Økologisk håndtering af spildevand – typeprøvning af komponenter og materiel til rationel opbygning af systemer
3 Biologiske klosetter
3.1 Generelt
Et biologisk kloset er et kloset, hvor fæces, urin, wc-papir og muligvis organisk affald opsamles. Overskydende vand fordampes, og faste stoffer nedbrydes (komposteres) til et jordlignende, hygiejnisk betryggende produkt uden ubehagelig lugt. Biologiske klosetter anvender som regel ikke skyllevand eller de skyller med meget lidt vand. Der er som regel ikke vandlås på biologiske klosetter, men en form for klap, der forhindrer, at man kan se direkte ned i kompostbeholderen.
Den generelle opbygning af et biologisk kloset er vist i figur 3.1. Hovedbestanddelene er sædet, kompostbeholderen og ventilationsledningen.
Figur 3.1
Principskitse af et biologisk kloset
Et biologisk kloset er et behandlingsanlæg til affald med to hovedfunktioner:
 | Vand som tilføres klosettet (hovedsageligt fra urin) fordampes og transporteres ud af klosettet gennem ventilationsrøret |
| Det faste affald nedbrydes mikrobiologisk til kompost, og patogene (sygdomsfremkaldende) mikroorganismer desimeres (uddør) |
Nedbrydningen af de faste materialer kræver ilt. Derfor skal de faste materialer være porøse (der skal være hulrum i den faste masse). Det er derfor man blander bark/savsmuld/halm mv. i et biologisk kloset foruden wc-papiret. Hvis der tilføres for megen væske vil porøsiteten falde, og nedbrydningstiden forlænges.
Fordampningen af væske afhænger af mange faktorer som fx energitilførslen, ventilationen mv. Den energi, der produceres ved den biologiske nedbrydning af affaldsstofferne, er teoretisk kun på ca. 30% af den energi, der kræves for at fordampe overskydende væske. Den nødvendige energi må derfor tilføres enten fra omgivelserne eller ved opvarmning.
I modsætning til et vandskyllet kloset har et biologisk kloset begrænset kapacitet. Kapaciteten er ofte begrænset af evnen til at fordampe væske, og kun i sjældne tilfælde af nedbrydningshastigheden for de faste stoffer. For at øge kapaciteten kan biologiske klosetter forsynes med mekaniske omrørere til de faste stoffer, varmeelement og elektrisk ventilation.
3.1.1 Store og små klosetter
Klosetterne deles i to grupper efter størrelse. Små klosetter står i sin helhed i toiletrummet. Store klosetter har klosetstolen i toiletrummet, medens kompostbeholderen enten er placeret under gulvet (i kælderen) eller på den anden side af ydervæggen.
Fordelen ved små klosetter er, at de er lettere at transportere, og installationen er enklere. Ulempen ligger først og fremmest i, at hvis de overbelastes og al væsken ikke fordamper, "oversvømmes" klosettet, og der løber en sort, ildelugtende væske ud på gulvet.
Store klosetter kræver plads uden for huset eller i husets kælder. De kræver også mere omfattende bygningstekniske ændringer. Dette gælder især de klosetter, som har kompostbeholderen placeret uden for ydervæggen. Fordelen ved de store klosetter er, at de normalt har større kapacitet, er mindre ømfindtlige overfor forskellige belastninger, og bliver de overbelastet med væske, løber denne ud på jorden (eller i eget "nødoverløb" til en faskine eller lignende), hvorved der normalt ikke opstår problemer.
3.1.2 Anvendelsesområder
Der findes to anvendelsesområder for biologiske klosetter. Ved periodisk anvendelse (fritidshuse) anvendes klosettet mindre en 60 døgn pr. år. Ved permanent anvendelse (helårshuse) er anvendelsen kontinuerlig. De allerfleste biologiske klosetter er konstrueret til periodisk anvendelse.
3.2 Kapacitetsbegrænsning
Et biologisk kloset har en bestemt kapacitet. Kapaciteten bestemmes af den proces, som sker langsomst, enten væskekapaciteten eller faststofkapaciteten. I praksis har væskekapaciteten næsten uden undtagelse den mest begrænsede kapacitet. Overskrides kapaciteten, opstår der driftsproblemer.
3.2.1 Væskekapaciteten
Fordampning af vand forudsætter energi (varme) til selve fordampningen, og at vanddampen ledes bort fra klosettet gennem ventilationsanlægget.
