Die Sechs Prinzipien der ökologischen Abwasserreinigung (der EAUTARCIE-ecosan)

Die neue Paradigmen der Sanitärtechnik

Der Leitgedanke der neuen Sanitation (oder EAUTARCIE-ecosan)

In erster Linie müsste man sich die Idee eigen machen, dass die Verwaltung des Wasser und der tierischen (menschlichen) und pflanzlichen Biomasse eng miteinander verknüpft sind. Dieses Ganze ist auch mit den Klima- und Energieproblemen in der Welt verknüpft.

Jede technische Lösung soll die Funktionsweise der wichtigsten natürlichen Kreisläufe von Wasser, Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor und anderen Elementen berücksichtigen. Angesichts der engen Interdependenzen ist es nicht sinnvoll, über die Sanierung der Städte eine Entscheidung zu treffen, ohne dabei allen Auswirkungen auf die Verwaltung von organischen Materialien (Abfälle) zu berücksichtigen. Diese globale Sichtweise erfordert natürlich Kenntnisse, die über die von den meisten Experten hinausgeht, aber auch eine Arbeitmethodik, für die sie nicht ausgebildet wurden.

Furthermore, there are close interdependencies between wastewater management and global food production. One can easily show that a starting point of worldwide water problems is the « all-to-the-sewer » system. We must first abandon this system before truly adopting sustainable sanitation and sustainable food production. There is no other way.

Das reduzierte Sichtfeld der Spezialisten

Mangelnde Kenntnisse in den Bereichen außerhalb ihrer Spezialität können Techniker zu Fehlern, manchmal ernste, führen. Hier drei Beispiele um dies zu veranschaulichen:

1. Das Design eines Systems zur Abwasserbehandlung oder die Entwicklung einer ökologischen Toilette fordert Kenntnissen im Bereich der Bodenbildung (Pedogenese). Folglich müssen die Prozesse gekannt werden, die je nach Kompostierungstypen die organische Materie in Humus umwandeln, und auch was aus den Schadstoffen während dieses Prozesses wird. Kenntnisse über die Interaktionsfaktoren zwischen Klima einer Gegend und physischen Bodeneigenschaften, und auch über der Wechselwirkungen mit der Vegetationsdecke, sind ebenfalls unerlässlich.
   
   
2. Viel aussagend ist auch der Platz, den « spezialisierte » Techniker an die Produktion von Biomethan aus Klärschlamm und anderen organischen Abfälle geben. Während diesem anaeroben Verfahren wird das Kohlenstoffgerüst der organischen Molekülen zerstört und in Methan, Kohlendioxid und Wasser umgebaut. Nicht denitrierter organischen Stickstoff wird Ammoniumionen in erheblichen Mengen erzeugen. Die schwefelhaltigen Verbindungen produzieren Schwefelwasserstoff (das macht das erhaltene Brenngas korrosiv für die Anlagen). Der Wert der Gärreste des Biomethan als Dünger kommt ausgerechnet von der Anwesenheit von Ammoniumnitrat. Einmal in den Boden eingebracht funktioniert diese ionische Verbindung wie ein chemisches Dünger: sie beschleunigt die natürliche Verbrennung des Humus. Das Gärgut, als "ökologische landwirtschaftliche Bodenverbesserer" bezeichnet, zerstört die Bodenstruktur anstatt sie zu verbessern, nicht auf die Umweltverschmutzung durch Nitraten zu sprechen.
   
   
3. Die technischen Lösungen für die Wasserversorgung der Bevölkerung hängen nicht nur von hydraulischen, energetischen und dürftige volksgesundheitliche Überlegungen ab [1]. Sie müssen sich in eine umfassendere Vision der gemeinsamen Verwaltung aller verfügbaren Wasserressourcen in Bezug auf land- und forstwirtschaftliche Techniken einfügen. Die hygienistische Vision des Wasserverbrauchs aus dem 19. Jahrhundert sollte auch Raum lassen für eine pragmatischere Sicht auf den Zusammenhang zwischen der Wasserqualität und der öffentlichen Gesundheit.
   

Die Liste der mit den besten Absichten begangenen Fehler (manchmal schwer), nur wegen einer reduzierten Blickfeld entstanden, könnten wir erweitern. Bedauerlich ist, dass in der ökologischen Herausforderungen, nur auf diesen « Experten » gehört wird. Das Ansehen eines Technikers oder eines Wissenschaftlers ist durch die Anzahl der Publikationen, immer nur in einem begrenzten Bereich des Wissens, gemessen. « Generalisten » der Wissenschaften werden nicht gehört. Oft sind sie sogar von ihren Kollegen verachtet.

