NACHHALTIGKEITSBEWERTUNG VON WASSERWIEDERVERWENDUNGSTECHNOLOGIEN DAS MULTI-REUSE BEWERTUNGSTOOL - KRISTINA WENCKI (IWW ZENTRUM WASSER) 7 ...
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Nachhaltigkeitsbewertung von Wasserwiederverwendungstechnologien Das MULTI-ReUse Bewertungstool Kristina Wencki (IWW Zentrum Wasser) 7. CIO-Arbeitskreis Wassertechnologien, 29. September 2021, Online-Seminar
Motivation and Projektziele
■ Motivation
Fehlende Instrumente zur Bewertung
von Wasserrecyclingmaßnahmen
Allgemeine Instrumente der
Nachhaltigkeitsbewertung reichen für
eine qualifizierte
Entscheidungsunterstützung nicht aus
■ Projektziele
Entwicklung eines MCDA-Tools für die Standortauswahl und Bewertung von alternativen
Wasserversorgungslösungen hinsichtlich technischer Machbarkeit, Wirtschaftlichkeit,
ökologischer Verträglichkeit und sozialer Akzeptanz
Anwendung des Bewertungstools in einer deutschen Fallstudie und internationalen
Fallstudien
7. CIO-Arbeitskreis Wassertechnologien
2
29. September 2021, Online-Seminar
MCDA-Bewertungsansatz
■ Der Bewertungsansatz wurde basierend auf einer fokussierten
Literaturrecherche ausgewählt
47 Fachzeitschriften Artikel aus den Jahren 1998 bis 2017 (Web of Science/Scopus)
25 verschiedene Bewertungsverfahren wurden unterschieden
■ Bewertungskonzept
basierend auf
23 Bewertungskriterien
in vier Dimensionen
7. CIO-Arbeitskreis Wassertechnologien
3
29. September 2021, Online-Seminar
Bewertungstool – Allgemeine Informationen
■ Excel-basiertes Tool zur Bewertung und zum Vergleich der Nachhaltigkeit
konventioneller Wasserversorgungssysteme und innovativer Prozessketten
zur Wasserwiederverwendung
■ Zielgruppen ■ Test und Validierung des Tools
Wasserversorger und Abwasserentsorger anhand von zwei Fallstudien
kommunale Entscheidungsträger Deutschland
Betreiber von Industrieanlagen und beratende
Ingenieure
Namibia
in einer ersten Phase des Planungsprozesses
Das Tool ist auf deutsch und englisch verfügbar unter:
https://water-multi-reuse.org/wann-ist-
wasserwiederverwendung-oekonomisch-oekologisch-
Entscheidungen treffen Strategien entwickeln Kommunikation und-technisch-sinnvoll/
7. CIO-Arbeitskreis Wassertechnologien
4
29. September 2021, Online-Seminar
Bewertungstool – Inhalt & Struktur
Tool
Tool zur
Tool multikriteriellen
zur Nachhaltigkeitsbewertung
multikriteriellen Nachhaltigkeitsbewertung
■ Struktur
multikriteriellen Nachhaltigkeitsbewertung
Toolzur
Tool zurmultikriteriellen
multikriteriellen Nachhaltigkeitsbewertung
Nachhaltigkeitsbewertung
Umwelt
Checkliste| Umweltschutz & Umweltverträglichkeit
Eingabedaten - grafisch
Die
Zur Bewertung
Umsetzung von Wasserwiederverwendungsmaßnahmen
Wasserwiederverwendungsmaßnahmen sind ist an
die vielfältige
BeachtungKriterien geknüpft.rechtlichen
der bestehenden Die nachfolgende Liste gibt einen
Rahmenbedingungen Überblick
sowie über mögliche
die Erfüllung Bewertungskriterien
einiger infrastruktureller im Bereich Voraussetzung
und technischer Umweltschutzzwingend
und -verträglichkeit.
erforderlich. Eine technische Variante sollte demnach nur in die nachfolgende Nachhaltigkeitsbewertung einbezogen werden, wenn die
Eingabedaten - skaliert
Einführung
Einleitung
unten stehenden Kriterien erfüllt sind. Im Rahmen der Bewertung sind diese Ausschlusskriterien anschließend nicht weiter zu betrachten.
