des F+E-Projektes wurden die Grundlagen zur Erstellung und Realisierung eines

Wassernutzungskonzeptes für die Insel Sal ermittelt. Folgende wissenschaftlich-

technischen Ergebnisse lassen sich diesbezüglich festhalten:

• Entwicklungsdaten hinsichtlich Demographie und Tourismus

• Der spezifische Wasserverbrauch der Bevölkerung liegt bei ca. 50 l/d, derjenige

der Touristen bei ca. 300 l/d.

• Ergebnis der Bestandsaufnahme zur Wasserversorgung ist, dass die Insel Sal

unter akutem Wassermangel leidet und dass kurzfristig mit einem

Versorgungsengpaß zu rechnen ist, da der Wasserverbrauch höher ist als das

Wasserdargebot. Der Trinkwasserbedarf kann ohne Erweiterungen ab 2007 /

2008 nicht mehr über die vorhandenen Entsalzungsanlagen gedeckt werden.

• Sämtliches Trinkwasser muss teuer über Entsalzungsanlagen (2 Anlagen auf

Sal) produziert werden (Produktion: ca. 3.250 m³/d, Stand: 2006).

• Die Bestandsaufnahme zur Abwassersituation zeigt, dass derzeit keine geregelte

Abwasserentsorgung auf der Insel Sal stattfindet. Es existieren keine

funktionstüchtigen Kläranlagen und keine Abwassersammelsysteme in den

Siedlungsgebieten, d.h. es ist nahezu keine Abwasserreinigung vorhanden.

• Das dezentrale Abwassermanagement-Konzept ist aus wirtschaftlicher,

technischer und ökologischer Sicht für Sal die optimale Variante. Es beinhaltet

insgesamt 4 neu zu errichtende Abwassersysteme für die 4 vorhandenen/

zukünftigen Ballungsgebiete (Espargos, Santa Maria, Murdeira, Porto de

Murdeira) und besteht aus: Kläranlagen, Transportleitungen (Abwasser,

Brauchwasser), Pumpstationen und Ortsnetzen. Als erster Schritt soll das

System Espargos realisiert werden.

• Das Kooperationsmodell (PPP-Modell) stellt die optimale Organisationsform für

das Abwassermanagement auf Sal dar. Hierzu muss eine Eigentums-GmbH

(Anteile: Governo/Camara do Sal ≥ 51%; Private Investor < 49%) und eine

Betriebsführungs-GmbH (Private Investor) gegründet werden.



• Zur Vollkostendeckung ist nach ersten Berechnungen ein Preis von 3,35 €/m³

erforderlich. Dieser Preis setzt sich aus 2 Komponenten zusammen:

- Abwassertarif (Reinigung): ca. 1,35 €/m³ (als mittlerer Tarif eines

sozial-gestaffelten Tarifsystems)

- Verkauf des gereinigten Abwassers: ca. 2,00 €/m³ (zu Bewässerungs-

zwecken)

• Definition des Standortes für die Pilotanlage (Phase 2a, Pilotversuch) auf dem

bestehenden Kläranlagengelände in Murdeira (Kooperation mit der TURIM S.A.).

Zur Erreichung vorgenannter Ergebnisse wurde die Grundlagenermittlung unter

Berücksichtigung folgender Teilaspekte durchgeführt:

- Aufnahme der Siedlungsgebiete und der touristischen Gebiete,

- Bevölkerungsprognose und Prognose der Touristenzahlentwicklung auf Sal

bis 2030 (Min-/Max.-Prognose), Vergleich mit bestehenden Prognosen des

lokalen Statistikamtes und anderer Studien, Abstimmung und Festlegung

mit den örtlichen Behörden,

- Erfassung zukünftiger Investitionsprojekte wie z.B. Bau/Erweiterung von

Hotels, Erschließung von Siedlungsgebieten,

- Erfassung des Wasserversorgungs-/Verteilungssystems (Frischwasser-

produktion der Entsalzungsanlagen, Hausanschlüsse, Trinkwasser-

Tarifstruktur),

- Abschätzung des Wasserverbrauchs (Industrie, Bewässerung, Bevölkerung,

Tourismus),

- Erfassung der Abwasserproduktionsstätten inkl. Abwassersammlung und -

ableitung (Ortsnetze, Anschlussgrad Bevölkerung),

- Erfassung bestehender Abwasserbehandlungsanlagen (Kläranlage,

Teichkläranlagen),

- Ermittlung des zukünftigen Abwasseranfalls (Prognose bis 2030),

- Vergleich und Diskussion des zentralen und dezentralen

Abwassermanagement-Konzepts nach technischen, ökologischen und

wirtschaftlichen Kriterien (inkl. Ermittlung der Investitions-, Kapital- und

Betriebskosten),

- Auswahl des optimalen Abwassermanagement-Konzepts inkl. Konzeption,

- Bestimmung des optimalen Organisationsmodells für das optimale

Abwassermanagement-Konzept (inkl. Darstellung der Rechtsbeziehungen

und Vertragsverhältnisse),



- Bestimmung von Finanzierungsmöglichkeiten zur Realisierung des

Abwassermanagement-Konzepts,

- Berechnung der dynamischen Gestehungskosten (Barwertmethode) zur

Ermittlung des vollkostendeckenden Abwassertarifs (Gleichgewichtspreis),

- Durchführung von Cash-Flow-Analysen verschiedener Szenarien zur

Überprüfung der Wirtschaftlichkeit des Projektes,

- Standortfindung für die Pilotanlage.

Eine Zusammenfassung der Ergebnisse der Phase 1 ist der Anlage 9 zu entnehmen.

2. WICHTIGSTE WISSENSCHAFTLICH-TECHNISCHE ERGEBNISSE DER PHASE 2

2.1 Pilotversuch

2.1.1 Planung und Bau der Pilotanlage

Im Jahr 2006 wurden Planung, Bau (Vorfertigung und Vor-Ort-Endmontage) und

Inbetriebnahme der Pilotanlage (CKA und Pilot-KSVE) realisiert. Die Pilotanlage

besteht aus einer mechanisch-biologischen CKA (kompakte Kläranlage komplett

integriert in einen 20-Fuß-Container), die in Deutschland (Fa. Rotox-Klärtechnik, Burg

/ Dithmarschen) vorgefertigt wurde, und einer Pilot-KSVE, bestehend aus einem

Schilfbeet. Die CKA wurde Ende August 2006 nach Sal / Cabo Verde verschifft und

im Oktober 2006 installiert (siehe Fotodokumentation in Anlage 10). Der Bau der

Pilot-KSVE wurde durch ein lokales kapverdisches Bauunternehmen (Fa. CONSTUR

Ltd.) durchgeführt und erfolgte ebenfalls im Oktober 2006 (siehe Fotodokumentation

in Anlage 13). Für die Bepflanzung des Schilfbeetes wurde die Schilf-Pflanzenart

phragmites australis aus Deutschland importiert.

2.1.1.1 Container-Kläranlage (CKA) 2.1.1.1.1 Planungsgrundlagen

Der gewählte Versuchsaufbau im halbtechnischen Maßstab besteht aus einer

Container-Kläranlage mit einer Ausbaugröße von ca. 100 EW. Dieser Aufbau bietet

gegenüber der ursprünglich vorgesehenen Ausbaugröße von 250 EW (vgl. Antrag

des vorliegenden Projektes, Dezember 2004) den Vorteil einer geringeren Trägheit

des Systems und somit eine größere Flexibilität.



Die eingesetzte Container-Kläranlage ist der Größenklasse 1 (Zulauf: kleiner als

60 kg/d BSB5) zuzuordnen, für die gemäß Anhang 1 der Abwasserverordnung (AbwV

vom Juni 2004) eine CSB- und BSB5-Elimination gefordert ist.

Gemäß ATV-A 123 ist die kleinstzulässige Kläranlagengröße für eine Fäkalschlamm-

mitbehandlung die Größenklasse 4 (Zulauf: 600 bis 6.000 kg/d BSB5 oder 10.000 bis

100.000 EW), für die neben der CSB- und der BSB5-Elimination auch eine Nitrifikation

und Denitrifikation sowie eine Phosphor-Eliminierung gefordert wird. Die Nitrifikation

und die Denitrifikation werden durch eine intermittierende Belüftung erreicht. Auf eine

zusätzliche Phosphatfällung, wie sie in der Praxis zur Einhaltung der Ablaufwerte

eingesetzt wird, wurde verzichtet. Eine Fäkalschlammzugabe bzw. die Mitbehandlung

von Fäkalschlämmen ist in einer Container-Kläranlage prinzipiell möglich. Dieses

haben die Untersuchungen, die im Rahmen des von Prack Consult GmbH im Jahre

1998-2000 durchgeführten F+E-Projektes „Fäkalschlammmitbehandlung als Mittel zur

Kläranlagenbetriebskostensenkung“ (Projekt-Nr. 02WA9745/0) bewiesen. Erforderlich

ist lediglich eine Kläranlagenausrüstung, die eine intermittierende Belüftung

ermöglicht (in Murdeira gegeben).

Die CKA wurde auf dem Gelände der bestehenden KA Murdeira installiert und

behandelt einen Teilstrom des dort anfallenden kommunalen Abwassers. In

Anbetracht der bereits vorhandenen Kläranlagengröße Murdeira (Ausbaugröße

60 m³/d oder 600 EW) und des Zuflusses (zwischen 35 und 60 m³/d) ist gewählt

worden, für den Pilotversuch eine auf 100 EW dimensionierte Containerkläranlage zu

betreiben. So kann ein Mindestzufluss sowohl zur Kläranlage Murdeira als auch zur

Pilotanlage (CKA) gesichert werden, der für den Betrieb einer Kläranlage erforderlich

ist.

Diesbezüglich wurde die hydraulische Belastung der Containerkläranlage (CKA) wie

folgt festgelegt:

Zufluss hydraulisch zur CKA:

- Minimal: 5 m³/d

- Maximal: 10 m³/d

Ausgehend von einer spezifischen Abwasserproduktion von ca. 100 l/E*d entspricht

dies ca. 50 bis 100 EW. Bei einer Leistung der eingesetzten Zulaufpumpe von

durchschnittlich 17,5 m³/h kann die Anlage problemlos im oben beschriebenen

Min / Max-Bereich gefahren werden. Eine hohe Flexibilität der Anlage ist dadurch

gegeben.

2.1.1.1.2 Bemessung der CKA



Die Bemessung der Versuchskläranlage erfolgt in Anlehnung an die ATV-A-131,

Bemessung von einstufigen Belebungsanlagen (Deutsche Vereinigung für Wasser-

wirtschaft, Abwasser und Abfall e.V., Mai 2000).

Bemessung des Belebungsbeckens:

Bei einer Raumbelastung unter 0,25 kg BSB5/m³*d und einer Schlammbelastung

unter 0,05 kg BSB5/(kg TS*d) ergibt sich die maximale Belastung des Belebungs-

beckens zu:

Bd,BSB5 = VBB * BR,BSB5

= 24,48 m³ * 0,25 kg BSB5/m³*d

= 6,12 kg BSB5/d

Unter Annahme einer spezifischen Belastung von 60 g BSB5/E*d ergibt sich eine

Belastung von:

6,12 kg BSB5/d : 60 g BSB5/E*d = 102 EW

Bemessung der Nachklärung:

Unter Annahme einer Oberflächenbeschickung von maximal (0,3-) 0,5 m³/(m²*h) bei

einer Nachklärbecken-Oberfläche von 3,24 m², errechnet sich der maximale mögliche

Zufluss zu:

Qmax = (0,972) 1,62 m³/h bzw.

