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Zellstoff Einweg Verbrauchsmaterial & Zerkleinerer

Abwassertechnische Auswirkungen bei der Verwendung des ÖKO-finishers

Bearbeitet für
BOSK Ökomed   Altwiese 10 57250 Netphen
Erstellt vonICU – Ingenieurconsulting Umwelt und Bau

Dr. Wiegel, März und Partner Ingenieure

Wexstraße 21 10715 Berlin

Berlin, 19. April 2000

Abwassertechnische Auswirkungen bei der Verwendung des ÖKO-finishers

– Gutachten –

 

Inhaltsverzeichnis

1 Veranlassung

2 Beschreibung des Öko-finishers

2.1 Zusammensetzung der Einwegprodukte

2.2 Funktion des ÖKO-finisher

3 Abwassertechnische Betrachtungen

3.1 Wasserverbrauch in Krankenhäusern

3.2 Einfluß des Öko-finishers auf die Zusammensetzung des Abwassers

3.2.1 Abfiltrierbare Stoffe

3.2.2 CSB

3.2.3 BSB5

3.2.4 Sulfat

4 Auswirkungen auf die Kläranlagen

5 Vergleich zwischen Öko-finisher und herkömmlichen Mehrwegsystemen

6 Auswirkung der Abwasser-Belastung im Siedlungsgebiet

7 Fazit

8 Literatur

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Abhängigkeit der mittleren CSB-Konzentration von Krankenhaus-abwasser vom Wasserverbrauch

Abbildung 2: Abfiltrierbare Stoffe bei der Nutzung von Einwegsteckbecken

Abbildung 3:   CSB-Entwicklung bei Nutzung von Einwegsteckbecken

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1:    Vergleich zwischen Öko-finisher und Mehrwegsystemen

 

1   Veranlassung

In Krankenhäusern, Altenpflegeheimen und anderen medizinischen und sozialen Einrichtungen werden für Patienten, die das Bett nicht verlassen können, für die tägliche Toilette sogenannte Steckbecken und Urinflaschen verwendet. Diese bestehen bisher in der Regel aus Edelstahl oder Kunststoff.

Diese Systeme werden mehrfach verwendet und über Spülgeräte unter Einsatz von Wasser, Chemikalien und Energie gereinigt.

Die Fa. BOSK bietet mit dem Öko-finisher eine Alternative zu diesen Systemen an. Bei dem Produkt handelt es sich um ein Zerkleinerungsaggregat, das benutzte Einwegsysteme wie Töpfe, Steckbecken, Urinflaschen, Nierenschalen und Sputumbehälter als Einwegbehälter aus Altpapier zerkleinert, dabei mit Wasser vermischt und abschließend in die Kanalisation entläßt.

Für die Einsatz des ÖKO-finishers ist es erforderlich, daß die abwassertechnischen Auswirkungen bei Gebrauch des Gerätes untersucht werden.

Die DIN 1986, Teil 3 Ziffer 2.3.1 Anstrich 1 untersagt zunächst grundsätzlich die Einleitung von Abfallstoffen, auch in zerkleinertem Zustand, in das Abwassernetz und nennt in diesem Zusammenhang auch z.B. Papierhandtücher, ein Abfallstoff, der von der Beschaffenheit den Einweg-Steckbecken am ehesten vergleichbar ist.

In Ziffer 2.3.2 wird dieses Verbot für „Schädliche Stoffe in geringer Menge und Konzentration“ eingeschränkt. Zulässig ist die Einleitung, „wenn sie in sehr kleinen Mengen und in stark verdünnter Form bzw. sehr geringer Konzentration anfallen“. Diesen Tatbestand erfüllen für ein Krankenhaus z.B. die in Ziffer 2.3.1, Anstrich 7 genannten „Reinigungs-, Desinfektions-, Spül- und Waschmittel …“

Zweck der DIN 1986 ist gem. Ziffer 1 sinngemäß, die Betriebsbereitschaft der Entwässerungsanlagen und der Kläranlagen zu erhalten, also negative physikalische, chemische und biologische Auswirkungen durch bestimmte Inhaltstoffe des Abwassers zu unterbinden.

Es wird daher nachfolgend untersucht, inwiefern die Verwendung von Einweg-Bettschalen und deren Entsorgung über das Abwassersystem einen Einfluß hat auf

  • Qualität des Abwassers
  • Behandlung des Abwassers in Kläranlagen

 

Dazu werden in den folgenden Kapiteln zunächst die (abwasser)technischen Merkmale des Systems beschrieben und dann der Frage nachgegangen, ob die in das Abwasser eingeleiteten Mengen den Sachverhalt „geringer Mengen und Konzentration“ gem. DIN 1986 Teil 3, Ziffer 2.3.2 erfüllen.