Umwelt
Bitte bewerten Sie jede Variante im Hinblick auf die dargestellten Kriterien, indem Sie entweder einen absoluten Zahlenwert eintragen oder eine qualitative Einschätzung gemäß der vorgeschlagenen ordinalen Skalierung abgeben. Für jedes Bewertungskriterium ist ein Freitextfeld vorgesehen, welches für Anmerkungen oder Kommentare genutzt
werden kann (Spalte
Bitte überprüfen K). Bitteder
Sie anhand beachten Sie jedoch,
nachfolgenden dass diese
Checkliste, Eingaben
ob die von Ihnennicht in die nachfolgenden
vorausgewählten Berechnungen
Varianten einfließen.
die notwendigen Die Beurteilung
Voraussetzungen der Kriterienerfüllung erfüllen.
für Wasserrecyclingprojekte erfolgt ausschließlich
Hierzu könnenanhand der Eingabewerte
Sie die Checkliste zu den Bewertungskriterien
für die Varianten (U01
I bis V nebeneinander bis U07)Bei
ausfüllen. in der
denBetrachtung
Zellen E bis von
I. mehr als fünf Vergleichsvarianten empfehlen wir Ihnen, in einer
Aufbau des Bewertungstools
separaten Excel-Datei die weiteren Varianten zu bewerten und sich hierbei auf die ursprünglich gewählte Referenzvariante (Variante I) zu beziehen, um eine Vergleichbarkeit zu gewährleisten.
Gesamtflächenbedarf [m ] (U01) 2 Spezifischer Netto-Energieverbrauch [kWh/m ] (U02) 3 Spezifischer Chemikalienverbrauch [g/m3] (U03)
450 UMWELT
Formatierungen
Nr. Kriterien
Farbe 400
Indikatoren
Kurzbeschreibung
Einheit
Variante I
1,6 Variante I
Titel der Variante I
Variante II
Titel der Variante II Titel
Variante III
Variante II
der Variante III Titel
Variante IV
der Variante
SOZIALES
Variante
IV
III 900,00
Titel der
Variante V
Variante
Checkliste
V
Variante IV
Referenzwert
775 Quellen
Variante V
/ Kommentare
0,12
400
Nr.
U01 Umweltschutz
Eingabefelder 374
Flächenbedarf und Umweltverträglichkeit
Gesamtflächenbedarf In den hellblau hinterlegten
der Aufbereitungsanlagen
1,4 TitelFeldern können
der Variante I Sie eigene Titel
Eingaben
1,34 vornehmen.
der Variante II Der vonTitelIhnen Soziales
frei
der Variante 800,00
zu Akzeptanz
III wählende Name der
Titel
und IVVertretbarkeit
Fallstudie
der Variante Titel der Variante V
0,10
4 Dateneingabeblätter
AK01 Die rechtlichen Rahmenbedingungen lassen eine Verwendung von Reuse-Wasser für den beabsichtigten
350 Nutzungszweck grundsätzlich zu. • Unter den Flächenbedarf fallen neben der sowie die Titel der Vergleichsvarianten
1,2 (Blatt „Checkliste") werden automatisch in alle weiteren Tabellenblätter
700,00 übernommen. In allen
Standfläche der Aufbereitungsanlage auch alle
300 mit der Wasserlieferung verbundenen Gesamtflächenbedarf
weiteren Feldern, welche nicht hellblau hinterlegt sind, sind keine Angaben durch den Nutzer erforderlich.