= (23,33) 38,88 m³/d (max. hydraulische Belastung)

Unter der Annahme einer spezifischen Abwasserproduktion von 100 l/EW*d und

eines gleichmäßigen Zuflusses über den Tag, ist die Nachklärung der

Versuchskläranlage für eine maximale hydraulische Belastung von ca. 380 EW

geeignet.

2.1.1.1.3 Aufbau und Technische Ausrüstung der CKA

Die Container-Kläranlage wurde in Burg / Dithmarschen vorgefertigt und ist in einen

20-Fuß-Seecontainer gem. ISO Norm 1496/1, Nutzvolumen ca. 32 m³, eingebaut (vgl.

Abbildung 1 bis Abbildung 4). Belebungsbecken / Schlammspeicher bilden eine

Einheit und wurden aus diversen Stahlplatten zusammengeschweißt („Stahlkasten“).

Gleichermaßen wurde das Nachklärbecken zusammengeschweißt und bildet die

zweite Einheit.

Die einzelnen Becken der CKA wurden wie folgt hergestellt:

- Belebung (BB) V = ca. 24,5 m³



- Nachklärung (NK) mit Trichter A = ca. 3,24 m²

V = ca. 4,08 m³

- Schlammspeicher (SS) V = ca. 2,5 m³ (Nutzinhalt)

Eine detaillierte Fotodokumentation zum Bau und zur Installation und Inbetriebnahme

der CKA auf dem Gelände der Kläranlage Murdeira befindet sich in Anlage 11.

Abbildung 1: Vorfertigung der

Container-Kläranlage (August

2006), Nachklärung

Abbildung 2: Belebungsbecken:

Strahlbelüfter und Überschussschlamm-

pumpe (August 2006)

Abbildung 3: Vorinstallation der

Anlagenkomponenten der

Nachklärung (August 2006)

Abbildung 4: Ansicht der Container-

Kläranlage nach Vor-Ort-Installation und

Endmontage



Ein Fließdiagramm der CKA ist in Abbildung 5 zu sehen.

Abbildung 5: Fließschema der CKA

Die Containerkläranlage besteht im Wesentlichen aus einer vereinfachten

mechanischen Reinigungsstufe (bestehend aus einem Grobrechen) und der

anschließenden biologischen Reinigung: anlagentechnisch ist dies in Form von einem

Belebungsbecken und einem Nachklärbecken, beides komplett integriert im

Container, realisiert. Die Zulaufpumpe ist umgeben von einem Filterkorb, um grobe

Störstoffe fernzuhalten (mechanische Reinigung). Auf eine Vorklärung wurde

verzichtet (um keinen unstabilisierten Primärschlamm zu erhalten). Das Rohabwasser

wird direkt in das Belebungsbecken bepumpt, wo das Abwasser unter

intermitierender Belüftung durch einen robust gebauten Strahlbelüfter ständig bewegt

wird und anschließend zur Nachklärung fließt. Von hier wird Rücklaufschlamm

abgezogen und der Biologie zurückgeführt (Belebtschlammverfahren). Das gereinigte

Abwasser läuft über einen Ablaufrinne ab und wird der TURIM S.A. für

Bewässerungszwecke von öffentlichen Grünflächen zur Verfügung gestellt.

Schwimmschlamm und Überschussschlamm aus der Belebung werden oberflächlich

abgezogen und in einen separaten Schlammspeichertank, der ebenfalls im Container

mit integriert ist, gepumpt. Von hieraus kann die KSVE-Pilotanlage mit

Überschussschlamm beschickt werden.



Die Container-Kläranlage wurde bewusst technisch einfach und robust ausgerüstet,

um Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten zu erleichtern sowie den

Witterungsbedingungen standzuhalten. Die technische Ausrüstung besteht aus:

- Vier fest installierte Pumpen im Container (Strahlbelüfter,

Überschussschlamm, Sprühpumpe, Rücklaufschlamm).

- Drei weitere mobile Pumpen (Abwasserzulauf und Beförderung des

Überschussschlamms in die KSVE, Ersatzpumpe). Der Einfachheit halber

für den Fall von Reparaturen bzw. Ausfällen sind die oben genannten

mobilen und fest installierten Pumpen baugleich ausgeführt.

- Rohr- und Elektroleitungen

- Schalt- und Steueranlage (Die Schalt- und Steueranlage der CKA ist in

einer Verteilung 800 mm x 600 mm direkt integriert am Container unter-

gebracht). Die Pumpintervalle der einzelnen Pumpen und somit die

Durchflussmenge, die Intensität der Belüftung, die Beschickung der KSVE

usw. werden automatisch gesteuert.

Abbildung 6: Ablaufleitung (grün) des gereinigten Abwassers von der CKA in die

KA Murdeira (Freigefälle)

2.1.1.1.4 Erweiterung der Pilotanlage zur Mitbehandlung von Fäkalschlamm

Anfang März 2007 wurde neben der CKA ein Vorlagebehälter für mobil angelieferten

Fäkalschlamm installiert. Hierbei handelt es sich um den ehemaligen LKW-Aufsatz

eines Tankfahrzeuges mit einem Volumen von ca. 8 m³. Der Tank wurde zu zwei



Drittel eingegraben und mit Erde angeschüttet (vgl. Abbildung 7). Eine entsprechende

Rohrleitung vom Vorlagebehälter zum Belebungsbecken der CKA wurde ebenfalls

verlegt (vgl. Abbildung 8).

Abbildung 7: Einbau des

Fäkalschlammtanks (März 2007)

Abbildung 8: Fäkalschlammtank und

Zulaufleitung (März 2007)

Die Steuerung der Fäkalschlammzugabe aus dem Vorlagebehälter (Fäkalschlamm-

tank) erfolgt automatisch über den bestehenden Schaltschrank der CKA.

Die Beschickung wurde am Anfang nur punktuell und mit kleinen Dosierungen

gefahren, die dann langsam gesteigert werden können (Anfangsdosierung: 0,5 m³/d

Fäkalschlamm, kontinuierlich über 24 Stunden, entspricht ca. 3 - 5 % des

durchschnittlichen Abwasserzulaufs). Wichtig ist bei der Mitbehandlung von Fäkal-

schlamm, eine hohe Biomasse in der Belebung zu haben. Der Zeitpunkt, ab wann

Fäkalschlamm zugegeben werden kann, wird abhängig vom Schlammvolumen

festgelegt. Erst wenn die Überschussschlammproduktion ausreichend hoch ist, wird

davon ausgegangen, dass die Anlage konstant läuft, so dass die Fäkalschlamm-

mitbehandlung stattfinden kann.

2.1.1.2 Pilot-Klärschlammvererdungsanlage 2.1.1.2.1 Planungsgrundlagen

Der in der CKA anfallende Überschussschlamm wird in der Pilot-Klärschlamm-

vererdungsanlage behandelt. Die Klärschlammbehandlung in Pflanzenbeeten ist ein

natürliches und ökonomisches Verfahren zur Entwässerung und weitgehenden

Mineralisierung von biologisch stabilisiertem bzw. teilstabilisiertem Klärschlamm, das

eine Alternative zu den traditionellen maschinellen Entwässerungsmethoden

(Pressen, Zentrifugen etc.) darstellt. Anstelle von Primärenergie (Kohle, Erdöl)

werden bei der Klärschlammvererdung nur erneuerbare Energien (Sonne, Wind,



Pflanzen) verwendet, was zu einer deutlichen Senkung der Betriebskosten führt.

Bautechnisch sind die Klärschlammvererdungsanlagen von den bereits schon vor

Jahrzehnten angewandten Schlammtrocknungsbeeten abgeleitet.

Die Entwässerung in der Klärschlammvererdungsanlage erfolgt auf 3 Wegen:

a) durch Schwerkraftentwässerung

b) durch Transpiration (Verdunstung durch Pflanzen)

c) durch Evaporation (Verdunstung auf freier Fläche)

Die Pilot-KSVE auf dem Gelände der Kläranlage Murdeira wurde im Oktober 2006

erbaut und ist für die Vererdung des Überschussschlamms aus der CKA vorgesehen.

Details zum Aufbau der Pilot-KSVE sind dem „Working Plan“ (Grundlage für das

lokale Bauunternehmen zum Bau der Anlage) in Anlage 12 zu entnehmen. Eine

ausführliche Fotodokumentation des Baus der Pilot-KSVE befindet sich in Anlage 13,

eine Fotodokumentation zur Entwicklung der Schilfpflanzen im Untersuchungs-

zeitraum befindet sich in Anlage 14.

Abbildung 9: Erste Bewässerung der Jung-Pflanzen der Pilot-KSVE (Oktober 2006)

2.1.1.2.2 Bemessung der Klärschlammvererdungsanlage

Die Bemessung der Pilot-KSVE wurde in Anlehnung an die internen Ergebnisse des

F+E-Projektes „Übertragung und Anpassung des Klärschlammvererdungsverfahrens

an thailändische Verhältnisse; Förderkennzeichen (02WS0325)“ durchgeführt und

wird hier, um Wettbewerbsvorteile zu erhalten, nicht näher erläutert.



Aus Platzgründen und aufgrund der begrenzten Laufzeit wurde zu Versuchszwecken

nur ein Beet konzipiert.

2.1.1.2.3 Aufbau und Technische Ausrüstung der Klärschlammvererdungsanlage

Siehe hierzu Anlage 12 „Working Plan“.

2.1.2 Betrieb der Pilotanlage / Versuchsdurchführung

2.1.2.1 Betreuung und Überwachung der Pilotanlage Die Betreuung und Überwachung der Pilotanlage wurde von Mr. Vladimir Fonseca vor

Ort im Auftrag von Prack Consult durchgeführt. Mr. Fonseca ist in Murdeira ansässig

und für den Betrieb der vorhandenen Kläranlage Murdeira als technischer Leiter

zuständig. Mr. Fonseca führte regelmäßig optische Kontrollen der Funktionsweise der

Anlage durch und übergab wöchentlich ein von Prack Consult vorgefertigtes

Berichtsformular (dessen Auswertungen siehe Anlage 15), anhand dessen eine

„Fernsteuerung“ der Anlage per Telefon bzw. E-Mail von Deutschland aus möglich

war (Änderungen des Rohabwasserzuflusses, Justierung der Sauerstoffzufuhr etc.).

Des Weiteren hatte Mr. Fonseca auch die Betreuung der Pilot-KSVE übernommen.

2.1.2.2 Einfahrphase CKA Die CKA wurde Mitte Oktober 2006 in Betrieb genommen und wird seitdem

kontinuierlich betrieben sowie punktuell Analytik durchgeführt. Das Schlammvolumen

in der Belebung der CKA – als Aussage über die Entwicklung und den Aufbau des

Belebtbakterienstamms und entscheidend für den Abzug von Überschussschlamm

und somit für den Beginn der Regel-Beschickung der Pilot-KSVE – baut sich langsam

auf und lag am 22.11.2006 (ca. 4 Wochen nach Vor-Ort-Installation) bereits bei ca.

100 ml/l.

Die gesamte Einfahrphase erstreckte sich über einen Zeitraum von einem 3/4 Jahr,

da es immer wieder zu besonderen Vorkommnissen / technischen Problemen kam,

wodurch sich die Einfahrphase entsprechend hinzog und verlängerte:

• Langwieriger Aufbau der Biologie aus Rohabwasser:

Die bestehende Kläranlage Murdeira war von Braunalgen befallen (vgl. Färbung

des Abwassers in Abbildung 6). Aus diesem Grunde konnte die CKA nicht mit

bereits vorhandenem Belebtschlamm „angeimpft“ werden, sondern die Biologie

musste erst langwierig aus dem Rohabwasser aufgebaut werden.



