Mere viden om anvendelse af kildesorterende toiletteknologi
2 Metode
2.1 Tilgang til de humane restprodukter urin og fækalier
Det fremgår af indledningen, at projektet er baseret på et ønske om flere alternativer og mere fleksibilitet med hensyn til tekniske løsninger og systemkomponenter, således at det næringsstofmæssige potentiale i restprodukterne kan udnyttes konstruktivt og produktivt til fornyet plantevækst.
I de vandbaserede spildevandssystemer møder vi kun restproduktstrømmene urin og fækalier ved udsondringen. Som led i en kildesamlende strategi samles de indbyrdes særskilt udsondrede restprodukter ikke blot indbyrdes og med vand, men også med andre strømme til det vi kalder husholdningsspildevand. Disse strømme fra husholdningerne, der normalt benævnes som sort og gråt spildevand, kan senere i centrale kloak- og rensningssystemer blive blandet med såvel industrielt spildevand og vand fra veje, der kan være af en helt anden kvalitet.
Selv om urin og fækalier kun udgør ca. 1 – 1,5 % af volumen i husholdningsspildevandet, indeholder de i alt ca. 92 % af N, 83 % af P og 87 % af K. Urin alene står for ca. 80 % af N, 55 % af P og 60 % af K. Af indholdet stammende fra konsumerede madvarer er fordelingen 80 – 90 % N i urin og 10 – 20 % i fækalier, 50 – 80 % af P i urin og 20 – 50 % P i fækalier samt 80 – 90 % K i urin og 10 – 20 % i fækalier. Der udsondres dagligt ca. 60 g TS via urinen og 35 g TS, heraf ca. xx g VS (organisk materiale) via fækalierne. Desuden indeholder husholdningernes organiske madvarerester et betydeliget indhold af næringsstoffer (Sundberg 1995, Jönsson et al. 2000, Eilersen et al. 1998, Höglund 2001, Vinnerås 2001).
De næringsstoffer vi udskiller efter indtagelse af fødevarerne er normalt tilstrækkelige til, hvis de kunne tilbageføres uden tab, at kunne reproducere os endnu en gang men denne gang på basis af vegetabilsk produktion. Koncentrationen af næringsstoffer er vigtig for såvel opsamling, lagring, transport, behandling som anvendelse. Det er derfor vigtigt at sikre et minimalt vandindhold. De humane restprodukter og især urin har normalt et meget lavt indhold af tungmetaller såvel i absolutte tal som i relation til fosforindholdet, som er en almindelig måde at vurdere kvaliteten på. Med henblik på hygiejnisering af kollektivt indsamlet urin i tanke ved lagring over tid i kraft af bl.a. pH er det dels nødvendigt med kildesortering dels at minimere vandindholdet.
Uanset om fækalier alene eller sammen med urin skal behandles og hygiejniseres i biogas- eller vådkomposteringsanlæg, er det vigtigt at opnå en høj koncentration. Hvis løbende ændringer i viden om f.eks. medicinrester skulle føre til nødvendighed af f.eks. ændrede behandlingsformer, bør koncentreret og kildesorteret opsamling kunne give mulighed for en fleksibel tilpasning.
2.2 Udvælgelse af tekniske delområder
Projektet er meget snævert i den forstand, at det udelukkende beskæftiger sig med tekniske problemstillinger inden for nogle få tekniske delområder. Udgangspunktet har været kildesorterende toiletteknologi og muligheder og problemer knyttet til denne. Udvælgelsen af genstandsområder er dels baseret på egne og andres erfaringer inden for arbejde med kildesorterende toiletteknologi og dels erfaringer fra arbejde med kildesamlende spildevandskoncepter.
Selv om det er sikkert, at nutiden er forskellig fra fortiden, og at fremtiden vil være forskellig fra nutiden, bør fortiden indgå såvel som inspiration som kilde til at kvalificere håndteringen af problemer i fortsatte læreprocesser ud fra allerede begåede fejl.