I klosetter uden elektrisk tilslutning er kapaciteten stærkt afhængig af klimaet og monteringen af ventilationsrøret for at få et maksimalt naturligt aftræk. Om sommeren vil sådanne klosetter i praksis næppe fordampe mere væske end svarende til en til to personækvivalenter. Om vinteren vil fordampningen være minimal.
Klosetter med elektrisk tilslutning har større væskekapacitet, både fordi der tilføres varme til fordampningen, og fordi ventilationen af klosettet bliver mere effektiv med mekanisk ventilation. De mest energieffektive klosetter bruger ca. 50 W pr. persondøgn. (Molland, 1984).
Der findes to vigtige forhold, som kan begrænse væskekapaciteten:
| Overfladen på det faste affald udtørrer og begrænser derved transporten af væske fra den inderste del af affaldet til overflade, hvorfra det kan fordampe. Tørt affald kan danne et låg over fugtigt affald/væske, og derved reducere fordampningen. Biologiske klosetter med mekanisk omrører hindrer dette. |
| På en del klosetter drænes den væskemængde, som ikke kan absorberes af det faste affald, ned i et eget bufferlager i bunden af klosettet, hvorfra det fordamper. Normalt tilføres der varme til dette bufferlager, og væskeoverfladen ventileres. Efterhånden som væsken fordamper, stiger saltkoncentrationen i væsken. Dette medfører et lavere vanddamptryk på væskeoverfladen og dermed lavere fordampning. Producenterne foreskriver, at saltopløsningen, som dannes (den består mest af NaCl – natriumklorid – køkkensalt), må skylles ud en gang imellem. |
Er væskekapaciteten for lav, akkumuleres væske i klosettet. Overskrides også klosettets buffervolumen, (det volumen som er beregnet til at optage overbelastning af væske i en kortere periode), vil væske løbe ud af klosettet. Nogle klosetter har et nødoverløb, eventuelt med opsamling af den overskydende væske i en tæt tank. Er klosettet ikke udstyret med et sådant nødoverløb, vil overskydende væske løbe ukontrolleret ud af klosettet. Dette kan medføre alvorlige driftsproblemer, især for små biologiske klosetter. Nogle klosetter er konstrueret således, at overskydende væske medfører at komposten bliver fugtig, ja endog flydende.
3.2.2 Faststofkapaciteten
Faststofkapaciteten er afhængig af to vigtige processer:
| Den biologiske nedbrydning og dermed stabiliseringen af det faste affald. Gennem denne proces dannes den kompost, som skal se ud som jord og ikke have en ubehagelig lugt. Nedbrydningshastigheden er primært afhængig af temperatur, ilttilgang og hvor homogent affaldet er. Normalt er ilttilgangen en begrænsende faktor. Denne er afhængig af porøsiteten i affaldet. Porøsiteten kan forbedres ved at iblande strukturmateriale, fx bark. Klosetter med mekanisk omrører, hvor der iblandes strukturmateriale, vil have en god ilttilgang. Strukturmateriale bør også anvendes for at tildække og fugte papir på overfladen, således at det nedbrydes. Biologiske klosetter med mekanisk omrører og moderat opvarmning af affaldet (30 – 50 ° C) producerer relativt hurtigt (nogle uger) kompost af en god kvalitet. I klosetter uden mekanisk omrører er nedbrydningshastigheden væsentlig lavere (flere måneder eller op til et år). |
| Hygiejniseringen er afhængig af opholdstiden og temperaturen. Er temperaturen høj, kræver hygiejniseringen af affaldet kortere tid. Nogle smitstoffer, fx æg fra bændelorm, kan overleve i flere år ved temperaturer på 20 ° C eller lavere. Nogle (små) klosetter har egen pasteuriseringsfunktion. |
3.3 Forbrugerens og myndighedernes krav
Ved udformning/revidering af kvalitetsnormerne for biologiske klosetter skal man tage udgangspunkt i de krav og forventninger henholdsvis forbrugeren og myndighederne stiller.