Ausweitung des Anwendungsbereichs der Sanitärtechnik

Eine Präzision über die ökologische Sanierung ist notwendig. Aufgrund der Wechselbeziehungen muss die Wasserversorgung der Bevölkerung Teil der ökologischen Abwasserverwaltung werden: keine nachhaltige Abwasserverwaltung ohne nachhaltige Bewirtschaftung der zu verbrauchenden Wasserressourcen.

Die grundlegenden Konzepte der Abwasserentsorgung müssen also überdacht werden, und dadurch wird sie wirklich « ökologisch ». Leider ist keine Bezeichnung abgenutzter als letztere. Alles und jedes wird damit gezeichnet. Es ist höchste Zeit, die wesentlichen Prinzipien und Grundregeln festzulegen.

Anschließend werden wir die sechs wichtigsten Prinzipien der ökologischen Sanierung (oder neuer Paradigmen der Sanitation) vorbringen, dessen ersten beiden sich auf die Wasserversorgung beziehen, die vier anderen auf die Behandlung von Abwasser.

Hier ist die Aussage dieser sechs Prinzipien:

• Prinzip n°1:
  Schwarz- und Grauwasser müssen getrennt gesammelt und verarbeitet werden.
  
• Prinzip n°2:
  Never release black water into the environment.
  
• Prinzip n°3:
  Restore the humus content and biodiversity of soils.
  
• Prinzip n°4:
  Reuse greywater for irrigation and groundwater recharge.
  
• Prinzip n°5:
  Vermeiden Sie das Einleiten von Abwasser in Oberflächenwasser.
  
• Prinzip n°6:
  Die Wasserqualität nach deren Verwendungen stellen.
  

These six principles set out the specific criteria that apply to truly sustainable management techniques as opposed to those that claim to be sustainable and can qualify as « greenwashing ». The inclusion of those criteria into legislation would greatly simplify matters: for wastewater treatment, any technique that meets the five first principles would be automatically authorized. This would form the basis of New Sanitary Engineering.

Let us analyze these principles.

Klärung städtische Abwässer

Domestic wastewater management as advocated by EAUTARCIE’s ECOSAN (SAINECO) is highlighted in a 14 minute video that can be found at: http://www.youtube.com/watch?v=u9er47QA_yM.

Das erste Prinzip

The 1st principle – collecting and treating greywater and black water separately – sets the stage for the further implementation of truly sustainable water management and sustainable agriculture. It puts an end to the «all-to-the-sewer» system. Grey (soapy) water and sewage (or «black water», containing faeces) must be collected separately to undergo a specific selective treatment tailored to each one’s composition, in order that sewage and greywater be exploited as resources. They become waste only when combined.

When you read closely about EAUTARCIE’s version of ECOSAN (SAINECO), you discover how the respective characteristics of greywater and black water facilitate their individual selective treatment.

The « all-to-the-sewer » system is as scientifically absurd as consumer society’s « all-to-the-garbage » system. Black water and greywater have such distinct chemical and biological characteristics that their selective treatment becomes self-evident. Black water’s environmentally harmful nature can also become a precious resource for the biosphere instead of a waste.

In cities, the selective collection of both types of wastewater would require doubling the sewerage networks (separate sanitary and greywater sewers). Doubling the sewers is already recommended in cities, but for different reasons. Since many (if not most) cities are serviced by a combined sewerage network (sanitary and stormwater), recommendations to split them (separate sanitary and stormwater sewers) aims to address the drawbacks associated with combined systems that tend to overflow directly into rivers during storms, bringing the full black water pollutant load into rivers with the overflow. In EAUTARCIE’s ECOSAN, the second sewer would be reserved for greywater and roadway stormwater runoff. Unlike what happens when stormwater is combined with sanitary water, stormwater has a beneficial effect when combined with greywater, in that rainwater dilutes the greywater and makes its treatment and reuse much easier.

The greywater could then be conveyed through a natural slow-flowing wetland where natural light, air and plants would constitute the vectors of greywater purification. Ecological sanitation could already have been achieved in cities, at comparable or even lesser cost than conventional sanitation, if policies had been put in place incorporating this principle [2]. By means of EAUTARCIE’s ECOSAN techniques, cities would haved ceased to pollute water, contributed to ecosystem regeneration, and saved energy in the process.

Das Zweite Prinzip

The 2nd principle – never releasing black water into the environment – defines the key element to safeguarding the biosphere: do not process wastewater containing human or animal dejecta in any way that is environmentally harmful, such as purifying it in a wastewater treatment plant, spreading it on farmland or infiltrating it into the soil. Rather, it must be treated with cellulosic carbon-rich plant biomass.

