Aspekte der Hygienisierung.pdf - Ingenieure ohne Grenzen

Aspekte der Hygienisierung
im Kontext der Entwicklung eines neuen Sanitär-Ansatzes
Ariane Krause, Sirkka Jacobsen
Technische Universität Berlin, Januar 2011
Inhaltsverzeichnis
” We’ve put man on the moon, we transplant hearts,
but we still don’t know how to sanitise human faeces“[1]
1 Grundsätze der Handhabung von Toilettenabfällen 2
1.1 Toilettenabfälle sind Wertstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Toilettenabfälle enthalten Krankheitserreger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2 Hygienisierung von Fäkalien 5
2.1 Urin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1.1 Medizinische Risiken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1.2 Aufbereitungsmöglichkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1.3 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2 Fäzes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.1 Medizinische Risiken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.2 Aufbereitungsmöglichkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2.3 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3 Sanitäre Versorgungssysteme 14
3.1 Herkömmliche Ansätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.2 Innovative Ansätze: Ecological Sanitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.2.1 Angewandte Sanitärsysteme in EcoSan-Projekten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.2.2 Urindüngung und sozio-kulturelle Akzeptanz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.3 Innovative Ansätze: Terra Preta Sanitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.4 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Literaturverzeichnis 24
1

1 Grundsätze der Handhabung von Toilettenabfällen
1.1 Toilettenabfälle sind Wertstoffe
Unter Betrachtung des Nährstoffgehalts und dem Anteil organischen Kohlenstoffs bieten sowohl Urin als auch Fäzes 1
eine interessante, weil nachhaltige und kostengünstige Möglichkeit der Düngung durch Nährstoffrückführung.
Die direkte Zuführung der für Pflanzen notwendigen Nährstoffe (Stickstoff, Phosphor und Kalium) und organischem
Kohlenstoff, die sowohl im Urin als auch in den Fäzes enthalten sind (siehe Tabelle 1), gleicht damit den durch
die Ernte von Nutzpflanzen vorangegangen Entzug von Nährstoffen aus dem Boden wieder aus (siehe Tabelle 2).
Das Einbringen aufbereiteter, z.B. kompostierter, Fäzes verbessert zusätzlich die Bodenqualität, u.a. durch Verbes-
serung der Humusversorgung und trägt somit zur Verbesserung der Bodenstruktur durch Steigerung der Wasser- und
Nährstoffhaltekapazität bei[1]. Die Massenangaben in Tabelle 1 beziehen sich auf durchschnittliche Mengen Urin
bzw. Fäzes eines Erwachsenen pro Jahr 2 . In Abhängigkeit von der Ernährungsweise können diese Mengen je Person
sehr unterschiedlich sein[2], [3]. Schwermetalle sind nur in sehr geringen Mengen in menschlichen Ausscheidungen
nachgewiesen[4].
Tabelle 1: Gehalt der wichtigsten Nährelementen und organischem Kohlenstoff in Fäzes und Urin [1]
kg / ppa N P K Corg Massefrisch Massetrocken
Urin 4 0,4 0,9 2,4 440 22
Fäzes 0,6 0,2 0,4 7,8 25-50 12,8
Fäkalien 4,6 0,6 1,3 10,2
Tabelle 2 zeigt den Düngebedarf beim Anbau verschiedener Grundnahrungsmittel. Die Angaben in g/a beziehen sich
dabei auf die erforderliche Nährstoffmenge zum Anbau von 10 kg Ernteprodukt auf einer Fläche von 1 Ar, resp.
100 m 2 .
Tabelle 2: Nährstoffbedarf beim Anbau wichtiger Nahrungsmittel[5]
g/a N P K
Mais 62 11 29
Reis 124 30 23
Weizen 175 36 38
Weißkohl 22 3 7
Bohnen 29 4 24
Stickstoff wird von Pflanzen vor allem im Bezug auf Blätter- und Stielwachstum benötigt. Kalium und Phosphor
sind notwendig, um die Pflanzen gegen äußere Einflüsse zu stärken. So macht Phosphor die Pflanzen härter und ist
wichtig im Bezug auf den Schutz vor Austrocknung. Da Phosphor außerdem das Wurzelwachstum begünstigt, sollte
eine P-Düngung daher in der frühen Wachstumsphase angewendet werden, da wiederum gut ausgebildete Wurzeln in
der späteren Wachstumsphase eine höhere Leistungsfähigkeit zur Nährstoffaufnahme besitzen[6]. Kalium ist für die
Abwehrfähigkeit gegenüber Krankheiten und Parasiten verantwortlich. Wichtig zu beachten ist, dass eine Abhängikeit
dieser drei wichtigsten Nährstoffe besteht und eine Ungleichgewicht der Nährstoffversorgung oftmals einen verstärkten
Krankheits- und Insektenbefall nach sich zieht. So können Pflanzen z.B. nur bei ausreichendem Stickstoffgehalt
1 Unter dem Begriff Fäkalien werden Fäzes und Urin subsummiert.
2 ppa: pro Person und Jahr/anno
2