Set fra forbrugerens side er disse:
| Kvalitetsnormerne skal give vejledning i valg af biologisk kloset mht. kapacitet, anvendelsesområde (periodisk/kontinuerlig anvendelse), tilpasning til bygning (stor/lille) og krav til udformning og vedligeholdelse |
| Klosettet skal have en god anvendelsesmæssig komfort |
| Ved korrekt montering og anvendelse må klosettet ikke medføre driftsulemper (fx lugt) |
| Klosettet skal være enkelt at betjene (fx tømme) og vedligeholde (fx skifte vifte) |
| Klosettet skal i øvrigt være af en sådan kvalitet og materialer, at det kan tåle normal anvendelse |
Fra myndighedernes side er kravene disse:
| Klosettet må ikke føre til øget forurening, især af drikkevandskilder |
| Klosettet må ikke føre til øget smittespredning |
| Klosettet skal være lavet af materialer, som ikke indeholder miljøgifte |
3.4 Nordiske testnormer for biologiske klosetter
Nordisk Ministerråd besluttede i november 1989 at indføre en frivillig og positiv miljømærkning i Norden. I de nordiske lande har ordningen sin egen ledelse, som samarbejder gennem Nordisk Miljømærkningsnævn.
Formålet med miljømærkningen er at vejlede forbrugerne således, at de kan vælge de mindst miljøbelastende produkter.
Der er udarbejdet Kriterier for Miljømærkning af afløbsfrie toiletsystemer (Kriteriedokument 9. april 1997 – 8. juli 2002). Disse bygger på test af biologiske klosetter som begyndte i 70’erne, først ved Norges landbrugshøjskole, GEFO og siden ved Jordforsk.
I kriterierne stilles der krav til (punkterne referer til punkterne i kriteriedokumentet):
| 5.1 | Materialer Indhold af miljøfremmede stoffer etc. |
| 5.2 | Konstruktion og holdbarhed Tæthed, slagstyrke, stivhed, brændbarhed, materialebestandighed, slidtage og konstruktion |
| 5.3 | Kapacitet Skal være minimum 4 pe (personækvivalenter) |
| 5.4 | Eleffekt Maksimal eleffekt må ikke overstige 320 W |
| 5.5 | Ikke tilladte tilsætningsstoffer Miljøfremmede/skadelige stoffer som tilsætning i komposten |
| 5.6 | Udslip af overskudsvæske Krav til indikation af overskudsvæske, opsamling og deponering |
| 5.7 | Slutproduktet Krav til tørstof, termotolerante koliforme bakterier (TKB), pH, lugt, konsistens og kvælstofindhold |
| 7.8 | Anvendelsesegenskaber Krav til rengøring og vedligeholdelse |
| 7.9 | Monterings-, installations- og brugsanvisning |
| 5.10 | Markedsføringsmateriale Der skal oplyses om kapacitetsbehov, pladsbehov, deponering af kompost etc. |
I henhold til kriterierne findes der to alternative måder at teste klosetterne på.
| I laboratorium Klosettet installeres i et klimareguleret laboratorium og tilføres affald, normalt over en periode på 22 uger. Som affald anvendes afvandet råslam (ikke stabiliseret) fra renseanlæg som erstatning for fækalier, en kunstig sammensætning af "urin" og toiletpapir. Derudover tilsættes madaffald og strukturmateriale. Affaldet doseres efter et fastlagt program i et givet klima (temperatur og relativ luftfugtighed). |
| Feltundersøgelse Hvis minimum 50 klosetter er blevet solgt og installeret hos forbrugere, kan der alternativt gennemføres en feltundersøgelse. Minimum 3 klosetter anvendt i "koldt klima" og 2 i "varmt klima" skal inspiceres og forbrugerne interviewes. |
I praksis har det vist sig, at leverandørerne vælger laboratorietesten.
3.5 Forslag til forenkling af testprocedurerne
3.5.1 Ressourceforbrug ved laboratorietest
Erfaringerne fra Jordforsk viser, at omkostningerne pr. kloset som testes er stærkt afhængig af, hvor mange klosetter der testes samtidig. For år 2000 var omkostningerne for test af 1 kloset ca. 105.000 NOK ved samtidig test af 1-2 klosetter, 70.000 NOK ved samtidig test af 3-4 klosetter og 50.000 NOK ved samtidig test af 5-6 klosetter.
Dette hænger sammen med, at der er en række faste omkostninger, som er uafhængig af eller meget lidt afhængig af, antallet af klosetter som testes. Disse omkostninger er laboratorieleje, opstilling og nedtagning i laboratoriet, afhentning af kloakslam, produktion af "madaffald" etc. Ved samtidig test af to klosetter udgør de faste omkostninger ca. 44 % af de totale omkostninger, mens de udgør ca. 30 % ved samtidig test af seks klosetter.