600,00 Personalbedarf 0,08
Flächenbedarfe, z. B. Infrastrukturen wie das 1,01,0 1,0
250 Die Anforderungen an die hygienische Wasserqualität für den angestrebten Verwendungszweck werden 500,00
Arbeitsblatt Rohrleitungsnetz zur Wasserverteilung.
eingehalten. Einschränkungen, z. B. vor dem Hintergrund bestehender Hygieneanforderungen in der
• Je geringer der Flächenbedarf, desto geringer m² nicht.
200 Lebensmittelindustrie, bestehen für die angestrebte Nutzung des produzierten (ReUse-) Wassers
der ökologische Fußabdruck einer Anlage. 0,8
0,8
374
0,69
18 400 Umwelt 400,00 18
0,8
0,06
Einführung Kurzeinführung zur Erstellung
0,6 einer
0,52 multikriteriellen MULTI-ReUse-Nachhaltigkeitsbewertung
150 Für den Betrieb der Wasseraufbereitungsanlage
• Es sind alle Flächen zu berücksichtigen, welche Spez. Netto- 300,00 0,04
Soziales
in der betrachteten Umsetzungsvariante wird die 239
Checkliste Ökosystemdienstleistungen
durch die Anlage für weitere Nutzungszwecke
Überprüfung der Voraussetzungen der gewählten Varianten für die MULTI-ReUse-Nachhaltigkeitsbewertung
0,60,4
Einhaltung der rechtlichen Anforderungen (Compliance) in allen Bereichen erlangt. Es besteht somit
100 Aussicht auf eine behördliche Genehmigung Energieverbrauch 200,00 0,6
Variante I unnutzbarderwerden.
geplanten Aufbereitungsanlage (MULTI-ReUse-Technologie Variante I 0,02
Umwelt
50 bzw. Alternative) am Standort. Datenerhebung für die 0,2 Bewertungsdimension Umwelt 100,00
Technik
18 0,4 0,4
Variante II
Die Anforderungen an das Produkt (ReUse-Wasser) sowie an die Entsorgung 0 der Reststoffe (z. B.0 Variante II 0,00 0,00 18 0 0
Soziales
0 Konzentrate aus Membranprozessen)
U02 Energieverbrauch werden erfüllt.
Spezifischer Datenerhebung für die 0,0
Netto-Energieverbrauch je m³ Bewertungsdimension Soziales 0,00 Gesundheitsschutz 0,00
Variante
Variante I III Variante II produzierten Wassers
Variante III Variante IV Variante V 0,2 Variante I Variante II Variante III Variante IV Variante V Variante Variante
III I Variante II Variante III Variante IV Variante V0,2
Technik Datenerhebung für die Bewertungsdimension Technik
• Energie wird in der Wasseraufbereitung in
Variante
Ökonomie IV zahlreichen
AK02 In der näheren Umgebung des geplanten
rd. 20 km, ist eine Kläranlage vorhanden.
Prozessstufen
Standorts
Klarwasser
(Überwindung
Volumen produzierten ReUse-Wassers [m3/a] vonaus
für Pumpen
der Aufbereitungsanlage,
Datenerhebung
d. h. in einem Umkreis von
für die0,0Bewertungsdimension
der Kläranlage (= aufbereitetes, kommunales
Höhendifferenzen,
(U05) Ökonomie
Reduktion vollständige
der Belastung [-] (U06) Variante IV Ökonomie
Ökosystemdienstleistungen [-] (U07) positiv 0,0
Abwasser) ist als Zulaufstrom für die MULTI-ReUse-Technologie
Rückspülung etc.),verfügbar. Reduktion
Eingabedaten – Grafiken
Belüftung, Dosieranlagen 1,00
NotizenVariante V
3,E+05 Platz für eigene Notizen1,0
(Flockungsmittel, PAK etc.) und weitere Prozesse des Nutzers Variante
1,0 V
AK03 Der Volumenstrom des aufbereiteten, kWh/m³
kommunalen Abwassers (= Zulauf für die MULTI-ReUse-Technologie)
benötigt. 0,52 0,69 1,34 0,52
Reduktion der Belastung Spez. Chemikalienverbrauch
Eingabedaten - grafisch
ist mengenmäßig ausreichend für den• ZumVerwendungszweck. Es ist eine (z. B.