• Stromversorgungsprobleme der CKA:

Ende Oktober 2006 wurde vom Energieversorger ein eigener Stromzähler für die

CKA eingebaut. Während der Durchführung dieser Arbeiten musste die

Stromversorgung der CKA kurzfristig unterbrochen werden, was dazu geführt hat,

dass der Überspannungsschutz der Sauerstoffzufuhr ausgelöst wurde

(Abschalten der Anlage). Diese Tatsache wurde erst ca. 2 - 3 Wochen nach dem

o. g. Eingriff anhand der übermittelten Daten (Kontroll- und Überwachungstabelle)

bemerkt. Konsequenz dessen war, dass ein Großteil der bis dahin aufgebauten

Biologie (Bakterienstamm) aus der Belebung über die Nachklärung in den CKA-

Ablauf gelang.

Auch in der übrigen Zeit war die öffentliche Stromversorgung nicht kontinuierlich

gegeben. Infolge von Stromversorgungsproblemen im Dezember 2006 /

Januar 2007 kam es durch das Ausfallen der Belüftung erneut zu einem

Ausschwemmen eines Großteils der bis dahin aufgebauten Biologie. Auch hier

waren Umstellungen in der Betriebsweise der CKA (wie z. B. eine Neueinstellung

der Belüftung) erforderlich, um den Belebtbakterienstamm wieder neu

aufzubauen.

• Probleme Zulauf:

Im Zeitraum Februar / März 2007 sowie Mai / Juni 2007 traten unvorhergesehene

Zulaufsschwankungen auf, die zum einen auf mangelnden Abwasserzufluss aus

der Siedlung Murdeira, zum anderen auf technische Probleme mit z. B. der

Zulaufpumpe (Verhakung des Schwimmers) oder Defekt eines Steuer-Relais im

Schaltschrank zurückzuführen waren.

Infolgedessen haben die für den Zeitraum Mai / Juni 2007 vorliegenden

Messdaten geringe Aussagekraft.

• Betriebsprobleme Belebungsbecken:

Im Zeitraum Februar / März 2007 kam es zu Betriebsproblemen in der Belebung

der CKA. Es wurden deutlich überhöhte O2-Gehalte gemessen. Es wird vermutet,

dass hierfür entweder die o. g. Zulaufprobleme oder evtl. mikrobiologische

Prozesse (Bakteriensterben infolge eines Schadstoffeintrags über den Zulauf der

CKA) verantwortlich waren. Die vorliegenden Messdaten wurden entsprechend

kritisch ausgewertet.

• Zeitverzögerte Analytik:

Auf der Insel Sal ist kein entsprechend ausgerüstetes Labor vorhanden. Aus

diesem Grund werden die Abwasserproben vor Ort tiefgefroren eingelagert und

erst zeitverzögert in Verbindung mit Reisetätigkeiten von Prack Consult zur



Analyse nach Deutschland gebracht. Dadurch ergibt sich eine Zeitverschiebung

der Analysedaten um 3-5 Monate. Außerdem ist keine unmittelbare Reaktion auf

die analytischen Vorgänge in der CKA möglich, was einen optimal angepassten

Betrieb der Anlage verhindert. Dies ließ sich jedoch aufgrund des begrenzten

Projektbudgets nicht anders lösen. Die Parameter „Sichttiefe“ und

„Belebtschlammvolumen“ lieferten somit die einfache Möglichkeit einer schnellen,

groben Überprüfung der Kläranlagenfunktion und damit ein „ferngesteuertes“,

leider auch zeitversetztes, Eingreifen.

All diese Betriebsprobleme werden jedoch als positiv hinsichtlich der Zielsetzungen

gewertet, da sie wichtige Erfahrungen und Indikatoren für die Projektrealisierung

(Phase 3, großtechnischer Maßstab) darstellen und direkt in Form von

Verbesserungen in die Vorplanung der großtechnischen Anlage mit einfließen

werden.

2.1.2.3 Behandlung von Abwasser in der CKA In Abbildung 10 ist der durchschnittliche Durchfluss der CKA im Betrachtungs-

zeitraum dargestellt.

Durchschnittlicher Durchfluss(je Messintervall)

0

5

10

15

20

29.1

0.20

06

12.1

1.20

06

26.1

1.20

06

10.1

2.20

06

24.1

2.20

06

07.0

1.20

07

21.0

1.20

07

04.0

2.20

07

18.0

2.20

07

04.0

3.20

07

18.0

3.20

07

01.0

4.20

07

15.0

4.20

07

29.0

4.20

07

13.0

5.20

07

27.0

5.20

07

10.0

6.20

07

24.0

6.20

07

08.0

7.20

07

22.0

7.20

07

05.0

8.20

07

19.0

8.20

07

02.0

9.20

07

16.0

9.20

07

30.0

9.20

07

14.1

0.20

07

28.1

0.20

07

11.1

1.20

07

[m³/d]durchschn. Durchfluss (je Mess-intervall)

Abbildung 10: Durchschnittlicher Durchfluss der CKA (je Messintervall)

Der Rückgang des durchschnittlichen Durchflusses Anfang 2007 erklärt sich durch

Probleme mit der Zulaufpumpe im Februar / März 2007 (vgl. Kapitel 2.1.2.2). Der

fehlende Zufluss im Mai 2007 ist auf das Ausfallen der Zulaufpumpe aufgrund eines



defekten Steuer-Relais im Schaltschrank zurückzuführen (vgl. Kapitel 2.1.2.2). Da der

Fehler erst am Mitte Juni 2007 behoben werden konnte, kommt es zu den fehlenden

Messdaten im Zeitraum Mai / Juni 2007 und den damit verbundenen Lücken in den

graphischen Darstellungen (vgl. Abbildung 10 und Abbildung 11).

Pumpstunden und Stromverbrauch

0

50

100

150

200

250

22.1

0.20

06

29.1

0.20

06

05.1

1.20

06

12.1

1.20

06

19.1

1.20

06

26.1

1.20

06

03.1

2.20

06

10.1

2.20

06

17.1

2.20

06

24.1

2.20

06

31.1

2.20

06

07.0

1.20

07

14.0

1.20

07

21.0

1.20

07

28.0

1.20

07

04.0

2.20

07

11.0

2.20

07

18.0

2.20

07

25.0

2.20

07

04.0

3.20

07

11.0

3.20

07

18.0

3.20

07

25.0

3.20

07

01.0

4.20

07

08.0

4.20

07

15.0

4.20

07

22.0

4.20

07

29.0

4.20

07

06.0

5.20

07

13.0

5.20

07

20.0

5.20

07

27.0

5.20

07

03.0

6.20

07

10.0

6.20

07

17.0

6.20

07

24.0

6.20

07

01.0

7.20

07

08.0

7.20

07

15.0

7.20

07

22.0

7.20

07

29.0

7.20

07

05.0

8.20

07

12.0

8.20

07

19.0

8.20

07

26.0

8.20

07

02.0

9.20

07

09.0

9.20

07

16.0

9.20

07

23.0

9.20

07

30.0

9.20

07

07.1

0.20

07

14.1

0.20

07

21.1

0.20

07

28.1

0.20

07

04.1

1.20

07

11.1

1.20

07

18.1

1.20

07

[h]

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

[kWh]Pumpstunden (kumuliert) [h]Stromzähler [kWh]

Abbildung 11: Pumpstunden + Stromverbrauch der CKA

Die Ergebnisse hinsichtlich Reinigungsgrad sind in Kap. II., 2.1.3 dargestellt.

Im Laufe des Pilotversuchs wurde festgestellt, dass der für die Versuchsreihe

„Abwasser“ vorgesehene Zeitraum von 4 Monaten nach einer Einfahrphase von

2 Monaten zu kurz war, um tragbare bzw. repräsentative Ergebnisse zu liefern. Es

zeigte sich, dass sich bereits die Einfahrphase aus mehreren Gründen (vgl. Kapitel

2.1.2.1) um über 5 Monate verlängerte. Auch im weiteren Betrieb der CKA mit

Abwasser kam es zu Schwankungen in der Zusammensetzung des

Abwasserzuflusses zur Pilotanlage, die in dem Maße nicht erwartet wurden und die

zusätzliche Einstellungen in der Pilotanlage erforderlich machten. Dementsprechend

musste die Versuchsreihe „Abwasser“ zur Erlangung repräsentativer Ergebnisse über

den gesamten Versuchszeitraum bis Ende 2007 verlängert werden.

2.1.2.4 Mitbehandlung von Fäkalschlämmen und Brack-/Salzwasser in der CKA Im Pilotversuch waren neben der Versuchsreihe „Abwasser“ auch Versuchsreihen mit

Fäkalschlamm und Salz-/Brackwasser vorgesehen.



Während der Versuchsdurchführung wurde vor Ort festgestellt, dass die Durch-

führung der Versuchsreihe „Fäkalschlamm“ bis Ende September 2007 nicht realisier-

bar war. Gemäß den Voruntersuchungen fällt auf der Insel Sal Fäkalschlamm aus

Hauskläranlagen an, der nur nach Bedarf (d.h. wenn die Grube bzw. der Speicher voll

ist und quasi überläuft) entnommen und abgefahren wird. Diese Entsorgung findet auf

kommunaler Ebene statt. Die Kontaktaufnahme mit der zuständigen Stelle erfolgte

frühzeitig. Trotzdem war es in dem für die Versuchsreihe anberaumten Zeitraum nicht

möglich, zu den von Prack Consult vorgesehenen Terminen (bzw. zahlreichen

Ausweichterminen) Fäkalschlamm in den erforderlichen Mengen anzufahren.

Zeitweise war der Saugwagen außer Betrieb oder es gab an den vorgesehenen

Tagen keinen Fäkalschlamm zur Entsorgung. Zudem war während der ersten

Fäkalschlammzugaben die Anwesenheit eines Ingenieurs von Prack Consult

erforderlich, um die Einhaltung der erforderlichen Rahmenbedingungen bei der

Zugabe (Grobfiltrierung, Zugabe in bestimmten prozentualen Mengenanteile,

Bestimmung bzw. Durchführung der Analytik etc.) zu garantieren. Auch die

Regelmäßigkeit der Anfuhr (d.h. mindestens wöchentliche Anlieferung von Fäkal-

schlamm), die für die Repräsentanz der Untersuchungsergebnisse erforderlich ist,

konnte nicht garantiert werden. Ende November 2007 konnte der

Fäkalschlammversuch dann mit punktueller Beschickung (wochenweise

kontinuierlich) doch noch gestartet werden, da ab diesem Zeitpunkt Fäkalschlamm

geliefert wurde. Im Zeitraum November – Dezember 2007 wurde 3 – 15 %

Fäkalschlamm zudosiert.

Da mit dem Bau des Kanalisationsnetzes die Anzahl der Hauskläranlagen auf ein

vernachlässigbares Niveau zurückgehen wird, ist die Mitbehandlung von „Fäkal-

schlamm“ für die zu errichtende Kläranlage nicht mehr in dem Maße relevant, so dass

diese zwangsläufige Anpassung an die Verhältnisse vor Ort und somit Reduzierung

dieses Teilversuchs keinen wesentlichen Einfluss auf die Bemessung der zukünftigen

Kläranlage hat.

Als Ergebnis der Fäkalschlammbehandlung lässt sich festhalten, dass die CKA ohne

Probleme mit Fäkalschlamm der vorliegenden Dosierung belastet werden kann – dies

zeigte der Reinigungsgrad der Anlage. Hinsichtlich der biologischen Aktivität ist die

Mitbehandlung sehr positiv zu bewerten, da das zulaufende Rohabwasser eher

„dünn“ ist und durch die Fäkalschlammzugabe die Fracht erhöht werden konnte. Die

Folge war eine starke Erhöhung der Biomasse in der Belebung (Überschuss-

schlammproduktion).