Spildevandsstrategier og deres fremtid er ikke bare overordnet bundet til paradigmer, videnstrukturer, interesser og barrierer båret af kommunikation i forskellige samfundsmæssige funktionssystemer. Helt konkrete tekniske problemer og tekniske detaljer som f.eks. koncentration af næringsstoffer og driftsproblemer med utætheder har tidligere haft en ikke uvæsentlig betydning og kan få det igen. Ikke sådan at forstå at en positiv løsning på tekniske spørgsmål automatisk har sikret teknikkens succes, men således at fortsatte problemer har kunnet være kraftigt medvirkende til at sikre det modsatte.
Udgangspunktet for dette projekt har været, at kildesorterende toiletteknologi til håndtering af de humane restproduktstrømme urin og fækalier bør kunne spille en rolle i en bæredygtig samfundsmæssig udvikling. Det kræver dog en fortsat viden- og teknikudvikling. Dette projekt er ment som en lille brik i arbejdet med at se på muligheder og problemer. Projektet består af fire delprojekter, der beskæftiger sig med forskellige sider og delområder inden for den overordnede problematik.
Problemer med vandskyl ved kildesortering af de særskilte humane restproduktstrømme urin og fækalier er i centrum for ræsonnementerne. De to første delområder vedrører fækaliestrømmen, hvor de to sidste delområder drejer sig om urinstrømmen. Det er ikke selve kildesorteringen der fokuseres på i dette projekt, men vandskyl inden for rammerne af overordnet kildesortering.
I tre af delprojekterne har vandskyllet i forbindelse med fækalie- eller urinstrømmen og i forbindelse med de vandfrie urinaler, fraværet af skyllevand, en central betydning.
Indførelse af mulighed for vandskyl i kildesorterende toiletstrategier åbner sikkert muligheder for en bredere accept og anvendelse, end hvis mulighederne begrænses til udelukkende tørre løsninger. Der opstår dog samtidig en række problemer, når målsætningen er en koncentreret tilbageføring af humane restprodukter. En ting er særskilt opsamling af henholdsvis fækalier og urin i en urinbeholder inden for typisk 1 - 2 m fra kilden i en kolonihave med henblik på håndtering af egne restprodukter på egen grund, noget andet er større kollektive løsninger med opsamling af store fælles mængder til efterfølgende transport til landbrugsmæssig anvendelse.
Til det kildesorterende aspekt føjes et kildesamlende i form af skyllevandsstrømmen og henholdsvis urin eller fækalier. Den kildesamlende strategi i relation til papir kan også give ophav til en række problemer af hensyn til den vandbårne transport af papir.
2.2.1 Afprøvning af et kildesorterende dobbeltskyllende toilet med vakuum
Baggrunden for delprojekt 1 er. at kildesamlende vakuumtoiletter ganske vist giver væsentlig mere koncentrerede restprodukter end almindelige kildesamlende toiletter, men det opsamlede materiale får dog ikke en koncentration af organisk materiale, der er tilstrækkelig interessant for biogas- eller vådkomposteringsbehandling.
Kildesorterende dobbeltskyllende toiletter er primært i sig selv egnet til opsamling af urin med 0,1 – 0,4 l vand men ikke til fækalier, der skylles med typisk 3 - 6 l alt efter installation og regelsæt.
Udviklingen inden for kildesorterende toiletter med vakuum er først lige begyndt. Der er kun en enkelt producent og kun få toiletter i funktion i primært systemer med et enkelt toilet og etablering af et "blødt" vakuum ved skyl. Opsamlingen er typisk blevet foretaget i kompostbeholdere med henblik på egen lokal håndtering men også i opsamlingstanke. Der er kun 5 toiletter i Danmark. Der har været problemer, og især ved de to toiletter der har vakuumventiler.
Kildesamlende vakuumtoiletter har en lang historie. Der er flere producenter. Toiletterne anvendes i såvel fly, toge, på skibe samt andre steder, hvor man lægger vægt på koncentreret opsamling.