spezifischen200.000
Energieverbrauch Grafische Übersicht der Eingabedaten
tageszeitliche,
zählen u. saisonale)
Synchronisation von Wasserangebot undEnergieverbräuche
a. die -nachfrage einer bestimmten
für die Wasserqualität zu erreichen. 0,8
2,E+05 0,8
Eingabedaten – skaliert
0,75 0,75
Eingabedaten - skaliert Darstellung der Teilnutzwerte für die Einzelkriterien in Form von Netzdiagrammen
Wasseraufbereitung und Wasserverteilung inkl.
AK04 Eine Energieversorgung (z. B. Anschluss
Mess-,ans Stromnetz)und
Steuerungs- ist am geplanten Standort der ReUse-Anlage
Regeltechnik,
Gewichtung und
vorhanden.
2,E+05 Beleuchtung und Belüftung der
135.000 Vergleich verschiedener Gewichtungsvarianten und Ausgabe einer Rangliste der Vergleichsvarianten nach absteigendem
0,6 0,6
Betriebsgebäude etc. 0,50
GewichtungAkzeptanz
Gesamtergebnisse Gesamtnutzwert neutral
U03 Verbrauch
1,E+05
von Prozess-
Die betrachtete
Teilergebnisse
Betriebsmitteln
Variante und
- grafisch
Spezifischer
kann in die bestehendeVerbrauch
und Desinfektionsmitteln
Stromversorgung, etc.) sowie die bestehenden
Wassers
an Aufbereitungsstoffen
Infrastruktur
Gebäude- und je
(Kanal-/Rohrleitungsnetz, Gasnetz,
Darstellung der Teilergebnisse der Nachhaltigkeitsbewertung für die vier Dimensionen in Form von Netzdiagrammen
m³ produzierten
Anlagentechnik des Betreibers integriert 0,4 und 0,4
werden. Alle vor Ort benötigten Ver- Produziertes ReUse-Wasser
und Entsorgungsstrukturen wie z. B. Energie- und Spez. Reststoffenanfall 0,25 0,25
In dem „Leitfaden zur Nachhaltigkeitsbewertung" sind zu den mit diesem Icon gekennzeichneten Arbeitsblättern Gesamtergebnis
Trinkwasserversorgung, DatennetzeDer Chemikalienverbrauch
etc. kann bei
sind vorhanden bzw. können amBedarf
geplanten Standort errichtet
5,E+04
Weitere Informationen
werden. differenziert für einzelne Stoffklassen 0,2 weitere 0,2
betrachtet werden. keine
negativ
Informationen zu finden, welche eine Hilfestellung beim Lesen der Bewertungsergebnisse bieten.
• Filtermaterialien und Adsorbentien (z.B.0 Sand, Reduktion
Teilergebnisse – Grafiken
0,000 0 0,00 0,00 0,00 0,00
0,E+00 Ionenaustauscherharze, Aktivkohle) 0,0 0,0
• Aufbereitungschemikalien (z.B.