Im Pilotversuch war zudem vorgesehen, eine Versuchsreihe zur Mitbehandlung von

Salz-/Brackwasser durchzuführen. Zum Zeitpunkt des Antrages war noch nicht

bekannt, inwiefern die Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser für

Bewässerungszwecke zur Finanzierung des Gesamtprojektes beitragen würde. Der

wichtigste Parameter bei Bewässerung in ariden Regionen ist der Salzgehalt (Risiko

von Bodenversalzungen). Auf der Insel Sal hat das Trinkwasser (da es aus

Entsalzungsanlagen gewonnen wird) einen relativ hohen „natürlichen“ Salzgehalt

(vgl. Tabelle 2).

Probenahme

Salzgehalt bzw.

Elektrische Leitfähigkeitt

Leitungswasser Cabo Verde 08.06.2005 647 µS/cm

Leitungswasser Cabo Verde 31.10.2006 888 µS/cm

Leitungswasser Deutschland Erfahrungswert 500 µS/cm

Meerwasser Erfahrungswert 50.000 µS/cm

Tabelle 2: Salzgehalt im Wasser ausgedrückt als elektrische Leitfähigkeit

Eine Erhöhung des Salzgehaltes des zu reinigenden Abwassers durch Zugabe von

Brack- bzw. Meerwasser, würde einer Wiederverwendung des gereinigten Abwassers

entgegenstehen. Bei der Wiederverwendung des gereinigten Abwassers zu

Bewässerungszwecken könnte das gereinigte Abwasser zu 100 % genutzt werden

(uneingeschränkte Nutzung bzw. geringfügige bis mäßige Einschränkungen bei der

Nutzung). Im Falle einer Teilsubstitution des Trinkwassers durch Salzwasser würde

der Salzgehalt des gereinigten Abwassers über den Grenzwert für eine

uneingeschränkte Nutzung steigen (Uneingeschränkte Nutzung von gereinigtem

Abwasser bei einer elektrischen Leitfähigkeit geringer als 0,7 dS/m bzw. 700 µS/cm).

Eine konventionelle Kläranlage kann kein Salz eliminieren, dies ist nur über

Spezialverfahren möglich (wie beispielsweise Osmose in Entsalzungsanlagen). Somit

würde die Zugabe von Brack- oder Meerwasser eine aufwändige Entsalzung des

Abwassers erforderlich machen, was den Kostenersparnissen aus der Wieder-

verwendung von gereinigtem Abwasser für Bewässerungszwecke widerspricht. Die

Versuchsreihe wurde dementsprechend nicht durchgeführt.

Die oben genannten Gründe haben dazu geführt, dass die Versuchsreihe „Abwasser“

über den gesamten anberaumten Zeitraum (vgl. Zeitplan in Anlage 2) durchgeführt



werden musste. Der Arbeits- und Betreuungsaufwand für die verlängerte

Versuchsreihe „Abwasser“ kompensiert die reduzierten Versuchsreihen

„Fäkalschlamm“ und „Brackwasser“, da die erheblichen qualitativen Schwankungen

im Zufluss der Pilotkläranlage zu einem erheblichen Arbeitsmehraufwand (Einstellung

der Pilotanlage, Betreuung und Analytik mit Auswertung) geführt haben.

2.1.2.5 Betrieb der Pilot-KSVE Im Zeitraum der Inbetriebnahme der CKA (Ende 2006 – Mitte 2007) war noch kein

Überschussschlamm vorhanden, so dass die Bewässerung der Pilot-KSVE 1 - 2 Mal

wöchentlich durch das Einstauen von gereinigtem Abwasser aus der CKA erfolgte

(vgl. Abbildung 12). In diesem Zeitraum wurde das Augenmerk auf die Entwicklung

der Pflanzen gelegt (vgl. Abbildung 14 und Abbildung 15).

Da das Schlammvolumen in der CKA sich nur langsam aufbaute, war ein

kontinuierlicher Abzug von Überschussschlamm aus der Belebung

(Regelbeschickung) nicht möglich. Die Pilot-KSVE wurde entsprechend punktuell mit

Belebtschlamm beschickt (vgl. Abbildung 13).

Abbildung 12: Einstau der Pilot-

KSVE mit gereinigtem Abwasser

aus der CKA

Abbildung 13: Beschickung der

Pilot-KSVE mit Belebtschlamm aus der

CKA

Die Schilfpflanzen in der Pilot-KSVE entwickelten sich sehr gut. Sie sind im Frühjahr /

Sommer 2007 bereits etwa 60 - 80 cm hoch, erreichten im Herbst 2007

durchschnittliche Höhen von 90-120 cm (Einzelpflanzen auch deutlich höher, vgl.

Abbildung 14) und wachsen sehr dicht (Vermehrung des Schilfbestandes über



Adventivwurzeln und Rhizome, vgl. Abbildung 15). Durch das vorherrschende Klima

gibt es keine Vegetationsperioden, die Pflanzen sind ganzjährig immergrün.

Abbildung 14: Schilfbewuchs in der

Pilot-KSVE im Juli 2007

Abbildung 15: Vermehrung des

Schilfbestandes über Adventivwurzeln

und Rhizome

Eine detaillierte Dokumentation der Pilot-KSVE befindet sich in Anlage 12 bis 14.

Die Überschussschlammbildung hat sich zum Jahreswechsel 2007/2008 insofern

erhöht, dass mit der Regelbeschickung der KSVE-Anlage ab Januar/Februar 2008

begonnen werden kann. Prack Consult wird dies auf eigene Kosten auch nach

Beendigung des hier vorliegenden Projekts vornehmen. Ergebnisse hinsichtlich der

Entwässerungsleistung oder des KSVE-Produkts liegen dementsprechend noch

keine vor und sind erst im 2. Halbjahr 2008 zu erwarten.

2.1.3 Auswertung der Ergebnisse

Die Ergebnisse des Pilotversuches lassen sich in zwei Kategorien einordnen:

- Physikalische Messergebnisse (z.B. Schlammvolumen, Sichttiefe)

(vgl. Anlage 15)

- Chemische Messergebnisse (z.B. CSB, BSB, NH4)

(vgl. Anlage 16)

2.1.3.1 Physikalische Messergebnisse Zur Beurteilung der Funktionstüchtigkeit der CKA und der Reinigungsleistung wurden

dem Vor-Ort-Personal einfache Methoden zur Observierung der Anlage übertragen:

Um das Absetzverhalten in der Nachklärung und somit indirekt die

Reinigungsleistung der CKA ohne technischen Aufwand grob und schnell zu



beurteilen, diente die regelmäßige Sichtkontrolle des CKA-Ablaufs: Das gereinigte

Abwasser im Ablauf der CKA ist klar, gelb-grün und weist keinerlei optische

feststoffförmige Verschmutzungen auf (vgl. Abbildung 16).

Abbildung 16: Ablauf aus der CKA

Als einfaches Hilfsmittel zur Beurteilung der Reinigungsleistung der CKA kann zudem

die Sichttiefe in der Nachklärung herangezogen werden. Abbildung 17 zeigt die

Entwicklung der Sichttiefe im Nachklärbecken der CKA über den bisherigen

Untersuchungszeitraum. Als „gute“ Sichttiefe gelten >25 cm.

Eine Verschlechterung der Sichttiefe, d. h. Trübung des Wassers, bedeutet ein

schlechtes Absetzverhalten bzw. Ausschwemmung von Schlammflocken aus der

Belebung (evtl. Bläh- und Schwimmschlamm).



Sichttiefe

0

5

10

15

20

25

30

35

22.1

0.20

06

29.1

0.20

06

05.1

1.20

06

12.1

1.20

06

19.1

1.20

06

26.1

1.20

06

03.1

2.20

06

10.1

2.20

06

17.1

2.20

06

24.1

2.20

06

31.1

2.20

06

07.0

1.20

07

14.0

1.20

07

21.0

1.20

07

28.0

1.20

07

04.0

2.20

07

11.0

2.20

07

18.0

2.20

07

25.0

2.20

07

04.0

3.20

07

11.0

3.20

07

18.0

3.20

07

25.0

3.20

07

01.0

4.20

07

08.0

4.20

07

15.0

4.20

07

22.0

4.20

07

29.0

4.20

07

06.0

5.20

07

13.0

5.20

07

20.0

5.20

07

27.0

5.20

07

03.0

6.20

07

10.0

6.20

07

17.0

6.20

07

24.0

6.20

07

01.0

7.20

07

08.0

7.20

07

15.0

7.20

07

22.0

7.20

07

29.0

7.20

07

05.0

8.20

07

12.0

8.20

07

19.0

8.20

07

26.0

8.20

07

02.0

9.20

07

09.0

9.20

07

16.0

9.20

07

23.0

9.20

07

30.0

9.20

07

07.1

0.20

07

14.1

0.20

07

21.1

0.20

07

28.1

0.20

07

04.1

1.20

07

11.1

1.20

07

18.1

1.20

07

[cm] Sichttiefe [cm]

Abbildung 17: Entwicklung der Sichttiefe in Nachklärung der CKA

Ziel ist es, eine große Sichttiefe zu erreichen. Diese deutet auf einen gut absetzbaren

Schlamm hin, der im Klärzyklus verbleibt und nicht gemeinsam mit dem gereinigten

Abwasser ausgetragen wird.

Das Schlammvolumen in der Belebung der CKA ist das Maß für die Entwicklung und

den Aufbau des Belebtbakterienstamms und entscheidend für den Abzug von

Überschussschlamm und somit für die Beschickung der Pilot-KSVE. Abbildung 18

zeigt die Entwicklung des Schlammvolumens über den bisherigen Untersuchungs-

zeitraum.



Entwicklung des Belebt-Schlammvolumens [ml/l]Okt. 2006 - Febr. 2008

0

100

200

300

400

500

600

700

80042

. KW

06

43. K

W 0

6

44. K

W 0

6

45. K

W 0

6

46. K

W 0

6

47. K

W 0

6

48. K

W 0

6

49. K

W 0

6

50. K

W 0

6

51. K

W 0

6

52. K

W 0

6

1. K

W 0

7

2. K

W 0

7

3. K

W 0

7

4. K

W 0

7

5. K

W 0

7

6. K

W 0

7

7. K

W 0

7

8. K

W 0

7

9. K

W 0

7

10. K

W 0

7

11. K

W 0

7

12. K

W 0

7

13. K

W 0

7

14. K

W 0

7

15. K

W 0

7

16. K

W 0

7

17. K

W 0

7

18. K

W 0

7

19. K

W 0

7

20. K

W 0

7

21. K

W 0

7

22. K

W 0

7

23. K

W 0

7

24. K

W 0

7

25. K

W 0

7

26. K

W 0

7

27. K

W 0

7

28. K

W 0

7

29. K

W 0

7

30. K

W 0

7

31. K

W 0

7

32. K

W 0

7

33. K

W 0

7

34. K

W 0

7

35. K

W 0

7

36. K

W 0

7

37. K

W 0

7

38. K

W 0

7

39. K

W 0

7

40. K

W 0

7

41. K

W 0

7

42. K

W 0

7

43. K

W 0

7

44. K

W 0

7

45. K

W 0

7

46. K

W 0

7

47. K

W 0

7

48. K

W 0

7

49. K

W 0

7

50. K

W 0

7

51. K

W 0

7

52. K

W 0

7

1. K

W 0

8

2. K

W 0

8

3. K

W 0

8

4. K

W 0

8

5. K

W 0

8

6. K

W 0

8

7. K

W 0

8

8. K

W 0

8

9. K

W 0

8

10. K

W 0

8

[ml/l]

Schlammenge ml/l

Stromversorgungs-problem

Zulauf-schwankungen

O2 / Gebläse-probleme

Zulaufprobleme / Steuerung Pumpe

defekt

Einfahrender Anlage

Regelbetriebder Anlage

Biologie "tot"Zulauf toxisch:Biologie "tot"

Anlage erholt sich wieder / Biologie baut sich wieder auf Anlage stabil

2006 2007 2008

Abbildung 18: Entwicklung des Schlammvolumens in der CKA

Die bis ca. Mitte 2007 sehr geringe Schlammproduktion während der Einfahrphase

(Schlammvolumenmessung ergab Werte von nur 50 bis 100 mg/l) ist auf die in

Kapitel 2.1.2.2 beschriebenen Störungen zurückzuführen. Seit Juli 2007 lief die

Anlage stabil, das Schlammvolumen stieg konstant an. Im Oktober 2007 kam es

erneut zu einem kleinen „Zusammenbruch“ der Biologie und somit zu einem Einbruch

des Schlammvolumens. Ursache hierfür waren toxische Stoffe im Zulauf, die aber

schnell bemerkt wurden. Die CKA regulierte sich jedoch von selbst, so dass auch das

Schlammvolumen seither permanent ansteigt (vgl. Abbildung 18).