Specialists are struggling to understand and accept the idea of banning wastewater purification. This misunderstanding lies in the fifth paradigm of conventional sanitation, which asserts that you simply need to introduce nutrients (e.g. N-P-K) into the soil in order to sustain agricultural production. When agriculture is reduced to such a simplistic logic, one cannot recognize the difference between nitrogen contained in sewage sludge, biogas digestate and liquid pig manure with that contained in optimally-produced compost. Yet soil life and its biodiversity constitute the only true guarantors of sustainable agriculture, as per the 3rd principle.

Under EAUTARCIE’s ECOSAN, the black water collected in cities from separate sanitary sewer systems (without stormwater) would be conveyed to impregnation and composting centres. These would become the hubs of centralized biomass management and would constitute the main source of organic nitrogen and phosphate for soil amendment in agriculture.

The overall supply of animal-based/nitrogen-based biomass comes from concentrated black water discharged from urban flush toilets, but also from the fermentable part of household waste, and from liquid livestock manure [3].

The overall supply of plant-based/carbon-based biomass comes from, organic plant waste from city park and tree maintenance (pruning, cutting and shredding), seasonal leaf and garden waste collection, etc. – but also from the cellulosic part of household waste (soiled paper, cardboard and any paper that is difficult to recycle). You can also include sawmill and millwork residues such as wood bark, wood shavings, sawdust, etc.

Das dritte Prinzip

The 3rd principle – restoring the humus content and biodiversity of soils – aims to restore and safeguard the health of the biosphere instead of combating anthropocentric «faecal hazards» at all cost. The health of man is the corollary of a healthy biosphere.

At this level, the nutrients (N-P-K, etc.) added to the soil have less importance than their embedding within the molecular structures that lead to the formation of humus for the soil. Restoring the symbiotic relationships between plants and soil life triggers a succession of reinforcing effects that will eventually eliminate food and water problems, health issues, and will even have a decisive and favourable effect on climate change.

Das vierte Prinzip

The 4th principle – reusing greywater for irrigation and groundwater recharge – considers grey water as a precious resource for the irrigation of living soils, and most certainly for repleneshing diminishing groundwater levels.

It is worth remembering that greywater becomes a nuisance only when it is mixed with black water, and when the combined mixture is treated or purified, as in a sanitation plant. From the moment greywater is collected separately, it becomes a valuable resource, most especially in dry regions. Its infiltration into the ground has zero impact on groundwater quality, provided certain rules are respected. Also remember that living soil, oxygenation and natural light are biological reactors that eliminate greywater’s pollution load.

Das fünfte Prinzip

The 5th principle - avoid the discharge of treated or untreated wastewater in surface waters – establishes the effective protection of aquatic ecosystems. Current sanitation techniques have not resolved the problems brought upon these particularly sensitive ecosystems. Many harmful residues are not filtered out from wastewater at the sanitation plant, and ultimately outfall into water courses, where detergents, micro-pollutants and drug and medicinal residues are harmful to aquatic life. Residual nitrates and phosphates contribute to the eutrophication of water courses at varying degrees, and even provoke algae growth on maritime beaches. Drug and medicinal residues that adversely affect mains water supply cannot even be filtered out with ultrafiltration systems.

The simplest solution is obviously to not discharge wastewater, either treated or untreated, into surface waters. From the moment black water is combined with plant cellulose and dispatched for adequate treatment (composting), while greywater is treated separately to irrigate crops or recharge groundwaters through ground infiltration, then no domestic pollution reaches water courses.

Thus all the wastewater is recovered, becoming a resource instead of a waste.

Wasserversorgung für die Bevölkerung

Das sechste Prinzip

Der sechste Grundsatz ist es, die Qualität von Wasser an deren Verwendungen anpassen.

In einer Welt, wo Wasser von guter Qualität mangelhaft wird, ist es nicht sinnvoll, Wasser, das mit großem Aufwand trinkbar gemacht worden ist, für alle Verwendungen im Haushalt verwenden zu wollen. Diese Idee wurde aber durchgesetzt, und ihre Durchführung hat viele Wasserprobleme in der Welt verursacht. Der Standard für « Zugang zu Trinkwasser » ist der Hahn geworden, der Wasser in dieser Qualität in jedes Haus liefert. Im aktuellen Umweltkontext, diese Vision auf alle Bewohner dieses Planeten zu erweitern impliziert Investitionen, die die Kapazitäten der meisten Länder übersteigen. Auf der Beibehaltung dieser längst überholten hygienistischen Vision zu bestehen [1] entfernt einen Großteil der Menschheit von dem Zugang auf Qualitätstrinkwassers.