2       Beschreibung des Öko-finishers

2.1       Zusammensetzung der Einwegprodukte

Die Einwegprodukte (Töpfe, Steckbecken, Urinflaschen, Nierenschalen und Sputumbehälter) bestehen aus 100 % Altpapier als Grund-Rohstoff unter Zusatz folgender Stoffe (ca-Werte, bezogen auf 100 % Gesamtgewicht):

3,5 % anionische Paraffindispersion,

1 % anionischer Harzleim,

8 % Aluminiumsulfat

0,16 % kationische Farben.

Alle Zusatzstoffe sind lt. Hersteller in Deutschland für die Verwendung bei Verpackungsmaterialien zugelassen, die im direkten Kontakt mit Lebensmitteln verwendet werden.

2.2    Funktion des ÖKO-finisher

Der Öko-finisher ist ein Gerät zur Entsorgung von gebrauchten (gefüllten) Einwegprodukten (Töpfe, Steckbecken, Urinflaschen, Nierenschalen und Sputumbehälter).

Die gebrauchten Einwegprodukte werden nach Öffnen des Deckels des Öko-finishers in die vertikal stehende Trommel eingegeben. Der Öko-finisher faßt dabei mind. drei Behälter. Nach Schließen des Deckels mit automatischer Verriegelung wird aus einem Vorratstank Wasser in die Trommel geleitet. Ein motorgetriebenes Rotormesser zerfasert innerhalb weniger Minuten die Einweg-Behälter zu einer Suspension, die nach beendetem Programmablauf über den Ablauf des Gerätes abgelassen wird. Ein nachfolgender kurzer Spülgang mit Wasser reinigt die Trommel. Das verwendete Wasser wird weder vorgeheizt noch mit Desinfektionsmitteln versetzt. Die Desinfektion des Gerätes erfolgt bedarfsweise durch ein manuell gestartetes Sonderprogramm. Der Wasserverbrauch beträgt pro Arbeitsgang rd. 24 l.

3   Abwassertechnische Betrachtungen

Untersucht wird in diesem Kapitel die Auswirkung des Betriebes des Öko-finishers auf relative Wasserbelastung, Kanalnetz und Kläranlagen.

3.1     Wasserverbrauch in Krankenhäusern

Um die Frage zu klären, wie hoch die relative Zusatzbelastung des Abwassers durch den Betrieb des Systems ausfällt, ist zunächst festzuhalten, wie hoch der Abwasser-Anfall pro Tag und Bett liegt, um auf diese Menge den zusätzlichen Betrag an eingetragenen Stoffen aus den Einweg-Behältern beziehen zu können.

Wasserverbrauch

KK = Kreiskrankenhaus, SK = Städtisches Krankenhaus, UK = Universitätsklinik

Abbildung 1 zeigt Wasserverbrauch und CSB-Belastung des Abwassers verschiedener Krankenhäuser, die von rd. 300 bis 900 l pro Bett und Tag variieren. In den nachstehenden Berechnungen wird eine Abwassermenge von 500 l/Bett,Tag als Bezugswert herangezogen.

Quelle: S. Gartiser, L.Brinker: Abwasserbelastende Stoffe und Abwassersituation in Kliniken, Texte des Umweltbundesamtes 74 / 95, Berlin 1996.

3.2      Einfluß des Öko-finishers auf die Zusammensetzung des Abwassers

Für die Berechnung wurden die folgenden Grunddaten angesetzt:

Verbrauchte Einweg-Behälter pro Benutzer

Bei einem Einzelgewicht von 100 g je Topf und 60 g für eine Urinflasche sowie einem Verbrauch für

  • Männer pro Tag:   1 Topf und 4 Urinflaschen ( = 340 g/Tag)
  • Frauen pro Tag:     5 Töpfe ( = 500 g/Tag)

resultiert ein mittlerer Einwegbehälter-Verbrauch von 420 g/Benutzer und Tag.

Der auf die Einweg-Behälter angewiesene Anteil der Patienten schwankt natürlich sehr stark von Station zu Station bzw. Art von Krankenhaus und Pflegeeinrichtung.

Konkrete Zahlen über den Umfang der Steckbecken-Nutzung liegen den Autoren nicht vor, vor allem, da es kein spezifisches „Verbrauchsindikator“-Material bei der Mehrwegbehälter-Nutzung gibt. Maßgeblich beteiligt am Steckbeckenverbrauch sind Innere Medizin (insb. bei angegliederter Geriatrie), Chirurgie, Orthopädie und Neurochirurgie mit zusammen rd. 60-65 % der Betten aller medizinischen Fachbereiche (in Berlin).