Variante I Variante II Variante III Variante IV Variante V Variante I Variante II Variante III Variante IV Variante V Variante I Variante II Variante III Variante IV Variante V
Flockungsmittel, Sauerstoff, Chemikalien zur g/m³ 239 775 18 18
Einstellung des pH-Wertes, des Salzgehaltes, der
TECHNIK ÖKONOMIE
7. CIO-Arbeitskreis Wassertechnologien
Säurekapazität, zur Regeneration von
Sorbentien)
Technische Realisierbarkeit und Prozesssicherheit 29. September 2021, Online-SeminarWirtschaftliche Rentabilität und Wettbewerb 5
• Reinigungschemikalien (z. B. Säure, Lauge für
Reinigung von Membranen)
• Desinfektionsmittel / Biozide (z. B. Integrierbarkeit in
Chlorverbindungen, Kaliumpermanganat,Fallstudie 1: Nordenham
■ Kreis Wesermarsch
Hauptwasserressourcen: Grund- und Weserwasser
(Salzwasserintrusion)
Wasseraufbereitungsanlagen sind weitgehend
ausgelastet (insbesondere im Sommer)
zunehmende Wasserknappheit
■ Nordenham
Trinkwasser aus drei Wasserwerken
hoher Brauchwasserbedarf in der Industrie
starker Anstieg des Wasserbedarfs, der nicht durch
Trinkwasser gedeckt werden kann
Anlagenerweiterungen geplant ≈ 800.000 m³/a
Versorgungsgebiet des OOWV, Karte © OOWV
7. CIO-Arbeitskreis Wassertechnologien
29. September 2021, Online-Seminar 6Fallstudie 1: Nordenham
7. CIO-Arbeitskreis Wassertechnologien
7
29. September 2021, Online-SeminarFallstudie 1: Nordenham
Variante I Variante II Variante III Variante IV
Nr. Gewichtungsvariante Umwelt Soziales Technik Ökonomie Trinkwasser (2020) MULTI ReUse (2020) Trinkwasser (2030) MULTI ReUse (2030)
1 Fokus des Nutzers
0,697 0,592 0,632 0,619
2 Beispiel aus MULTI ReUse 26% 13% 38% 23%
1 2 1 2
0,674 0,590 0,612 0,618
3 Fokus Umwelt 40% 20% 20% 20%
1 2 2 1
0,748 0,668 0,692 0,715
4 Fokus Soziales 20% 40% 20% 20%
1 2 2 1
0,725 0,619 0,669 0,653
5 Fokus Technik 20% 20% 40% 20%
1 2 1 2
0,693 0,611 0,611 0,638
6 Fokus Ökonomie 20% 20% 20% 40%
1 2 2 1
0,711 0,629 0,652 0,666
7 Fokus Umwelt + Soziales 30% 30% 20% 20%
1 2 2 1
0,662 0,605 0,641 0,635
8 Fokus Umwelt + Technik 30% 20% 30% 20%
1 2 1 2
0,709 0,615 0,628 0,646
9 Fokus Technik + Ökonomie 20% 20% 30% 30%
1 2 2 1
0,710 0,622 0,640 0,656
10 Gleich gewichtet 25% 25% 25% 25%
1 2 2 1
■ aktuell: ■ zukünftig:
Aus technischer, sozialer und wirtschaftlicher Sicht ist aktuell Langfristig ist die Wiederverwendung von Wasser
(Stand 2020) dem derzeitigen Wasserversorgungssystem erforderlich, um den Druck auf die knappen regionalen
(Option 1-A) der Vorzug zu geben. Grundwasserressourcen zu verringern, indem der gestiegene
Minimierter Einsatz von Reinigungschemikalien und industrielle Wasserbedarf mit zweckdienlicher
niedrigere Chlor- und Salzgehalte des ReUse-Wassers Wasserqualität gedeckt wird
(Option 1-B) ermöglichen eine mehrfache
Wasserrezirkulation in industriellen Prozessen.