Det 22 uger lange belastningsprogram til at beregne kapaciteten udgør lidt over halvdelen af totalomkostningerne ved testen. Prøvning af materiale og konstruktion udgør ca. 5 %, vurdering af monterings- og brugsvejledning ca. 5 % og analyse af komposten ca. 3 % af totalomkostningerne. Resten dækker planlægning, møde med producenter, rapportering etc.
3.5.2 Forenkling af kapacitetsberegningen
Som det fremgår af pkt. 4.1 går der mange ressourcer til beregning af kapaciteten af klosettet. Klosettet belastes stort set dagligt med fast og flydende affald i en periode på 22 uger. Erfaringen viser, at væskekapaciteten klarlægges længe før periodens udløb. Det omfattende og kostbare doseringsprogram i 22 uger tjener først og fremmest til at klarlægge faststofkapaciteten.
Baseret på erfaringerne, som er opnået gennem 20 års test af biologiske klosetter, foreslås det, at klarlægningen af klosetters kapacitet forenkles og foretages således (jf. pkt. 5.3 og 5.7 i kriterierne):
| ved måling af væskekapaciteten |
| ved vurdering af faststofkapaciteten, hvor der i testproceduren skelnes mellem store og små klosetter |
Dette betyder, at man kan skære væsentligt ned både på den tid testen tager og det meget tidskrævende arbejde med indhentning, bearbejdning og dosering af specielt fast affald ("urin" doseres automatisk).
De øvrige punkter i testen, som materialer, konstruktioner og holdbarhed, anvendelsesegenskaber, anvisninger etc. foreslås bibeholdt, som de er beskrevet i normen.
Argumenterne for denne løsning er:
| Al erfaring viser, at det er væskekapaciteten, der begrænser klosettets totalkapacitet, og at faststofkapaciteten primært er et spørgsmål om tilstrækkelig opholdstid. |
| Der findes erfaringstal (dimensionerende data) for kompostproduktion, ca. 0,15 liter pr. persondøgn (Molland 1984). I praksis vil dette give en tilstrækkelig præcis vurdering af faststofkapacitet og tømningshyppighed. |
| Ikke alle krav i normerne for kompostens kvalitet er lige relevante. Den menneskelige produktion af fækalier og urin er givet. Det der kan variere er tilsætning af madaffald og strukturmateriale. Det kan påstås, at det at stille kvalitetskrav til komposten, ud over det etiske, lugtmæssige og hygiejniske, ikke er relevant, så længe komposten skal anvendes på egen grund. Tørstof, lugt og konsistens er primært et spørgsmål om opholdstid, og at klosettet ikke overbelastes med væske, alternativt at et overskud af væske drænes fra det faste affald, og at der anvendes tilstrækkeligt med strukturmateriale. |
| Det hygiejniske aspekt er vigtigt. Der er imidlertid lavet en række analyser af
termobile koliforme bakterier både i kompost og i overskudsvæske fra biologiske
klosetter. Disse ligger meget lavt, ofte < 2 bakterier pr. gram (Engen 1992). Risikoen
for smittespredning er desuden lille, fordi det normalt drejer sig om affald fra en
familie, og affaldet deponeres lokalt enten ved nedgravning eller efterkompostering. En vurdering
af klosettets hygiejnisering baseret på opholdstiden, uden iblanding af friskt affald,
temperatur og eventuel pasteurisering, bør give en tilstrækkelig grad af sikkerhed. Der er ikke registreret nogen udbrud af sygdom eller epidemier i forbindelse med anvendelse af biologiske klosetter, siden de blev taget i brug i Norge i begyndelsen af 70’erne. |
3.5.2.1 Måling af væskekapacitet
Klosettets væskekapacitet måles således:
- Klosettet fyldes med fugtig tørvestrøelse eller lignende svarende til normalt fyldningsvolumen.
- Det tilføres kunstig "urin" i de mængder, der beskrives i kriterierne (Testmetode for afløbsfrie klosetter, pkt. 5.1.3) svarende til 4 personækvivalenter. Store klosetter belastes med 8 personækvivalenter, hvis der er et nødoverløb, hvortil overskudsvæsken drænes.
- Klosettet belastes over en periode på en uge for at opnå ligevægtstilstand mellem tørstof og urin.
- Fordampningen beregnes ud fra den tilførte mængde urin og ændringen i klosettets vægt eller buffervolumen med overskudsvæske.
- Hvis der fordamper lige så meget eller mere end den tilførte mængde væske (væskekapaciteten er større end tilførslen), øges tilførslen af "urin" med en personækvivalent, og proceduren gentages fra punkt 3.