In Abbildung 19 wird der Zusammenhang zwischen Schlammvolumen und Sichttiefe

dargestellt. Es zeigt sich, dass mit steigendem Schlammvolumen auch die Sichttiefe

in der Nachklärung zunimmt.



Schlammvolumen und Sichttiefe

0

50

100

150

200

250

300

22.1

0.20

06

29.1

0.20

06

05.1

1.20

06

12.1

1.20

06

19.1

1.20

06

26.1

1.20

06

03.1

2.20

06

10.1

2.20

06

17.1

2.20

06

24.1

2.20

06

31.1

2.20

06

07.0

1.20

07

14.0

1.20

07

21.0

1.20

07

28.0

1.20

07

04.0

2.20

07

11.0

2.20

07

18.0

2.20

07

25.0

2.20

07

04.0

3.20

07

11.0

3.20

07

18.0

3.20

07

25.0

3.20

07

01.0

4.20

07

08.0

4.20

07

15.0

4.20

07

22.0

4.20

07

29.0

4.20

07

06.0

5.20

07

13.0

5.20

07

20.0

5.20

07

27.0

5.20

07

03.0

6.20

07

10.0

6.20

07

17.0

6.20

07

24.0

6.20

07

01.0

7.20

07

08.0

7.20

07

15.0

7.20

07

22.0

7.20

07

29.0

7.20

07

05.0

8.20

07

12.0

8.20

07

19.0

8.20

07

26.0

8.20

07

02.0

9.20

07

09.0

9.20

07

16.0

9.20

07

23.0

9.20

07

30.0

9.20

07

07.1

0.20

07

14.1

0.20

07

21.1

0.20

07

28.1

0.20

07

04.1

1.20

07

11.1

1.20

07

18.1

1.20

07

[ml]

0

5

10

15

20

25

30

35

[cm]Schlammvolumen [ml]Sichttiefe [cm]

Abbildung 19: Entwicklung von Schlammvolumen + Sichttiefe in der CKA

2.1.3.2 Chemische Messergebnisse Die Analysen des Zulaufs und des Ablaufs der CKA über den Zeitraum November

2006 bis Dezember 2007 ergeben die in Tabelle 3 dargestellten Qualitätsspannen.

Stellt man die Ablaufqualität ins Verhältnis zur Zulaufqualität, so ergeben sich die

dargestellten Reinigungsgrade der CKA für die Parameter CSB und BSB5.

Zulauf Ablauf Reinigungsgrad

CSB [mg O2/l] 374 – 780 15 – 180 [%] 62,8 – 96,0

BSB5 [mg O2/l] 110 – 360 3,5 – 13 [%] 89,1 – 98,3

Tabelle 3: Abwasserqualität (Zulauf und Ablauf) sowie Reinigungsgrad der CKA

bezogen auf die Parameter CSB und BSB5 (Nov. 06 – Dez. 07)



Die Pilot-KA in Murdeira hat (unter deutschen „Standardbedingungen) eine

Ausbaugröße von 102 EW bezogen auf die zu behandelnde Schmutzfracht. Für

Kläranlagen dieser Größenklasse (GK 1, kleiner als 60 kg BSB5 (roh) / d) ist –

entsprechend der deutschen Abwasserverordnung Anhang 1) – ausschließlich eine

Reduzierung der Schmutzfracht in Bezug auf BSB5 und CSB gefordert. Entsprechend

der Verordnung sollen folgende Grenzwerte eingehalten werden:

- CSB < 150 mg/l

- BSB5 < 40 mg/l

Im Vergleich zu deutschem „Standardabwasser“ (ATV: 150 l/d*E; 60 g BSB5/d; 120 g

CSB/d), ergibt sich für die Pilot-KA aufgrund des geringen Wasserverbrauchs (bei

gleicher Tagesfracht), d. h. für einen CV-Einwohner, folgender Ansatz:

- 100 l /d Abwasser mit

- 60 g BSB5/d oder 600 mg/l BSB5

- 120 g CSB/d oder 1.200 mg/l CSB

Der Zulauf zur Pilotkläranlage in Murdeira hat eine durchschnittliche BSB5-

Konzentration von 140,9 mg/l (ca. 25 % eines „deutschen Standardabwasser“) und

eine durchschnittliche CSB-Konzentration von 544,7 mg/l (oder ca. 50 % des

„deutschen Standardabwassers“). Dies bedeutet, dass der Zulauf zur Kläranlage

besonders „dünn“ ist, bzw. die Anlage unterbelastet ist. Zu bemerken ist zudem ein

Ungleichgewicht bei der CSB/BSB Verteilung. Der CSB (Chemischer

Sauerstoffbedarf als Maß der Gesamtverschmutzung des Abwassers) ist im

Verhältnis doppelt so hoch wie der BSB5 (Biologischer Sauerstoffbedarf in 5 Tagen

als Maß der biologisch leicht abbaubarer Substanz).

Bei einem durchschnittlichen Zulauf von 12 m³/d (über den gesamten Zeitraum) ergibt

sich für die Versuchskläranlage folgende mittlere Belastung:

- Hydraulische Belastung: 12 m³/d oder 120 EW

(die Anlage ist auf maximal 38,8 m³/d bemessen)

- Schmutzbelastung: 12 m³/d x 140,9 g/m³ = 1,691 kg BSB5/d

d.h. bei einer Bemessungsgröße von

6,12 kg BSB5/d, eine Auslastung der Anlage von

rund 28 %



- oder in Bezug auf CSB: 12 m³/d x 544,7 g/m³ = 6,537 kg CSB/d

d.h. bei einer Bemessungsgröße von

12,24 kg CSB/d, eine Auslastung der Anlage von

rund 55 %

Dies bedeutet für die Kläranlage, als Konsequenz aus dem o.g. Ungleichgewicht,

dass das Abwasser schwerer zu reinigen sein wird als „Standard-Abwasser“ und

dass die Versuchskläranlage unterbelastet ist.

Der Parameter CSB:

Die folgende Abbildung 20 zeigt die Entwicklung des Parameters CSB im Zu- und im

Ablauf der CKA.

CSB-Gehalt

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

KW

42

KW

43

KW

44

KW

45

KW

46

KW

47

KW

48

KW

49

KW

50

KW

51

KW

52

KW

01

KW

02

KW

03

KW

04

KW

05

KW

06

KW

07

KW

08

KW

09

KW

10

KW

11

KW

12

KW

13

KW

14

KW

15

KW

16

KW

17

KW

18

KW

19

KW

20

KW

21

KW

22

KW

23

KW

24

KW

25

KW

26

KW

27

KW

28

KW

29

KW

30

KW

31

KW

32

KW

33

KW

34

KW

35

KW

36

KW

37

KW

38

KW

39

KW

40

KW

41

KW

42

KW

43

KW

44

KW

45

KW

46

KW

47

KW

48

KW

49

KW

50

KW

51

KW

52

[mg O2/l]ZulaufAblauf

Abbildung 20: Entwicklung des CSB (Zulauf + Ablauf) über den bisherigen Unter-

suchungszeitraum

Die Kurvenverläufe CSB in Zu- und Ablauf zeigen eine deutliche Korrelation, steigt

der CSB-Wert im Zulauf, so ist auch im Ablauf eine Steigerung zu verzeichnen, wobei

stets eine deutliche Minderung der Werte im Ablauf (im Vergleich zum Zulauf) zu

verzeichnen ist. Dies bedeutet, dass die Abwasserqualität in der CKA in Bezug auf

den CSB-Gehalt deutlich verbessert werden konnte.

Der CSB-Wert im Ablauf betrug im Mittel 120,1 mg/l. Somit konnten die Grenzwerte

für die entsprechende Kläranlagengröße (150 mg/l bei GK1) im Mittel eingehalten

werden.



Stellt man den CSB-Gehalt im Ablauf der CKA ins Verhältnis zum CSB-Gehalt im

Zulauf der CKA, so ergibt sich der Reinigungsgrad der CKA in Bezug auf den CSB.

Dieser Reinigungsgrad ist in Abbildung 21 über den bisherigen

Untersuchungszeitraum dargestellt. Der Reinigungsgrad der Versuchskläranlage in

Bezug auf CSB in dem betrachteten Zeitraum lag zwischen 70 % und 90 %, der

Mittelwert betrug 78 %.

Reinigungsgrad bezogen auf CSB

50%

55%

60%

65%

70%

75%

80%

85%

90%

95%

100%

KW

42

KW

43

KW

44

KW

45

KW

46

KW

47

KW

48

KW

49

KW

50

KW

51

KW

52

KW

01

KW

02

KW

03

KW

04

KW

05

KW

06

KW

07

KW

08

KW

09

KW

10

KW

11

KW

12

KW

13

KW

14

KW

15

KW

16

KW

17

KW

18

KW

19

KW

20

KW

21

KW

22

KW

23

KW

24

KW

25

KW

26

KW

27

KW

28

KW

29

KW

30

KW

31

KW

32

KW

33

KW

34

KW

35

KW

36

KW

37

KW

38

KW

39

KW

40

KW

41

KW

42

KW

43

KW

44

KW

45

KW

46

KW

47K

W 4

8

KW

49

KW

50

KW

51

KW

52

Reinigungsgrad CSB

Abbildung 21: Reinigungsgrad der CKA bezogen auf den CSB

Der Parameter BSB5:

Die folgende Abbildung 22 zeigt die Entwicklung des Parameters BSB5 im Zu- und im

Ablauf der CKA.



BSB5-Gehalt

0

40

80

120

160

200

240

KW

42

KW

43

KW

44

KW

45

KW

46

KW

47

KW

48

KW

49

KW

50

KW

51

KW

52

KW

01

KW

02

KW

03

KW

04

KW

05

KW

06

KW

07

KW

08

KW

09

KW

10

KW

11

KW

12

KW

13

KW

14

KW

15

KW

16

KW

17

KW

18

KW

19

KW

20

KW

21

KW

22

KW

23

KW

24

KW

25

KW

26

KW

27

KW

28

KW

29

KW

30

KW

31

KW

32

KW

33

KW

34

KW

35

KW

36

KW

37

KW

38

KW

39

KW

40

KW

41

KW

42

KW

43

KW

44

KW

45

KW

46

KW

47

KW

48

KW

49

KW

50

KW

51

KW

52

[mg O2/l]ZulaufAblauf

Abbildung 22: Entwicklung des BSB5 (Zulauf + Ablauf) über den bisherigen Unter-

suchungszeitraum

Die Kurvenverläufe des BSB5 in Zu- und Ablauf der Versuchskläranlage zeigen eine

weniger deutliche Korrelation als die entsprechenden CSB-Werte.

