Options for reuse of nutrients from waste water in the Mekong Delta, Vietnam

Abstract

Different options for wastewater treatment in the Mekong Delta were studied to recycle nutrients efficiently for later use in agriculture. <br /> Due to an even distribution of nutrients between animal and human excrements in the Mekong Delta, both flows were examined regarding their potentials for nutrient recycling as well as the associated risks. <br /> Animal slurry was treated anaerobically in two different types of existing small biogas digesters (fixed-dome and plastic-tube reactors, 6-8 m3). Analysis showed superior performance of fixed-dome reactors in reducing COD, suspended solids, E.coli and helminths whereas other parameters, e.g. BOD5 were degraded comparably. Due to short hydraulic retention times of 5 days in average, the effectiveness of the reactors is not optimised. Straight use of wastewater or biogas sludge in agriculture is not recommended. <br /> Subsequent treatment of wastewater in a fishpond improved waste water parameters further and showed the suitabilty of ponds for waste water treatment; fish culture should be restricted to subsequent ponds. <br /> Composting (hot-rotting and vermicomposting) decreased water and volume thereby leading to an increase of heavy metals. Both treatments improved hygienic parameters: hot-rotting reduced E.coli and coliform bacteria more compared to vermicomposting (3-4 log10 versus ~2 log10 units) which lead to lower nitrogen losses. <br /> Compared to composting of animal excrements directly, biogas sludge produced a lower heat development and biogas vermicompost was less plant compatible. <br /> When composted biogas sludge or pig manure is reused, Cu and Zn as well as salt concetnrations should be observed. For reuse of nutrients from human excrements, source separation was examined. Brown, yellow and grey water were collected separately in newly installed systems. The intended collection of the nutrient rich yellow water by urine diverting toilets proofed difficult due to users´ habits: The study showed that acceptance can only be gained when waterless urinals and diverting toilets are technically trouble-free (installation and maintenance) and sufficient introduction and supervision can be guarantied.<br /> Treatment of urine by storage showed a good reduction of microbiological parameters within 4 weeks. Gaseous nitrogen losses could be avoided for the most part by closed tanks (< 10% N loss in 9 months). In open tanks, about half of the nitrogen was still left after two moths, and only 10% could be recovered after 9 months of storage.<br /> To support a site specific selection of treatment and reuse concepts, the relevant parameters were developed and the systems evaluated.

Die Arbeit untersucht verschiedene dezentrale Verfahren zur Behandlung von Abwasser im Mekong Delta, ob und inwieweit diese neben der Verbesserung der Wasserqualität durch Nährstoff-Rückgewinnung und Wiederverwertung in der Landwirtschaft zur Optimierung der Nährstoffflüsse beitragen.<br /> Für tierische Ausscheidungen wurde die anaerobe Behandlung in bereits existierenden Kleinstbiogasanlagen (feste Domanlagen und Schlauch-Biogasfermenter von 6-8 m3) betrachtet. Die Untersuchungen zeigten eine Überlegenheit der Domanlagen beim Abbau von COD, Schwebstoffen, E.coli und Helminthen; nur bei wenigen Parametern z.B. beim BOD5 wurde eine vergleichbare Leistung erzielt. Aufgrund der kurzen Verweil¬zeiten ist die Abbauleistung dieser Anlagen nicht optimiert. Eine unmittelbare Verwertung des Abwassers bzw. Schlamms in der Landwirtschaft wird nicht empfohlen. <br /> Die Behandlung des Biogasanlagen-Abflusses in einem Fischteich verbesserte die Abwasserparameter weiter und zeigte die Eignung von Teichen zur Nachbehandlung von vorgeklärtem Abwasser; Fischzucht sollte jedoch erst in nachfolgenden Teichen erfolgen. <br /> Die weitere Behandlung des Biogasschlamms mittels Kompostierung (Heißrotte und Vermikompostierung) reduzierte erwartungsgemäß Wassergehalt und Volumen und führte zur „Aufkonzentrierung“ von Nährstoffen und Schwermetallen. Beide Verfahren verbesserten die hygienischen Parameter: Heißrotte reduzierte E.coli und coliforme Bakterien stärker als die Vermikompostierung (3-4 log10 Einheiten gegenüber ~2 log10 Einheiten), die jedoch zu geringeren Stickstoffverlusten führte. <br /> Biogasschlamm zeigte im Vergleich zur direkten Kompostierung von Schweinemist Heißrotte eine geringere Hitzentwicklung und Massenverlust. Bei der Nutzung von Komposten aus Schweineexkrementen sind leicht erhöhte Cu-, Zn- und Salz-Gehalte zu beachten. <br /> Zur Verwertung von Nährstoffen aus menschlichen Ausscheidungen wurde in einem Wohnheim eine neue Anlage zur Separierung von Stoffströmen errichtet und die Flüsse von Braun-, Gelb- und Grauwasser bilanziert. Es zeigte sich, dass zur erfolgreichen Stoffstromtrennung und Nährstoffgewinnung ein störungsfreier Betrieb (Installation und Wartung), die Akzeptanz und eine intensive Unterweisung der Nutzer unabdingbar ist. Bei der Behandlung von Gelbwasser mittels offener und geschlossener Lagerung ließen sich gasförmige Stickstoffverluste durch geschlossene Lagerung fast vollständig verhindern (< 10% in 9 Monaten), während bei offener Lagerung nach 2 Monaten nur noch die Hälfte, nach 9 Monaten nur noch 10% des Stickstoffs vorhanden waren. Urin bzw. Gelbwasser eignet sich aufgrund der enthaltenen Nährstoffe und geringen Schwermetallgehalte als Dünger, die durchgeführte Lagerung reduzierte auch die geringen bakteriellen Belastungen.<br /> Zur Unterstützung der standortspezifischen Wahl von Behandlungs- und Verwertungs-konzepten wurden die hierfür wesentlichen Parameter erarbeitet und die Systeme evaluiert.