I forbindelse med behandling af patienter på hospitaler med radioktave isotoper (Jod 131, Au – 198, P – 32 og SR –89) med følgende udskillelse af radioaktivt materiale via toiletterne, muliggør vakuumtoiletter desuden særskilt opsamling af dette materiale i mere koncentreret form med henblik på særskilt behandling inden det ledes til et almindeligt rensningsanlæg (Roediger udateret, Roediger 2002).
Ved Landbrugshøjskolen i Ås, Norge (Jenssen 1994, Skjelhaugen 1998, Skjelhaugen 1999, Etnier 1999) , Jordbrukstekniska institutionen i Uppsala, Sverige (Norin 1996A, Norin 1996B) og ingeniørfirmaet OtterWasser i Lübeck, Tyskland (Lange et al. 1997) har man arbejdet med koncepter, hvor humane restprodukter skulle opsamles og behandles i vådkomposterings- eller biogasanlæg.
Ved anvendelse af kildesortering bør der være en teknisk mulighed for at nå en højere koncentration af organisk materiale og mulighed for at fravælge medbehandling af urin i f.eks. biogasanlægget til fordel for f.eks. en lagring.
I Hannover, Tyskland blev det muligt at installere et kildesorterende toilet med vakuum i demonstrationslokalet i en boligblok med 32 kildesamlende vakuumtoiletter og permanentvakuum.
Især toilettets vakuumventil og betjening stod i centrum for afprøvningen i samarbejde med Stadtwerke Hannover. Boligblokken indgår i "Öko-Park-Hannover", hvorved det har været muligt for mange at besigtige anlægget, bl.a. i forbindelse med Expo 2000. Afprøvningen var en afprøvning af en systemkomponent i et andet system, end det oprindeligt var udviklet til at indgå i, et led i en nødvendig fortsat udvikling af vakuumteknologien. Der blev kun set på vakuumsystemet og her primært på ventilproblematikken som er kendt for at være en achilleshæl i forbindelse med vakuumtoileter.
Formål:
 | at etablere et kildesorterende toilet med vakuum til fækaliesystemet med tilslutning til et system med permanent vakuum og kildesamlende vakuumtoiletter i Hannover. |
| at sætte fokus på den kildesorterende vakuumteknologi |
| at indsamle reaktioner på toilettet og dets komponenter |
| i en begrænset afprøvning at gøre erfaringer med vakuumventilen koblet til et centralt vakuumsystem. |
| at indsamle nogle erfaringer fra vakuumanlægget i Hannover som helhed. |
2.2.2 Muligheder for at anvende en cyklonseparator
Cyklonseparatorer forefindes i Sverige især i installationer i fritidshuse i kombination med kildesamlende toiletter med 3 l skyl og opsamling af fast materiale i kompostenheder med henblik på lokal kompostering. Der er også i Sverige etableret en del systemer med kildesorterende toiletter og efterfølgende separation og opsamling af fast materiale fra fækaliedelen i kompostenheder. Det har ikke været muligt at finde frem til eventuelle installationer i Danmark.
Separatorer er ikke blevet anvendt i forbindelse med opsamling af fast materiale fra kildesorterende toiletter i tanke for at kompensere for det store vandskyl med henblik på opsamling af koncentreret materiale til anvendelse i biogas- eller vådkomposteringsanlæg.
Der er her igen tale om at gøre sig overvejelser omkring et potentiale for en systemkomponent, separatoren, der normalt anvendes dels i kildesamlende sammenhæng, dels i kildesorterende sammenhæng, men begge steder i forbindelse med kompostering, ved anvendelse i en ny systemsammenhæng, opsamling i tanke.
Et system med separatorer placerede efter kildesorterende dobbeltskyllende toiletter kunne være et alternativ til kildesorterende toiletter med vakuum til fækaliedelen. Afgørende er dog koncentrationerne af vand, næringsstoffer og organisk materiale i de to fraktioner efter separatoren.