Im regulären Krankenhaus-Betrieb werden Steckbecken für etwa 20 % der Patienten bevorratet. Um alle potentielle Nutzungsintensitäten zu berücksichtigen, wird hier eine Spannbreite des Nutzungsgrades von 5 – 50 % der Patienten angesetzt. Diese Spannbreite wird daher in allen nachfolgenden Betrachtungen zugrunde gelegt und jeweils mit der Grundbelastung des Krankenhaus-Abwassers und der Spannbreite häuslichen Abwassers verglichen.

3.2.1          Abfiltrierbare Stoffe

Abbildung 2 weist die Zunahme an abfiltrierbaren Stoffen im Abwasser aus, wenn die Einwegbehälter zu 100 % als abfiltrierbar gewertet werden. Der Vorbelastungs-Pegel liegt bei 150 mg/l, der sich bei unterschiedlichem Nutzungsgrad auf bis zu 570 mg/l erhöht. Dargestellt ist in der Abbildung der Belastungs-Bereich häuslichen Abwassers in Höhe von 200 – 400 mg/l.

Es wird damit offensichtlich, daß nur bei einem extrem hohen Nutzungsgrad von über 35% der Normalbereich häuslichen Abwassers überschritten wird.

Eine Beeinträchtigung des Kanalnetzes durch Verstopfungen ist also nicht zu befürchten, da der Anstieg nur marginal ist.

Für den unmittelbaren Ablauf des Gerätes selbst errechnet sich der Trockenstoff-Gehalt im Wasser überschlägig wie folgt:

In 24 l Zuschlagwasser wird eine Personen-Tagescharge von 420 g Behältern, 150 g Fäkalien-Trockensubstanz und 1 l Urin aufgelöst. Der Trockensubstanz-Anteil im Ablauf liegt also bei 22,8 g/l, also bei rd. 2 – 3 %. Da die Feststoffe extrem fein zerkleinert werden, sind keine Komplikationen im Ablauf zu befürchten. Im Versuch erwies sich eine Ableitung von 50 mm Durchmesser als problemlos für den Ablauf geeignet.

 

Abfiltrierbare Stoffe

3.2.2                 CSB

Analysen über die CSB – Gehalt des Abwassers eines Öko-finishers liegen nicht vor.

Für die CSB-Mehrbelastung wird daher angesetzt, daß 60 % der Rohmasse der Einwegbehälter dem analytischen Oxidationsverfahren zugänglich sind, wobei pro Gramm oxidierter organischer Substanz 1,5 g Sauerstoff erforderlich sind. Pro personenspezifische Tagescharge an Einwegbehältern ergäbe sich damit eine CSB-Fracht von

420 g x 60 % x 1,5 g O2 /g OTS = 378 g.

Die Resultate für die verschiedenen Nutzungsanteile zeigt Abbildung 3.

Danach liegt der CSB – Zusatz-Anteil auch bei intensivem Nutzungsanteil im Schwankungsbereich kommunalen Abwassers.

CSB Entwicklung

 

3.2.3                 BSB5

Auch zum BSB5 des Abwassers eines Öko-Finishers liegen keine Untersuchungen vor.

Der biologische Sauerstoffbedarf ist geprägt durch leicht verfügbare Inhaltsstoffe wie Zucker, Stärke, kurzkettigen Fettsäuren und Amino-Verbindungen. Die Relation BSB5 zu CSB liegt bei kommunalem Abwasser im Bereich 1:2 bis 1:3.

Da das Einwegmaterial – vom mineralischen Anteil abgesehen – überwiegend aus Zellulose, Ligninverbindungen sowie Harzleim und damit aus biologisch nur langsam verfügbaren Komponenten besteht, wird die BSB5/CSB-Relation deutlich unter dem o.g. Verhältnis kommunalen Abwassers liegen.

Im Abwasser von Altpapier – Aufbereitungsanlagen liegt das BSB5/CSB – Verhältnis bei ca. 1:5.

Aus dieser Betrachtung ist abzuleiten, daß die zusätzliche BSB5– Belastung geringer ausfällt als diejenige des CSB.

3.2.4                 Sulfat

Als weiterer abwasserrelevanter Stoff ist Sulfat zu betrachten, da die Einweg-Produkte rd. 8 Gew-% Aluminium-Sulfat enthalten. 84,2 % dieser Verbindung sind durch das Sulfat-Ion gebildet.