7. CIO-Arbeitskreis Wassertechnologien
8
29. September 2021, Online-SeminarFallstudie 2: Outapi
■ Zentraler Norden Namibias
semi-arides Klima (hohe 12°E 16°E 20°E
Niederschlagsvariabilität) Perennial water
Intermittent water
hohe Verdunstungsraten International
border
Oberflächengewässer nur ANGOLA
vorübergehend nutzbar
16° S
16° S
verfügbares salziges Grundwasser Atlantic
■ Outapi Ocean
ca. 7.000 EW (Zählung 2011) N
NAMIBIA Outapi Cuvel
ai
Abwasserentsorgung für Kernbereiche W E
Etosha 0
Kilometers
100 200 300
S
(Kanalnetz, Klärteichsysteme) 12°E 16°E 20°E
informelle Siedlungen Karte © modifizierte Darstellung von Steffen Niemann
Landwirtschaft
7. CIO-Arbeitskreis Wassertechnologien
9
29. September 2021, Online-SeminarFallstudie 2: Outapi
Option 2-A Option 2-B
Option 2-C
7. CIO-Arbeitskreis Wassertechnologien
10
29. September 2021, Online-SeminarFallstudie 2: Outapi
Variante 2-A Variante 2-B Variante 2-C
Nr. Gewichtungsvariante Umwelt Soziales Technik Ökonomie UASB-RBC-UV-Teiche MULTI-ReUse UASB-Teiche-UF
0,629 0,494 0,272
3 Fokus Umwelt 40% 20% 20% 20%
1 2 3
0,540 0,476 0,320
4 Fokus Soziales 20% 40% 20% 20%
1 2 3
0,529 0,486 0,322
5 Fokus Technik 20% 20% 40% 20%
1 2 3
0,553 0,473 0,473
6 Fokus Ökonomie 20% 20% 20% 40%
1 2 2
0,584 0,485 0,296
7 Fokus Umwelt + Soziales 30% 30% 20% 20%
1 2 3
0,550 0,490 0,297
8 Fokus Umwelt + Technik 30% 20% 30% 20%
1 2 3
0,541 0,479 0,330
9 Fokus Technik + Ökonomie 20% 20% 30% 30%
1 2 3
0,563 0,482 0,313
10 Gleich gewichtet 25% 25% 25% 25%
1 2 3
■ Wichtigste Ergebnisse:
Option 2-A ist das nachhaltigste Wasserwiederverwendungssystem, hauptsächlich aufgrund seiner guten
sozialen, wirtschaftlichen und ökologischen Leistung.
In allen Gewichtungsszenarien landet Option 2-C auf dem letzten Rang, da sie alle Nachteile der beiden
anderen Optionen zu vereinen scheint.
7. CIO-Arbeitskreis Wassertechnologien
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29. September 2021, Online-SeminarZusammenfassung
■ Die Anwendung des entwickelten Bewertungstools in zwei internationalen
Fallstudien hat bewiesen, dass das MULTI-ReUse-Tool…
in unterschiedlichen Umwelt- und Gesellschaftssettings mit sehr unterschiedlichen
organisatorischen, technischen und baulichen Rahmenbedingungen anwendbar ist.
ein benutzerfreundliches Design hat.
auf einem transparenten Bewertungsansatz basiert.
eine klare und verständliche Darstellung der Ergebnisse liefert.
den lokalen Nutzern half, sich der Stärken und Schwächen der betrachteten Optionen
bewusst zu werden, sodass sie das nachhaltigste Versorgungssystem oder die
nachhaltigste Strategie für ihren Entscheidungsfall identifizieren konnten.
7. CIO-Arbeitskreis Wassertechnologien
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29. September 2021, Online-SeminarVielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontaktdetails
Kristina Wencki, M. Sc.
Forschungskoordinatorin
Telefon: +49 (0) 208 4 03 03-341
k.wencki@iww-online.de
IWW Wasser Zentrum
Moritzstraße 26
45476 Mülheim an der Ruhr
Das Projekt MULTI-ReUse (Modular Water Treatment and Monitoring for Wastewater Reuse, 2016-2019) wurde im Rahmen der
Fördermaßnahme „Zukunftsorientierte Technologien und Konzepte zur Erhöhung der Wasserverfügbarkeit durch
Wasserwiederverwendung und -entsalzung (WavE)“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.
www.water–multi–reuse.org 13Sie können auch lesen