Der er talt med producent, brugere og andre der beskæftiger sig med separatorer i relation til kildesorterende toiletter samt set på de få afprøvninger og målinger, der er lavet. Disse vedrører dog kun kildesamlende toiletter med 3 l skyl. SLU, Uppsala har foretaget de første analyser i forbindelse med kildesorterende toiletter og separatorer i en boligblok i "Ekoporten" i Norrköping, Sverige (Vinnerås et. al 1999). Der vil blive set på hvilke muligheder og begrænsninger, der tegner sig.
Formål:
| at sætte fokus på en separerende systemkomponent til fraseparering af partikulært materiale efter vandskyl |
| at vurdere separationen af vand og tørstof samt organisk materiale ud fra brugererfaringer og undersøgelser. |
| at vurdere hvor næringsstofferne havner. |
2.2.3 Vandfrie urinaler til opsamling af koncentreret urin
Vandfrie urinaler har først på det allersidste fået en renæssance i Danmark. Der var ved projektets start meget få erfaringer med og meget lidt fokus på vandfrie urinaler i Danmark. De bruges i en del lande især i Tyskland i forbindelse med konventionelle kildesamlende spildevandskoncepter med henblik på at spare vandinstallation og vandforbrug til urinaler.
Vandskyllende urinaler er født kildesorterende i forhold til urin og fækalier mens vandfrie urinaler er mere gennemført kildesorterende ved, at de ikke tilfører en vandstrøm.
Ved den nuværende systemanvendelse samles urinstrømmen med øvrige strømme og føres typisk via kloakker til en rensningsanlæg. Systemkomponenten, det vandfrie urinal, der i dag anvendes i en bortskaffelsesstrategi burde kunne blive af stor interesse i en genanvendelsesstrategi for humane næringsstoffer.
Der er i projektet talt med en række forskere, producenter og brugere samt besøgt en række installationer. Det har desuden været muligt i et andet projekt under "Aktionsplanen for fremme af økologisk byfornyelse og spildevandsrensning", på Museumsgården på Møn, at få installeret et vandfrit urinal i forbindelse med kildesorterende dobbeltskyllende toiletter og opsamling af urin i tanke.
Formål:
| at sætte fokus på vandfrie urinaler som potentielle systemkomponenter til opsamling af koncentreret urin uden vandskyl og uden krydskontamination fra fækalier. |
| at præsentere forskellige principper og fabrikater. |
| at indsamle nogle brugererfaringer |
2.2.4 Krystallisering i urinopsamlingsystemet
De kildesorterende toiletsystemer giver mulighed for særskilt opsamling af urin med henblik på anvendelse af næringsstofferne til energiafgrøder eller andre landbrugsmæssige afgrøder. Der er imidlertid forskel på kildesorterende toiletter uden vandskyl og vandlås, hvor urin normalt løber højst to meter igennem en 32 mm slange til en opsamlingsbeholder og dobbeltskyllende kildesorterende toiletter med såvel begrænset rørdiameter som vandlås i forbindelse med toilettet.
Der er konstateret en række stop i rør og vandlåse i forbindelse med dobbeltskyllende kildesorterende toiletter. Et af problemerne er krystallisering, hvor bestanddele fra urin og skyllevand kan sætte sig på de indre overflader som hårde aflejringer. Det er vigtigt såvel at karakterisere problemerne som at søge løsninger med henblik på at sikre driftsstabile løsninger.
Fysisk vandbehandling i form af elektromagnetisk behandling kunne måske være en mulighed især i forbindelse med ejendomme med hårdt vand, hvor det også vurderedes at være af interesse af hensyn til øvrige vandinstallationer. Der vil i delprojektet især blive set på undersøgelser af stop i rør og vandlåse i forbindelse med kildesorterende dobbeltskyllende toiletter i Sverige.
Formål:
| at sætte fokus på krystallisering og tilstopning i urinsystemet i kildesorterende toiletsystemer som et problem. |
| at se på nogle undersøgelser af stoppenes omfang og karakter |
| at se på elektromagnetisk vandbehandling og evt. muligheder for at forebygge hårde krystalliseringer i urinsystemet. |