Es zeigt sich, dass die Abwasserqualität in der CKA in Bezug auf den BSB5-Gehalt

deutlich verbessert werden kann. Der BSB5-Wert im Ablauf beträgt im Mittel 9,1 mg/l.

Somit ist der Grenzwert für Kläranlage der Größenklasse 1 (GK1, BSB5 < 40 mg/l im

Ablauf) unterschritten worden. Bis auf die Einfahrphase (KW 44 u. KW 45 /2006)

lagen alle Messwerte unterhalb des Grenzwertes.

Stellt man den BSB5-Gehalt im Ablauf der CKA ins Verhältnis zum BSB5-Gehalt im

Zulauf der CKA, so ergibt sich der Reinigungsgrad der CKA in Bezug auf den BSB5.

Dieser Reinigungsgrad ist in Abbildung 23 über den bisherigen

Untersuchungszeitraum dargestellt. Mit Ausnahme der Einfahrphase (Ausreißer Wert

mit 70 %) liegt der Reinigungsgrad der Kläranlage in Bezug auf den BSB5 bei rund

90 %.

Die Analysen für den BSB5 liegen nur bis Juli 2007 vollständig vor. Ab Juli 2007 sind

nur noch die Parameter CSB, NH4-N, NO3-N und NO2-N analysiert worden (vgl.

Anlage 16), der BSB5 wurde sporadisch gemessen.



Reinigungsgrad bezogen auf BSB5

50%

55%

60%

65%

70%

75%

80%

85%

90%

95%

100%

KW

42

KW

43

KW

44

KW

45

KW

46

KW

47

KW

48

KW

49

KW

50

KW

51

KW

52

KW

01

KW

02

KW

03

KW

04

KW

05

KW

06

KW

07

KW

08

KW

09

KW

10

KW

11

KW

12

KW

13

KW

14

KW

15

KW

16

KW

17

KW

18

KW

19

KW

20

KW

21

KW

22

KW

23

KW

24

KW

25

KW

26

KW

27

KW

28

KW

29

KW

30

KW

31

KW

32

KW

33

KW

34

KW

35

KW

36

KW

37

KW

38

KW

39

KW

40

KW

41

KW

42

KW

43

KW

44

KW

45

KW

46

KW

47

KW

48

KW

49

KW

50

KW

51

KW

52

Reinigungsgrad BSB5

Abbildung 23: Reinigungsgrad der CKA bezogen auf den BSB5

Das CSB/BSB5-Verhältnis:

In Abbildung 24 wird das CSB/BSB5-Verhältnis dargestellt als Ausdruck für die

Abbaubarkeit des Abwassers (je höher das Verhältnis CSB/BSB5, desto schwerer ist

das Abwasser abbaubar).

Reinigungsgrad im Verhältnis zum CSB/BSB-Verhältnis

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

KW 46

KW 51

KW 04

KW 09

KW 14

KW 19

KW 24

KW 29

KW 34

KW 39

KW 44

KW 49

Zeit

CSB

/BSB

-Ver

hältn

is

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%

Rei

nigu

ngsg

rad

CSB/BSB5 Zulauf

CSB/BSB5 Ablauf

Reinigungs-gradCSB [%]

Reinigungs-gradBSB5 [%]

Abbildung 24: Entwicklung der Abbaubarkeit und des CSB/BSB5-Verhältnisses

(Zulauf + Ablauf) über den bisherigen Untersuchungszeitraum



Es zeigt sich, dass das CSB/BSB5-Verhältnis im Zulauf der Kläranlage über den

bisherigen Untersuchungszeitraum sehr ausgeglichen ist (Minimum 3,3, Maximum

5,0) und einen mittleren Wert von 3,9 beträgt. Dieser Wert liegt weit über dem

„Standard“-Wert von 2 zur Bemessung von Kläranlagen gemäß ATV. Dies bedeutet,

dass das auf der Pilotanlage zu reinigende Abwasser weit schwerer abbaubar ist als

ein „deutsches Standardabwasser“, bzw. in einem bereits teils-abgebauten Zustand

auf der Kläranlage ankommt (z.B. durch lange Retentionszeiten in der Kanalisation,

wodurch die leicht abbaubaren Verbindungen bereits oxidieren oder faulen).

Im Ablauf der Kläranlage ist das Verhältnis CSB/BSB5 entsprechend der jeweiligen

Abbaubarkeit der organischen Verbindungen höher als im Zulauf. Dieses Verhältnis

nimmt Werte zwischen 9,2 und 23,3 an, der Mittelwert beträgt 15,2. Dies bedeutet,

dass die biochemisch abbaubaren Verbindungen (als BSB5 gemessen) mindestens

doppelt (Verhältnis 9,2 im Ablauf zu 3,9 im Zulauf) und bis zu 6-fach (Verhältnis 23,3

im Ablauf zu 3,9 im Zulauf) besser abgebaut werden als die chemisch abbaubaren

Verbindungen.

Eine Korrelation zwischen dem Abbaugrad der CSB und der BSB5-Verbindungen ist

jedoch nicht gegeben.

Stickstoff-Verbindungen:

Stickstoff ist als Schadstoff für aquatische Lebensräume grundsätzlich aus dem

Abwasser zu entfernen. Für Kläranlagen der Größenklasse I (< 60 kg BSB5/d oder

< 1.000 EW) ist in der Bundesrepublik Deutschland kein Nachweis der Elimination

gefordert. Erst für Kläranlagen der Größenklasse III (> 300 kg BSB5/d oder

> 5.000 EW) ist der Grenzwert von 10 mg/l NH4-N und 18 mg/l anorg. N (d.h. NH4-N +

NO2-N + NO3-N) einzuhalten.

Die Versuchskläranlage ist eine biologische Kläranlage (Belebungsanlage) mit

intermittierender Belüftung. Dies Bedeutet, dass die Anlage für die

Stickstoffelimination ausgerichtet ist, bzw. eingestellt werden kann. Der Stickstoff wird

über Nitrifikation (oxisch, d.h. unter Sauerstoffzufuhr) und Denitrifikation (anoxisch,

d.h. ohne Sauerstoff) im Belebungsbecken eliminiert. Des Weiteren wird ein Teil des

Stickstoffes zum Aufbau der Biomasse (d.h. des Belebtschlammes) genutzt und

letztendlich als Überschussschlamm aus der Kläranlage abgezogen.



Die nachfolgende Abbildung zeigt die Entwicklung der Zu- und Ablaufwerte für

Ammonium-Stickstoff.

N H 4 - Gehalt

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

[ mg / l ]

ZulaufAblauf

Abbildung 25: Ammonium-Stickstoff (NH4-N) in Zu- und Ablauf der CKA über den

bisherigen Untersuchungszeitraum

Es ist hierbei zu bemerken, dass der – für Kläranlagen höherer Größenklassen

gültige – Grenzwert von 10 mg/l NH4-N Ammonium Stickstoff nur selten eingehalten

werden kann. Der Ammonium-Stickstoff-Ablaufwert bewegt sich jedoch im Bereich

unter 20 mg/l wenn der Abbaugrad für BSB5 und CSB hoch ist, bzw. die Anlage stabil

läuft.

Für die zu planende Großkläranlage bedeutet es, dass ein stabiler Abbau der

organischen Verbindungen (gemessen als BSB5 oder CSB) zu einem besseren

Abbau der Stickstoffverbindungen führt. Hierfür ist eine gezielte Steuerung der

Nitrifikation und Denitrifikation (durch Einhaltung von Sauerstoffreiche und

Sauerstofflose Zeiträume) erforderlich.

2.1.3.3 Versuchsreihe Fäkalschlammzugabe Die Versuchsreihe „Fäkalschlammzugabe“ konnte nicht in dem geplanten Maße

durchgeführt werden. Aufgrund fehlender Fäkalschlammmengen und logistischer

Probleme (Transport) wurde erst ab November 2007 Fäkalschlamm zur

Mitbehandlung in die Versuchskläranlage gegeben.



Die Analytik des Fäkalschlammes (im Vergleich zum Abwasser) zeigt folgende

Ergebnisse:

Parameter Einheit Fäkalschlamm

zur CKA

(Mittelwert)

Abwasser zur

CKA

(Mittelwert)

CSB [mg/l] 500 544,7

BSB5 [mg/l] 165 140,9

NH4-N [mg/l] 95 65,5

PO4-P [mg/l] 13,85 9,3

Tabelle 4: Fäkalschlammqualität im Vergleich zum Abwasser

Die obige Tabelle zeigt, dass der angelieferte Fäkalschlamm in Bezug auf BSB5 und

CSB sich nur unwesentlich vom Abwasser unterscheidet. Der CSB-Wert liegt mit

500 mg/l unterhalb des Mittelwertes des Abwassers (544,7 mg/l), dafür liegt der BSB5

mit 165 mg/l unterhalb des Abwassermittelwertes von 140,9 mg/l BSB5. Dieses lässt

vermuten, dass es sich nicht um Fäkalschlamm handelt, der über Monate

zwischengelagert wurde, sondern um in einer Grube oder Kleinkläranlage frisch

gesammeltes Abwasser. Die Reinigungsergebnisse waren in dieser Versuchsphase

gut, was auf dem zu diesem Zeitpunkt stabilen Betrieb der CKA zurückzuführen ist,

wobei der Einfluß der Fäkalschlammzugabe als geringfügig zu bewerten ist.

Aussagekräftige Ergebnisse wären nur durch die Zugabe von „altem“ Fäkalschlamm

zu erreichen, der während der Versuchsdurchführung nicht verfügbar war.

2.2 Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser (Wastewater Reuse)

Die Aufstockung „Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser zu

Bewässerungszwecken in ariden Gebieten am Beispiel der Insel Sal / Cabo Verde”

erwies sich während der Projektbearbeitung als notwendig, um die Wirtschaftlichkeit

dieses Abwassermanagementsystems zu gewährleisten. Mit Hilfe des gesicherten

Verkaufs des gereinigten Abwassers an Plantagen (Food / Non-food) und Golfplätze

sowie durch einen sozialverträglichen Abwassertarif sollen die laufenden Kosten

(Kapital- und Betriebskosten) des Abwassermanagementsystems der Insel Sal

mindestens gedeckt werden (Vollkostendeckung).



2.2.1 Bestandaufnahme / Grundlagenermittlung

Ziel der Wastewater Reuse Studie war es, die angespannte Trinkwasser-

/Abwassersituation auf Sal zu verbessern.

Aus diesem Grunde wurden zunächst die existierenden Probleme (mangelhafte

Abwasserentsorgung, teuer produziertes Trinkwasser, hoher Bewässerungs-

wasserbedarf) beschrieben und die bei der Lösung zu berücksichtigenden

Rahmenbedingungen (klimatische, geologische, ökologische und rechtliche)

aufgeführt. Von besonderer Bedeutung waren hierbei die WHO und die FAO

Richtlinien, in denen die mikrobiologischen und die physikalischen Anforderungen

beschrieben werden, die an gereinigtes Abwasser gestellt werden, wenn dieses zur

Bewässerung von Food und Non-food Produkten und von Golfplätzen eingesetzt

werden soll.