Selbst in den Regionen, wo diese Option finanziell erschwinglich ist, hat sie eine manchmal exzessive Impakt auf die Umwelt (Übernutzung des Grundwassers) und einen negativen Einfluss auf die Gesundheit. Mit der knapp werdenden Ressourcen an Qualitätstrinkwasser, die Produktion von Wasser, das den Standards entspricht, wird immer teurer. Mit zunehmender Wasserpreisen können die Produktionsfirmen offenbar ihrer Profite erhöhen, auf Kosten des Grundsatzes der leichten Zugang zu Wasser für alle. Eine Sozialpolitik, dazu berufen diese Drift zu kompensieren, überträgt einfach die Kosten (völlig unnötige Kosten unserer Meinung nach) auf die ganze Gesellschaft.

Um aus diese Sackgasse rauszukommen ist der erste Schritt, das Konzept des « unschädlichen Wasser » einzuführen neben dem des « Trinkwassers ». Die versehentliche Einnahme von « unschädlichen » Wasser [4] ist nicht schädlich für die Gesundheit, ohne legal als « trinkbar » zu gelten. Für solches Wasser können die Normen gesenkt werden, um häusliche nichtalimentäre Bedarfe zu erfüllen. Mit der Verschlechterung der Qualität der Ressourcen wird die Produktion von harmlosen Wasser deutlich weniger kosten als die von Trinkwasser. In einigen Regionen oder Städte, wo die Situation [5] sich ergeben soll, ist es sinnvoll, auf die Verteilung von Trinkwasser zu verzichten für die Verteilung von unschädlichen Wasser. Von daher, um zu trinken hat die Bevölkerung die Wahl zwischen dem Kauf von Wasser in Flaschen oder der dezentralen Erzeugung von häuslichen Trinkwasser. Jeder wird die Wahl zwischen der Behandlung (Filtrierung) des unschädlichen Wasser und der Produktion von Trinkwasser aus dem Regenwasser haben. Support-Mechanismen für den Erwerb von Filteranlagen können für die wirtschaftlich Schwachen eingerichtet werden.

Die Einführung des Begriffs « unschädliches Wasser » stosst gegen die hygienistische Vision, die das Trinkwasser nicht nur zum Trinken (weniger als 3% des Verbrauchs) erfordert, sondern auch für die persönliche Hygiene, Wäscherei und Geschirr. Die Erfahrung von über 750 000 Menschen in Belgien die nicht trinkbares, aber « unschädliches » Regenwasser seit Jahren benutzen zu diesen Zwecken, zeigt die Absurdität dieser Anforderung.

Unfortunately, the concept of « safe water» comes up against the concept of hygienics, which imposes potable water not only for drinking (less than 3% of our consumption), but also for personal hygiene, laundry and dishwashing. The fact that more than 750 000 people in Belgium have been using « safe », non-potable rainwater for years illustrates how absurd those requirements are.

The sixth principle also touches on legal issues. It stipulates that you must «provide an identical legal status for all water sources, including rainwater». Its application would represent a breakthrough for the population as it would help alleviate the stranglehold of monopolies and private corporations (sometimes disguised as « public corporations ») on water resources and drinking water supply.

Presently, the concept of equity does not apply. The sale and distribution of potable water is reserved almost exclusively for a few public and private corporations. In some instances, like in France, regulations even prohibit using harvested rainwater within the home [6].

And yet, there can be no sustainable water management without total reuse of the precipitation that falls on building roofs. With this in mind, rather than regulate domestic rainwater use, it would be better to impose the installation of rainwater cisterns (backed with financial incentives). Those who realize new building constructions or major renovations should be prompted to install a cistern that is sized with respect to the home's roof area (i.e. water catchment capacity) [7]. For some odd reason, water technicians encourage the installation of cisterns that are too small. On rainy days, much of the water in such cisterns is lost through the overflow, water that would otherwise be needed during dry spells. Theoretically, 60 to 80% of household water needs could be provided by rainfall harvested from roofs (in Western Europe).

Authorities should recognize the principle by which everyone can become one's own drinking water producer (either from harvested rainwater or from a well, for example), by recommending rather than imposing quality standards. In addition, people should not be obliged to hook up to mains water. Water supply is a billable service that all citizens should have the choice of refusing. Imposing the use of water that may not be suitable to some people is a violation of one’s privacy and free choice.

With such simple and really inexpensive measures, the strain on our water resources would be substantially reduced. This approach is less costly to society than centralized water distribution monopolies.

In addition, a more generalized use of properly harvested rainwater (naturally soft, weakly calcareous) also has an impact on wastewater's pollution load and on the soil's moisture regime in urban areas. One can therefore understand the mutual dependence between water supply and wastewater purification [8].

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