Die analoge Berechnung zu den vorstehenden Stoffen ergibt folgendes:

  • Sulfat-Freisetzung pro Benutzer:

420 g/Benutzer,Tag x 8 % x 84,2 % = 28,3 g/Benutzer,Tag

  • Freisetzung nach Nutzungsgrad von Einweg-Behältern:

5 % = 1,415 g/Bett,Tag;         50 % = 14,15 g/Bett, Tag

  • Erhöhung der Abwasserbelastung nach Nutzungsgrad, bei 500 l je Bett und Tag:

5 % = 2,83 mg/l;                      50 % = 28,3 mg/l.

Bei einem vom ATV Merkblatt 115 vorgegebenen Grenzwert von 600 mg/l Sulfat liegt der Zusatzbetrag nach dieser Spannbreitenberechnung demnach zwischen 0,47 und 4,7 % des zulässigen Grenzwertes.

4      Auswirkungen auf die Kläranlagen

Die Einweggebinde des Öko-finisher Systems (Töpfe, Steckbecken, Urinflaschen, Nierenschalen und Sputumbehälter) bestehen aus recyceltem Altpapier.

Durch die – unter Zugabe von Wasser – vollzogene intensive Zerfaserung der benutzten Gebinde im Öko-finishers wird in das Kanalnetz Abwasser mit einem Papieranteil qualitativ ähnlich dem Toilettenpapier abgegeben. Im Kanalnetz eines Krankenhauses wird diese Suspension weiter verdünnt.

In der Kläranlage wird es durch die Verwendung von den Einweggebinden des Öko-finishers Systems zu einer im Verhältnis sonstigen Abwasser geringfügig erhöhten Papierfaser-Konzentration kommen.

Die Konzentrationserhöhung des Papieranteils in der Kläranlage durch die Verwendung von Einweggebinden des Öko-finishers in Krankenhäusern ist abhängig vom Anteil des Krankenhausabwassers, bezogen auf den Anteil sonstigen Abwassers.

Das zerfaserte Altpapier der Einweggebinde wird je nach Verweilzeit im Kanalsystem bei der Ankunft in der Kläranlage nur noch als Faserschlamm vorliegen.

Das Abwasser passiert in der Kläranlage das Einlaufbauwerk mit Sandfang, Grobrechen und Feinrechen.

Grobe oder ggf. agglomerierte zerfaserte Bestandteile werden über die Rechen abgeschieden. Alle übrigen zerfaserten Bestandteile werden entweder in der Vorklärung der Kläranlage abgeschieden, sedimentieren in den Nachklärbecken der Kläranlage oder gelangen über die Flotation in den Klärschlamm.

Feinstfaserige Papieranteile passieren den biologischen Kläranlagen-Bereich, ohne eine maßgebliche Erhöhung des Sauerstoffbedarfs zu verursachen. Die trotzdem löslichen organischen Bestandteile der Einweggebinde werden von der Kläranlage biologisch abgebaut.

Eine toxische Bedenklichkeit des Papierschlamms kann durch die Verwendung von im Lebensmittelbereich zugelassenen Bindemitteln und Zuschlagsstoffen ausgeschlossen werden.

Je nach Kläranlage wird der in der Vor- und Nachklärung anfallende Klärschlamm entweder verbrannt oder der Landwirtschaft zugeführt.

Bei Verbrennung des Klärschlamms bewirkt der marginal erhöhte Papieranteil lediglich eine Erhöhung des Brennwertes des abgepreßten Klärschlamms. Zudem werden die Abpresseigenschaften des Klärschlamms durch den erhöhten Papieranteil verbessert.

Bei der landwirtschaftlichen Verwertung stellt der im Klärschlamm enthaltende Papieranteil ein zusätzliches, humusbildendes Potential dar.

5   Vergleich zwischen Öko-finisher und herkömmlichen Mehrwegsystemen

In Tabelle 1 wird der Einsatz des Öko-finishers mit dem Einsatz von konventionellen Systemen unter Verwendung mehrfach genutzter Edelstahl-Behälter verglichen. Dieser Vergleich erfolgt hinsichtlich des Einsatzes von Wasser, Energie und Chemikalien.

Zu bemerken ist, daß beim Einsatz des Öko-finishers – je Charge – mehrere Gebinde verarbeitet werden können, das heißt, der lokale Energieeinsatz und der Wasserverbrauch je Behälter reduziert sich gegenüber den Mehrwegsystemen.

Eine geschlossene Öko-Bilanz des Mehrweg- und Einweg-Verfahrens kann im Rahmen dieses Gutachtens nicht erstellt werden. Sie würde bedeuten, daß eine life-cycle-analysis (LCA) für die maßgeblichen Bau- und Betriebsmittel aufgestellt wird, um einen qualifizierten Vergleich zu ermöglichen.