Zur Verdeutlichung wurden die bereits existierenden Bewässerungs- bzw. Reuse-

Systeme auf der Insel Sal bzw. in Cabo Verde angeführt. Hierbei handelt es sich

einerseits um die Bewässerung landwirtschaftlicher Erzeugnisse auf Plantagen und

andererseits um die Bewässerung von Grünflächen (Hotels, Internationaler

Flughafen, TURIM).

Als Analogievergleich zu Sal / Cabo Verde wurd zudem ein seit mehr als zehn Jahren

erfolgreich funktionierendes Reuse-System auf Teneriffa/Kanarische Inseln beschrie-

ben, in dem zum einen Plantagen (Bananen, Geranien) und zum anderen Golfplätze

bewässert werden und das als Vorlage für das auf Sal einzuführende Reuse-System

dienen kann.

2.2.2 Technisches Leistungskonzept

In Paket 2 (technisches Leistungskonzept) wurden zunächst die allgemeinen

Einsatzmöglichkeiten der Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser ausführlich

erläutert. Für die unterschiedlichen Anwendungsbeispiele (landwirtschaftliche,

städtische und industrielle Wiederverwendung sowie Wiederverwendung auf

Erholungsflächen und künstliche Grundwasseranreicherung) wurden

mikrobiologische und physikalische Qualitätskriterien angeführt. In Hinblick auf die

Aufgabenstellung wurde die landwirtschaftliche Wiederverwendung ausführlicher

beschrieben. Hierzu wurden konkrete Anwendungsbeispiele (Teneriffa, Kalifornien,

Brasilien, Japan) aufgeführt und für Sal bzw. für die Republik Cabo Verde Qualitäts-

anforderungen an das gereinigte Abwasser zur Bewässerung vorgeschlagen.

Aufgrund der sehr guten Übertragbarkeit (geographische Nähe, gleiche geologische



Struktur, ähnliches Klima) wurden hierbei die Qualitätskriterien für die Wieder-

verwendung von gereinigtem Abwasser auf Teneriffa zugrunde gelegt.

Außerdem wurden die unterschiedlichen Bewässerungsverfahren (Oberflächen-

bewässerung, künstliche Beregnung, Tropfbewässerung, hydroponische Systeme)

vorgestellt und hinsichtlich Kosten und technischer Ausführung verglichen. Als

Ergebnis lässt sich festhalten, dass für den betrachteten Fall die Tropfbewässerung

und hydroponische Systeme als optimale Bewässerungsverfahren anzusehen sind.

Die Abschätzung der zur Verfügung stehenden Abwassermengen und der damit

bewässerbaren Flächen auf der Insel Sal zeigte, dass sich je nach betrachtetem

Szenario (pessimistisch, realistisch, optimistisch) für das Jahr 2010 eine

bewässerbare Fläche von 5,6-10,4 ha ergibt. Bis zum Jahr 2030 erhöht sich diese

Fläche auf bis zu 18 ha.

Die Bewertung des Düngeäquivalentes des Rohabwassers und des gereinigten

Abwassers ergab weder eine Restriktion hinsichtlich des Schadstoffpotenzials durch

Schwermetalle noch Nutzungseinschränkungen hinsichtlich der Nährstoff-

konzentrationen.

Die Ermittlung des Wasserbedarfs von Kulturpflanzen sowie der kulturspezifischen

Nährstoffansprüche diente der Bestimmung, welche Marktfrüchte am besten

angepflanzt werden sollten. Hierbei wurde auch die Versalzungsproblematik bei der

Bewässerung mit gereinigtem Abwasser diskutiert. Das Ergebnis dieser

Untersuchungen war, dass aufgrund der günstigen klimatischen Bedingungen bei

entsprechender Bewässerung nahezu alle Kulturen angepflanzt werden können und

sich die Kulturauswahl deshalb eher über den Marktpreis bzw. die Nachfrage

definieren sollte. Da sie bereits erfolgreich auf Cabo Verde produziert werden,

empfiehlt sich auch weiterhin die Produktion von Tomaten, Paprika, Gurken und

Salat. Die erzielbaren Erträge können je nach Pflanzenart bei mehr als 100 t/ha

liegen.

Die Produktion der landwirtschaftlichen Erzeugnisse wird auf zwei Plantagen

stattfinden. Bei der technischen Beschreibung der beiden Plantagen Milot (3 ha

bereits vorhanden) und Terra Boa (geplant) wurde die Lage der Plantagen mit ihrer

Infrastruktur, Ausstattung, der genauen Anordnung und der Funktionsweise

beschrieben, wodurch die Funktionsfähigkeit des Reuse-Systems dargelegt wurde.

Mit Hilfe einer Umweltverträglichkeitsbetrachtung wurden die Einwirkungen auf u.a.

Fauna und Flora sowie Boden und Untergrund dargestellt. Das Ergebnis dieser

Betrachtung war, dass der Einsatz von gereinigtem Abwasser keine gravierenden

Einwirkungen verursacht und gegenüber dem Status-quo-Zustand (unzureichende



Abwasserreinigung und Verschwendung von Trinkwasser zur Bewässerung) nicht

nachteilig ist.

Abgeschlossen wurde das technische Leistungskonzept mit einer Marktanalyse für

den Verkauf von gereinigtem Abwasser. Die Bestandsaufnahme der derzeitigen

Situation zeigte, dass mit der existierenden Plantage Milot, den vorhandenen Hotels

sowie der ASA bereits Einrichtungen mit einem hohen Wasserverbrauch vorhanden

sind. Die Analyse des potentiellen Absatzmarktes für gereinigtes Abwasser

verdeutlichte, dass durch die Errichtung weiterer Plantagen oder den Bau eines

Golfplatzes eine ausreichende Nachfrage für gereinigtes Abwasser erzeugt werden

könnte und das Bestehen des Reuse-Systems somit gesichert wäre.

2.2.3 Finanzanalyse und Cash-Flow Analyse

Die finanzielle Analyse – zeigte, dass bei den angenommen Abwassertarife (gemäß

F+E-Studie 02WAO597) der Verkauf von gereinigtem Abwasser für

Bewässerungszecke zur Finanzierung des Projektes erforderlich ist. Insbesondere

vor dem Hintergrund der Akzeptanz des Projektes durch die Bevölkerung – durch

Einhaltung von sozial-verträglichen und akzeptablen Abwassergebühren – ist der

Verkauf von gereinigtem Abwasser zu einem Preis von mindestens 2,50 €/m³

notwendig. Ein hoher Anschlussgrad der Bevölkerung sollte so schnell wie möglich

erreicht werden, so dass größere Abwassermengen produziert werden.

Die Risiko- und Sensitivitätsanalyse zeigte, dass die aufgeführten Probleme zu einer

Verschiebung der Zeitachse des Projektes führen können, d.h. die Implementierung

des Projektes bzw. seiner Ausbaustufen findet früher oder später statt. Dies hat

jedoch keinen wesentlichen Einfluss auf das Projekt selbst. Wichtig für das Projekt ist,

dass mit Inbetriebnahme des 1. Bauabschnitts des WWMS Espargos mindestens die

im optimistischen Szenario angenommenen Abwassermengen die Kläranlage

erreichen und für das gereinigte Abwasser Abnehmer vorhanden sind, so dass die

Finanzierung gesichert werden kann.



3. VORAUSSICHTLICHER NUTZEN

3.1 Verwertbarkeit der Ergebnisse im Sinne des Verwertungsplans

3.1.1 Erfindungen / Schutzrechtsanmeldungen

Im Berichtzeitraum sind keine Patente oder sonstigen Schutzrechtsanmeldungen

durchgeführt worden.

Prack Consult beabsichtigt, die sich aus Phase 2 (Pilotversuch) ergebenden

Innovationsergebnisse (z.B. die entwickelte Technik) patentrechtlich bzw. als

Gebrauchswarenschutz schützen zu lassen und auf andere aride Standorte zu

übertragen.

3.1.2 Wirtschaftliche / wissenschaftliche / technische Erfolgsaussichten nach

Projektende

3.1.2.1 Vorteile gegenüber Konkurrenzlösungen

• Beitrag zum Wirtschaftswachstum, Verbesserung der touristischen Attraktivität

der Insel, Verbesserung der Lebensqualität der Bevölkerung

• Beitrag zur Reduzierung der wasserbezogenen Gesundheitsgefährdung der

Bevölkerung durch Verbesserung der Basisinfrastruktur

• Beitrag zum Schutz der Umwelt durch Reduzierung des Trinkwasserverbrauches

(gereinigtes Schmutzwasser wird für Bewässerungszwecke genutzt, bislang

diente dazu teures Trinkwasser aus Entsalzungsanlagen)

• Einsparung von Energie durch Reduzierung des Trinkwasserverbrauchs (weniger

Primärenergieverbrauch (Energie / Öl) für Entsalzungsanlagen) und damit ein

Beitrag zum Kyoto-Protokoll

• Entwicklung einer auf den Standort angepassten und im Testversuch erfolgreich

erprobten modular erweiterbaren biologischen Kläranlage als Container-

Kläranlagensystem (Sandwich-Bauweise).

• Die Klärschlammvererdung (KSVE) stellt eine wirtschaftliche und ökologisch

sinnvolle Lösung zur Klärschlammentwässerung und weitergehenden

Mineralisierung dar (Nutzung erneuerbarer Energien - Sonne, Wind, Pflanzen).

Daher bietet es sich an, dieses kostengünstige und effiziente Low-Tech-

Verfahren auf Cabo Verde zu übertragen und anzuwenden. Die Alternative dazu,

die maschinelle Entwässerung, ist ein Hochtechnologieverfahren mit hohem

Energie- und Polymerverbrauch sowie hohen Betriebs- und Unterhaltungskosten.



• Die Insel Sal wird durch die Umsetzung des erarbeiteten Abwassermanagement-

konzepts zur Modellregion für aride Gebiete.

3.1.2.2 Wirtschaftliche Erfolgsaussichten / Nutzen deutscher Industrie Pilotanlage:

Die Pilotanlage zur Abwasser- und Klärschlammbehandlung dient einerseits zur

Entwicklung eines Behandlungsverfahrens, das an die örtlichen Gegebenheiten auf

Sal angepasst wurde, andererseits aber auch als Referenzanlage zum Nachweis der

Kompetenz deutscher Unternehmen auf dem Gebiet der Abwasser- und

Schlammbehandlung unter erschwerten Bedingungen. Dadurch kann eine deutliche

Verbesserung der Wettbewerbsposition deutscher Unternehmen erwartet werden.

Die Ergebnisse aus dem Betrieb der Pilot-Kläranlage werden für die Planung, den

Bau und den Betrieb der großmaßstäblichen Kläranlage Espargos herangezogen.

Im Hinblick auf die Exportorientierung des deutschen Mittelstandes wurden die

Containerkläranlage sowie die für die Pilot-KSVE erforderlichen technischen

Komponenten in Deutschland hergestellt und exportiert:

- Container

- Pumpen und sonstige Maschinentechnik

- Elektrotechnik / Schaltschränke / Schaltanlagen

- Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik

Dadurch wurde der Nutzen deutscher Industrie gefördert durch:

- Kooperation deutscher Unternehmen mit Kapverdischen Partnern /

Behörden

- Festigung deutschen Know-hows im afrikanischen Raum

Modular erweiterbare Container-Kläranlagen-Systeme (CKA-Systeme):

Durch den Betrieb der Pilotanlage in Murdeira, Insel Sal / Cabo Verde ist es Prack

Consult gelungen, mit den damit verbundenen Erfahrungen und Ergebnissen ein

modular erweiterbares Container-Kläranlagen-System - speziell angepasst und

erprobt in der Zielregion und somit repräsentativ für aride Gebiete - zu entwickeln.

