Greywater treatment within semi-centralised supply and treatment systems by the example of the People’s Republic of China

This thesis was written during my work as research assistant at the Institute IWAR, the Technical University of Darmstadt. It bases on the subject corresponding to the research project “Semi-centralised supply and treatment systems for rapidly growing urban areas of P. R. China”. Chinese cities are increasing rapidly for over 30 years, especially during the last 15 years. Not only the physical size but also the increasing urbanization processes challenge the on-going development of the urban infrastructure. The regional scarcity of water resources compounds the severe situation additionally. To support the progress of urban development, alternative concepts regarding supply and treatment infrastructures have to be taken into consideration in addition to the conventional systems applied generally. This work regards the greywater treatment for intra-urban water reuse, one of the basic system components of semicentralised supply and treatment systems. Firstly, both legal and technical frameworks and available boundary conditions are summarised for the followed investigations. Investigations of the technical feasibility using a SBR pilot plant are carried out then, followed by derived appropriate technical recommendations for the practical application. Furthermore, discussions with regard to a modular construction of the large-scale greywater treatment plant are carried out by means of dynamic cost comparison calculation. Finally, different greywater treatment techniques are compared with regards to technical, economical and ecological aspects. Greywater treatment using the SBR for intra-urban water reuse is one of the essential system components of semi-centralised supply and treatment system for urban areas. The technical feasibility of greywater treatment with modular construction offers great flexibilities adapting to the dynamic development of the catchment area accordingly.

Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Tätigkeit am Institut IWAR der Technischen Universität Darmstadt, basierend auf den vom BMBF geförderten Forschungsprojekten „Semizentrale Ver- und Entsorgungssysteme für schnell wachsende urbane Räume Chinas“. Die chinesischen Städte weisen seit über 30 Jahren hohe Zuwachsraten auf, aber in den vergangenen 15 Jahren hat die Dynamik dieser Entwicklung stark zugenommen. Nicht nur die geographische Größe sonder auch die Urbanisierungsprozesse fordern die Weiterentwicklung der mangelnden Infrastrukturen in urbanen Räumen. Dazu kommen die regionalen Knappheit der Wasserressourcen. Um die Fortschritte der Stadtentwicklung zu unterstützen, müssen alternative Entwicklungskonzepte hinsichtlich der Ver- und Entsorgungsinfrastrukturen neben den konventionellen Systemen in Betracht gezogen werden. Die vorliegende Arbeit fokussiert einen Baustein dieser Systeme und thematisiert die Grauwasserbehandlung zur innenstädtischen Wasserwiederverwendung im Kontext semizentraler Ver- und Entsorgungssysteme. Zuerst werden sowohl rechtliche als auch technische Rahmenbedingungen dargestellt. Basiert auf diesen Grundlagen werden technische Untersuchungen zur Machbarkeiten der Grauwasserbehandlung hinsichtlich verschiedener Aspekte mittels einer halbtechnischen Versuchsanlage (SBR Verfahren) untersucht und entsprechende technische Empfehlungen zur praktischen Anwendung abgeleitet. Darauf aufbauend werden Untersuchungen zur modularen Bauweise von Grauwasserbehandlungsanlagen mittels einer dynamischen Kostenvergleichsberechnung durchgeführt. Ergänzt wird dieses durch einen Vergleich verschiedenen Behandlungsverfahren zur Grauwasseraufbereitung hinsichtlich ihrer technischen, ökonomischen und ökologischen Aspekte. Grauwasserbehandlung mittels des untersuchten SBR-Verfahrens zwecks innerstädtischer Wasserwiederverwendung für urbane Räume ist eine der wichtigsten Systemkomponenten eines semizentralen Ver- und Entsorgungssystems. Die modulare Bauweise der Grauwasserbehandlungsanlage bietet große Flexibilitäten hinsichtlich der Anpassungsfähigkeit an dynamische Entwicklung des Einzugsgebietes im Kontext semizentrale Ver- und Entsorgungssysteme.