- Kapaciteten opgives til det antal personer, rundet nedad, klosettet har kapacitet til uden overbelastning. For klosetter beregnet til periodisk anvendelse, rundes tallet opad, hvis klosettets buffervolumen er tilstrækkelig stor til at rumme den overskydende væske, og denne vil fordampe i løbet af den periode klosettet ikke anvendes.
For små klosetter vil det være lettest at veje hele klosettet. Det giver en meget nøjagtig måling.
I praksis er det mere problematisk at veje et stort kloset. For disse klosetter kan man i stedet måle ændringen i væskeniveauet i buffervolumen. Hvordan det gøres i praksis varierer fra kloset til kloset, og må vurderes på stedet. Laboratoriet, der udfører testen, bør dokumentere, at den konkrete metode, der benyttes, giver et måleresultat med en nøjagtighed på ± 3% eller bedre.
3.5.2.2 Beregning af faststofkapaciteten
Affaldets opholdstid beregnes således:
- Klosettet, inklusiv tømningsskuffe etc. , fyldes med fugtet tørv (jordfugtig) til det fyldt så meget, som det i praksis er rimeligt at forvente, at det bliver fyldt.
- Den totale faststofkapacitet (persondøgn) beregnes som det totale tørvevolumen divideret med 0,15 (liter kompost pr. person pr. døgn) (Molland 1984).
- Affaldets opholdstid (dage) beregnes som den totale faststofkapacitet (persondøgn) divideret med væskekapaciteten (personer).
På grundlag af opholdstiden laves følgende vurdering:
- Store klosetter
Hvis opholdstiden er mere end 6 måneder uden at komposten tilføres nyt affald, godkendes væskekapaciteten som klosettets kapacitet. Ved periodisk anvendelse (fritidshuse) accepteres det, at nyt og gammelt affald ikke separeres fysisk (fx i skråbundsmodeller), idet man regner med, at klosettet tømmes ved sæsonens start.
Hvis opholdstiden er under 6 måneder, fastsættes klosettets kapacitet til den faststofkapacitet, som giver en opholdstid på minimum 6 måneder.
- Små klosetter
Hvis opholdstiden er mere end 4 uger, hvis det forventes at affaldet at holde en temperatur på 25 – 50 °C, og hvis nyt og gammelt affald separeres (fx ved at komposten falder ned i en separat tømningsbeholder), så godkendes væskekapaciteten som klosettets kapacitet.
Det forudsættes, at der i brugsanvisningen står, at der bør bruges rimelige mængder strukturmateriale. For store klosetter skal der stå, at når et kammer er fyldt med affald, alternativt ved slutningen af sæsonen for fritidshuse, skal affaldet tildækkes med fugtig jord, strukturmateiale eller lignende for at sikre, at toiletpapir på overfladen nedbrydes.
3.6 Forslagets konsekvenser
Forslaget medfører en forenkling af testnormerne. Det reducerer arbejdsniveauet i væsentligt omfang og behovet for store, klimaregulerede laboratorier (væskekapaciteten for store klosetter skal dog fortsat udføres i et realistisk udeklima). Det anslås, at omkostningerne kan reduceres i størrelsesordenen 40 % i forhold til de nuværende omkostninger. I praksis betyder dette, at omkostningerne ved at teste et eller to klosetter af gangen kan blive så lave, at flere producenter mener, at kvalitetstestning af klosetterne er interessant. Dette vil igen kunne medføre, at både flere toiletter bliver kvalitetsmærket, og at producenterne opmuntres til forbedringer af deres produkter for at klare kvalitetskravene.
Ulemperne ved forslaget er først og fremmest, at man ikke opnår en så god information om kompostkvaliteten. Dette gælder især hygiejniseringen, hvis opholdstiden er kort eller komposten tilføres nyt affald. Forslaget tager heller ikke hensyn til at eventuelt madaffald tilføres klosettet. Imidlertid viser erfaringen, at kun få forbrugere tilfører madaffald til klosettet. I små klosetter giver det sig selv, da faststofkapaciteten er mere begrænset, således at tilførsel af madaffald er mindre aktuelt.
Uanset dette, bør kravene til pH og totalkvælstof i komposten sløjfes. Affaldet i klosettet er kendt. Det eneste, som kan ændres, er tilsætning af strukturmateriale og eventuelt madaffald. Da et biologisk kloset er et behandlingsanlæg til privataffald, er det ikke relevant at stille krav til pH og totalkvælstof.