Dieses CKA-System kann in Ausbaugrößen zwischen 50 EW bis hin zu 1.500 EW

hergestellt (Vorfertigung in BRD) und exportiert werden. Prack Consult liegen

diesbezüglich Anfragen diverser Hotelinvestoren (z. B. in Pedra de Lume, in Santa

Maria sowie auf der Insel Boa Vista) vor (Stand Frühjahr 2008). Dies ist eindeutig als

Erfolg des durchgeführten F+E-Projektes zu werten.



3.1.2.3 Rückübertragung der KSVE-Ergebnisse nach Mitteleuropa Die Übertragung der Klärschlammvererdung an einen trockenen, heißen Standort

(Sal) befördert die Klärschlammvererdung in eine Region, in der die Pflanzen

gegenüber den Bedingungen in Mitteleuropa stärker wachsen und damit die von

Pflanzen erzielbaren Umsatzraten sowohl hinsichtlich des Stoffwechsels als auch

hinsichtlich der Evapotranspiration deutlich stärker sind als in Mitteleuropa. Die unter

diesen positiven Bedingungen gewonnenen Erkenntnisse werden auf mittel-

europäische Verhältnisse rückübertragen und auch für Planung und Betrieb

inländischer Anlagen verwendet. In gleicher Weise werden die auf der Insel Sal /

Cabo Verde gewonnenen Ergebnisse auf andere aride Gebiete des afrikanischen

Raums übertragen werden.

3.1.2.4 Verwertungshorizont / Transfer Kurz- bis mittelfristig sollen die Erkenntnisse aus dem F+E-Vorhaben, d.h. das

entwickelte Konzept (modulare Kläranlagen und KSVE-Anlage) inklusive Technik, der

Verbreitung in weiteren ariden Gebieten wie z.B. Sahel-Zone, Namibia, Nahost-

Länder, südliches Mittelmeer, Oman (wo das Forschungsprojekt bereits im Rahmen

des internationalen Workshops „Water Demand Management in Urban Areas in the

Light of Tourism Development“ am 27-28. August 2007 vorgestellt wurde) etc. dienen.

Die zu errichtende Anlage Sal wird als „Vorführanlage“ betrieben. In die Vermarktung

werden der deutsche Mittelstand (hochtechnische Komponenten wie z. B.

Elektrotechnik, Schalt-, Mess-, Regel und Steuerungstechnik, Probenahme,

Überwachung) sowie das technische Know-how (Planung, Bauleitung und

Begleitung) eingebunden. Die beschäftigungsintensiven Arbeiten sind durch die

lokale Bevölkerung zu realisieren.

3.1.3 Wissenschaftliche und wirtschaftliche Anschlussfähigkeit

Um im Rahmen der wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Anschlussfähigkeit die

Ergebnisse des F+E-Projektes umsetzen und mittel- bis langfristig ein nachhaltiges

Wassermanagement auf Sal erfolgreich etablieren zu können, wurden bereits

folgende Maßnahmen ergriffen:

• Tarif-Studie (F+E-Projekt 02WA0898)

Diese Untersuchung diente der Ermittlung eines sozial-gestaffelten und sozial

verträglichen Abwassertarifs, der anhand des Einkommens (low income, medium



income, high income) die Bevölkerung, das Gewerbe bzw. die Industrie und die

Hotels (Touristen) schwächer bzw. stärker belasten soll (Sozialverträglichkeit).

Zur Sicherstellung des nachhaltigen Betriebes der Anlagen, zur Finanzierung von

Ersatz- und Erweiterungsinvestitionen, zur Vermeidung von weiterer Wasser-

verschwendung und zum Schutze der Ressourcen sind verbrauchsbezogene

Trinkwassergebühren unerlässlich.

• Wastewater Reuse-Studie (Phase 2b)

Die Verwendung gereinigten Abwassers für Bewässerungszwecke ist ein

wirksames Instrument, den Wasserfehlbedarf in Wassermangelgebieten

auszugleichen. Die WHO-Richtwerte für Abwasserwiederverwendung in der

Landwirtschaft müssen dabei eingehalten werden. Um wichtige Parameter für die

weitergehende Umsetzung des Konzepts (hier: insbesondere für den Aufbau

eines Bewässerungssystems) zu liefern, wurden u.a. folgende Aspekte

untersucht:

- Ermittlung potentieller Abnehmer

- Festlegung von entsprechenden Gebieten / Flächen

- Technisches Konzept Bewässerungssystem

Die Ergebnisse der Reuse-Studie befinden sich in Anlage 17.

Um die wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Anschlussfähigkeit auch über den

Bewilligungszeitraum hinaus zu gewährleisten, sind über den Berichtzeitraum hinaus

folgende Maßnahmen geplant:

• Workshops

Parallel zur Realisierung des dezentralen Abwassermanagementkonzepts soll

mit Hilfe mehrerer Workshops ein Aufklärungs- und Informationsprogramm

sowohl für Entscheidungsträger (Finanzen / Investitionen) als auch für die

Bevölkerung durchgeführt werden. Dieses Veranstaltungsprogramm soll vor

allem die Öffentlichkeit für einen schonenden Umgang mit der Ressource

Trinkwasser sensibilisieren und die Vorteile der zukünftigen Abwasser-

behandlung sowie der Wiederverwendung des gereinigten Abwassers für

Bewässerungszwecke aufzeigen. Hauptziel des Programms ist die Mobilisierung

der Akzeptanz hinsichtlich des Abwasserkonzepts („willingness to pay“) und die

damit verbundene Einführung eines sozial-gestaffelten und sozial verträglichen

Tarifsystems.



• Deutsches Know-how

Prinzipiell wird über die Ergebnisse des vorliegenden F+E-Projekts hinaus die

wissenschaftlich-wirtschaftliche Anschlussfähigkeit insofern erwartet, dass

dadurch der Export von deutschem Know-how gestärkt wird. Gerade hier lassen

sich „Software“ und „Hardware“ hervorragend trennen, wobei die „Software“

(Planung, Bauleitung, Betrieb, wissenschaftliche Begleitung des

Anlagenbetriebs) und die Hardware (Installationen der Mess-, Regelungs- und

Automatisierungs- und Fördertechnik) im wesentlichen als kompakte Wissens-

blöcke aus Deutschland exportiert werden können, während die Bauleistungen

zu Realisierung und Betrieb der Anlage ohne Qualitätseinbußen und mit hoher

Beschäftigungsfolgewirkung im Zielland durch die ortsansässige Bevölkerung

realisiert werden können.

• Abwasserabnehmer

Die wissenschaftlich-wirtschaftliche Anschlussfähigkeit des Projektes wird

gewährleistet durch erste Kontakte zu potentiellen Golfplatzbetreibern sowie

durch konkrete Gespräche mit und Interessensbekundungen seitens der

Plantage Milot Hydroponics. Eine detaillierte Wirtschaftlichkeitsuntersuchung für

die Plantage hinsichtlich einer zukünftigen Bewässerung mit gereinigtem

Abwasser wurde von den Betreibern der Plantage beauftragt und wurde bereits

für diese erarbeitet.

• Lieferung von modularen CKA-Systemen nach Cabo Verde

(vgl. Kapitel 3.1.2.2)

4. FORTSCHRITT AUF DEM GEBIET DES VORHABENS BEI ANDEREN STELLEN WÄHREND

DER DURCHFÜHRUNG DES VORHABENS

Eine Literatur- und Informationsrecherche zum Stand der Technik wurde bereits zum

Zeitpunkt der Antragsstellung durchgeführt (vgl. Antrag auf Förderung, Kap. II Stand

der Wissenschaft und Technik). Diese wurde im Zuge der Überarbeitung der

Antragstellung im Februar / März 2005 nochmals um eine Recherche hinsichtlich der

Begriffe / Themengebiete ergänzt:

- Modulare Kläranlagen

- Fäkalschlammmitbehandlung / Behandlung von Fäkalschlämmen

- Mitbehandlung von Meer-/ Brackwasser



- Betrieb von Kläranlagen an ariden Standorten

- Klärschlammvererdungsanlagen (KSVE) an ariden Standorten

- Nutzung von gereinigtem Abwasser für Bewässerungszwecke / Wastewater

Reuse

Im Zuge der Bearbeitung der Phasen 1 und 2 wurde erneut eine Informations- und

Internet-Recherche zur Überprüfung des Stands der Technik durchgeführt. Hierbei

wurde u. a. auf folgende Quellen zurückgegriffen:

- www.fiz-technik.de

- www.irb.fhg.de

- www.fiz-karlsruhe.de

- www.fiz-chemie.de

- www.umweltbundesamt.de

- www.gbi.de

- MetaGer: http://meta.rrzn.uni-hannover.de

Ergebnis der Recherche waren zwar zusätzliche aktuelle Publikationen zu o. g.

einzelnen Themengebieten, jedoch keine relevanten Innovationen zum vorliegenden

F+E-Projekt, welches sich gerade durch die Kombination der Themengebiete

„Fäkalschlamm“ und „arider Standort“ auszeichnet: im vorliegenden Projekt gilt es die

Auswirkungen auf die Biologie (Bakterien, Reinigungsleistung) einer Kläranlage bei

Mitbehandlung von Fäkalschlamm an einem trocken heißen Standort zu untersuchen.

Des Weiteren wurde im Rahmen der Antragsstellung für die Aufstockung

„Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser zu Bewässerungszwecken

(wastewater reuse)“ eine weitergehende aktuelle Literatur- und Informations-

recherche durchgeführt, die den Stand der Wissenschaft und Technik durchleuchtete,

jedoch keine brauchbaren Ergebnisse bzgl. der Anwendbarkeit in der Zielregion

ergab.



5. VERÖFFENTLICHUNGEN UND VORTRÄGE

5.1 Phase 1: Grundlegende Untersuchung und Konzepterstellung

Die Ergebnisse der Phase 1 wurden auf einem 2-tägigen Workshop in Espargos,

Sal / Cabo Verde am 15. und 16. Juni 2006 der Camara Municipal do Sal sowie

verschiedenen Regierungsvertretern präsentiert (siehe Dokumentation des

Workshops in Anlage 3). Im Nachgang zum Workshop wurde der Camara eine Kurz-

Zusammenfassung in englischer Sprache mit den wichtigsten Auszügen der Phase 1

zur weiteren Entscheidungsfindung übergeben (vgl. Resumé Masterplan for

Wastewater for the Island of Sal / Cabo Verde in Anlage 9).

Ansonsten wurden bislang keine Auszüge des Berichts oder sonstige

Zwischenergebnisse veröffentlicht, die Ergebnisse dienen ausschließlich der internen

Verwendung.

5.2 Phase 2

5.2.1 Pilotversuch

Bislang wurden keine Auszüge des Berichts oder sonstige Zwischenergebnisse

veröffentlicht, die Ergebnisse dienen ausschließlich der internen Verwendung.

5.2.2 Wastewater Reuse

Am 26.03.2007 fand auf der Insel Sal ein Wastewater Reuse-Workshop statt, um der

Camara Municipal do Sal, Vertretern der Regierung Cabo Verdes sowie Vertretern

von anderen Inseln wie z.B. Boa Vista und Sao Vicente die Ergebnisse der Phase 2b:

Wastewater Reuse vorzustellen und gemeinsam zu diskutieren (vgl. Dokumentation

des Reuse-Workshops in Anlage 5).

Die Ergebnisse der Phase 2b) (Wiederverwertung von gereinigtem Abwasser für

Bewässerungszwecken) wurden auch im Rahmen des internationalen Workshop

„Water Demand Management in Urban Areas in the Light of Tourism Development“ in

Oman, am 27.-28. August 2007 vorgestellt.

Prack Consult GmbH Heide, April 2008

Beratender Ingenieur

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