Ökologische Bewertung von zentralen und dezentralen Abwasserentsorgungssystemen

Die zentralen Abwasserentsorgungssysteme sind aufgrund der langen Nutzungsdauern und der Leistungsgebundenheit unflexibel gegenüber sich ändernden Rahmenbedingungen, wie dem demografischen Wandel, dem Klimawandel und einem sinkenden Trinkwasserverbrauch. Kleinkläranlagen werden daher häufig als eine Alternative diskutiert, vor allem wenn es um die Erschließung von neuen dezentral gelegenen Grundstücken geht, da eventuell höhere Kosten für das neue Kanalnetz zur zentralen Kläranlage anfallen. Um sich für eine der beiden Möglichkeiten zu entscheiden, werden bisher vorrangig ökonomische Instrumente eingesetzt. Ökologische Bewertungsmethoden finden bislang als Entscheidungsinstrument noch keine Anwendung. In dieser Arbeit wird exemplarisch eine Ökobilanzierung durchgeführt. Sie kann jedoch nur dann zur Entscheidungsfindung genutzt werden, wenn die Ergebnisse auch robust und zuverlässig sind. Deshalb ist es notwendig mit möglichen Unsicherheiten in der Ökobilanzierung offensiv umzugehen. Aus diesen Problematiken ergibt sich das zentrale Forschungsinteresse der ökologischen Bewertung von dezentralen Abwasserentsorgungssystemen im Vergleich zu zentralen Systemen. Dabei fließen die Abhängigkeit der Länge des Kanalnetzes und die Anzahl der angeschlossenen Einwohner, unter besonderer Berücksichtigung von Datenunsicherheiten bei der Ökobilanzierung, ein. Es wird die Methode der Ökobilanzierung angewendet, welche sich nach DIN EN ISO 14040 (2009) und DIN EN ISO 14044 (2006) richtet. Die Literaturrecherche ergibt, dass wenig Literatur über Kleinkläranlagen zur Erstellung einer Ökobilanz zur Verfügung steht. Deshalb wird ein Fragebogen an Hersteller von Kleinkläranlagen versendet. Auf Grundlage der erhobenen Daten wird eine Ökobilanz für eine SBR-Anlage und eine Rotationstauchkörperanlage erstellt. Um die Breite der Daten zu erfassen, wird die Szenarioanalyse verwendet. Dagegen stammen die Daten für die zentrale Anlage aus der EcoIvent-Datenbank für die Abwasserentsorgung (DOKA, G. (2007)), wofür weitere Szenarien erstellt werden. Die funktionelle Einheit sind vier Einwohnerwerte. Nach Aufstellung der Sachbilanz, wird die Methode „CML 2 baseline 2000“ zur Wirkungsabschätzung in SimaPro 7.1 eingesetzt. Mit einer Break-Even-Analyse werden die Abhängigkeiten von der Länge des Kanalnetzes und der angeschlossenen Einwohner für die Abwasserentsorgungssysteme untersucht. Die Integration der Datenunsicherheit erfolgt mittels einer Sensitivitäts- und einer Monte Carlo-Analyse. Die Analysen ergeben, dass sich die Installation einer Kleinkläranlage eher lohnt, wenn die kommunale Kläranlage weiter vom Haushalt entfernt und die Anzahl der angeschlossenen Einwohner gering ist. Eine SBR-Anlage ist einer Rotationstauchkörperanlage vorzuziehen. Die verwendeten Methoden zum Umgang mit Unsicherheiten zeigen, dass sich Ökobilanzen als Entscheidungsinstrument eignen. Die Anwendung von Methoden zur Vermeidung bzw. Eingliederung von Unsicherheiten muss noch viel stärker in die Ökobilanzen von Abwasserentsorgungssystemen einfließen.Next to municipal sewage treatment plants for sewage treatment, decentralized small wastewater treatment plants can be applied. Given a long working life and a dependence on user numbers, central sewage systems are inflexible in respect to overall conditions such as demography, climate or declining water consumption. Small wastewater treatment plants in rural areas can be an alternative, especially in the case of new plots for buildings because of new expensive sewer grids. Economic methodologies help to choose one of these facilities whereas ecological assessments are neglected. This thesis focuses a life cycle assessment (LCA), but this can only been used if the results are robust and reliable. Hence it is necessary to analyze uncertainty factors of life cycle assessments. The following main objective arises: The ecological assessment of small wastewater treatment plants in comparison to a municipal sewage treatment plant as a function of the length of sewer grid and the number of connected inhabitants to the central sewer system in consideration of dealing with data uncertainty of LCA. A simplified LCA study, which is based on the DIN EN ISO 14040 (2006) and the DIN EN ISO 14044 (2006), is applied to capture this objective, which means in detail the analysis of environmental effects during the production, operation, and disposal phase. As the literature review has shown, available data on small wastewater treatment plants is nearly non-existent. Hence, conducting a survey among the producers of small wastewater treatment plants completes the less available literature. Based on the questionnaire-data, a LCA for of sequencing batch reactor (SBR) plant and rotating biological contactor plant is applied. The scenario analysis captures the extensive amount of the available data adequately. In contrast, the data for the central sewage treatment plant comes from the EcoInvent-Database for Wastewater Treatment (DOKA, G. (2007)) and is further used for other scenarios. The functional unit consists of four population equivalents. After collecting all data for the Life Cycle Inventory Analysis, the estimation of effectiveness is done by applying the “CML 2 baseline 2000” method implemented in SimaPro 7. By means of Break-Even-Analysis the dependence on the length of sewer grid and the number of inhabitants connected to the sewer grid is analyzed. To explicitly incorporate the uncertainty in LCA the Sensitivity analysis and the Monte Carlo-Analysis is used. The most important result is that the higher the distance between the household and the central sewage treatment plant and the lower the number of connected inhabitance, the more preferable is the small wastewater treatment plant. Furthermore, SBRs are generally preferred in comparison to rotating biological contactor plants. Concerning the treatment of uncertainty factors, the analysis of different methods confirms the LCA as the most accurate variant. Further requirements of research are in respect to prevent uncertainty factors or integrate them in LCAs of sewerage systems