 

Mehrwegsystem mit Spülgerät Einwegsystem mit Öko-finisher
Anzahl der Gebinde je Maschinenfüllung 1 Steckbecken oder2 Urinflaschen oder

1 Eimer

3 Steckbecken oderbis zu 8 kleine Gebinde
Zeit je Arbeitszyklus 5 bis 10 min 3 min
Anschlußleistung 4,5 kW 1,1 kW
Wasser/Spülgang 20 l bis 35 l 24 Liter
Chemikalienzugabe/ Spülgang 20-50 g alkalisches Reinigungsmittel, Entkalker Zum Ende eines Tages Desinfektion des Gerätes
Energiebedarf 0,4 bis 0,8 kWh je Charge 0,05 kWh je Charge
Einwegbehälter Keine Nach Bedarf

6   Auswirkung der Abwasser-Belastung im Siedlungsgebiet

Es sei zur Verdeutlichung der Dimensionen darauf hingewiesen, daß sich alle Qualitätsänderungen des Abwassers auf den Ablauf der Krankenhäuser beziehen, deren Abwasser-Anteil am „krankenversorgten“ Siedlungsgebiet sich auf rd. 2,4 % beläuft:

Beispiel Berlin:       

Krankenhäuser:       22.000 Betten x 0,5 m³/Bett,Tag =   11.000 m³/Tag

Häusl. Abwasser:    3,4 Mio Ew x 0,13 m³/Ew,Tag       = 442.000 m³/Tag

Zur Feststoff-Belastung des Abwassers sei noch auf die mehrfach diskutierte (und von der ATV mehrfach abgelehnte) Ableitung von zerkleinerten Küchenabfällen aus Privat-Haushalten in die Kanalisation vergleichend am Beispiel der abfiltrierbaren Stoffe eingegangen:

Beispiel Berlin:       

Der Küchenabfall-Anfall pro Einwohner und Tag liegt bei rd. 0,15 kg/Ew,Tag bei einem Trockensubstanzgehalt von 25 %. Unterstellt man, daß ein Viertel des Anfalls in die Kanalisation gespült würde, bedeutete dies eine Trockenstoff-Einspülung von rd. 9,38 g/Ew,Tag. (0,15 kg/Ew,d x 25 % TS x 25 % Einspülung).

 

Demgegenüber die Trockenstoff-Einspülung aus Einweg-Steckbecken bei angenommenen 50 % Einsatz von Einwegsystemen:

420 g/Nutzer,Tag x 20 % Nutzungsgrad x 50 % Einweg-Systemanteil x 22.000 Betten / 3,4 Mio Ew = 0,27 g/Ew,Tag.

 

7     Fazit

Unstrittig ist der Einsatz von Einwegbehältern als Steckbecken mit einer zusätzlichen Abwasser-Belastung verbunden, wenn diese Behälter in zerkleinerter Form in das Kanalisationsnetz gespült werden.

Diese Zusatz-Belastung wurde für unterschiedliche Nutzungsgrade der Steckbecken untersucht. Unter den bekannten Rahmenbedingungen wie spezifische Zusammensetzung der Behälter, plausibel geschätztem Nutzungsgrad um 20 % der Krankenhausbetten sowie dem Wasserverbrauch in Kliniken ist festzustellen, daß die Auswirkungen auf die Abwasserqualität sehr gering sind und schädliche Einflüsse auf das Kanalnetz und die Kläranlagen nicht zu erwarten sind.

Die Auswirkungen der Einspülung von zerkleinerten Einweg-Behältern in das Abwassersystem werden daher aufgrund der geringen Mengen und Konzentrationen als unerheblich im Sinne der DIN 1986 eingeschätzt.

Berlin, den 19.4.2000

ICU – Ingenieurconsulting Umwelt und Bau –

Dr.Wiegel, März und Partner-Ingenieure

 

Dr.-Ing. Ulrich Wiegel                                Dipl.-Ing. Knud Ebert

 

8  Literatur

  • DIN 1986, Teil 1-3, Ausgabe Juni 1982, Entwässerungsanlage für Gebäude und Grundstücke
  • ATV Merkblatt 115, Anlage I
  • Gartiser, L. Brinker, u.a.; Umweltbundesamt Texte 74/95, Abwasserbelastende Stoffe und Abwassersituation in Kliniken, Berlin 1996
  • Senatsverwaltung für Gesundheit und Soziales, Berlin: „Krankenhausplan 1999“