im Boden auf Phosphor und Kalium zugreifen. Die Rückführung organischen Kohlenstoffs auf landwirtschaftliche
Flächen verbessert u.a. das Wasser- und Nährstoffspeichervermögen der Böden[3]. Fäzes, die im Vergleich zu Urin
einen geringeren Nährstoffgehalt aufweisen, sind aufgrund des hohen Kohlenstoff- und Phosphorgehalts für eine
landwirtschaftliche Rückführung interessant.
Bei einer vollständigen Rückführung von Urin und Fäzes (mit den darin enthaltenen Nährstoffmengen aus Tabelle 1)
resultiert aus der genauen Deckung der Nährstoffbedarfe der in Tabelle 2 aufgeführten Grundnahrungsmittel ein
Erntepotenzial wie in Tabelle 3 dargestellt.
Tabelle 3: Potentielle Ernteerträge wichtiger Grundnahrungsmittel pro Jahr durch Düngung mit Fäkalien
kg/a N P K
Mais 740 545 450
Reis 370 200 570
Weizen 265 170 340
Weißkohl 2100 2000 1900
Bohnen 1600 1500 540
Zusammenfassend ergeben sich für die Anwendung von Urin und Fäzes als ökologische Düngemittel die in Tabelle 4
dargestellten Düngeempfehlungen. Die Angaben der Flächen pro Jahr unterscheiden sich dabei hinsichtlich des be-
absichtigten Einsatzes der Substrate vorzugsweise als N- oder P-Dünger bzw. zum Kohlenstoffeintrag in den Boden.
Bei der Urindüngung gilt die Faustregel: ” Pro Person, pro Tag, ein Quadratmeter“[7].
Tabelle 4: Empfohlene zu düngende Flächen bei der Anwendung von Fäzes und Urin[6]
in m 2 /a N P C
Urin 300-400 600
Fäzes 200-300 (als Dünger in der
Wachstumsphase) bzw.
20-40 (zur Verbesserung
des Gehalts im Boden)
Die Verwertung von Fäkalien als natürliche Düngemittel kann die Anwendung künstlicher Düngemittel ersetzen, deren
Produktion und Anwendung mit erheblichen Belastungen für Menschen und Umwelt einhergehen. Dazu gehören z.B.
hohe Umweltzerstörungen durch Strahlen- und Schwermetallbelastungen im Boden verbunden mit dem Abbau von
Rohphosphaten, sehr hoher Energieaufwand bei der Bereitstellung der Grundelemente von Kunstdünger u.a. durch
das Haber-Bosch-Verfahren, Ausbeutung knapper Ressourcen, Eutrophierung und Verschmutzung des Grundwassers
bei der Anwendung, wirtschaftliche Abhängigkeit und soziale Folgen. Die natürliche Nährstoffrückführung bietet
somit sehr große Chancen zur langfristigen und nachhaltigen Sicherung der Nahrungsmittelversorgung durch die
Landwirtschaft. Demgegenüber stehen jedoch auch erhebliche Risiken, die mit den in Fäkalien enthaltenen Pathogenen
verbunden sind.
1.2 Toilettenabfälle enthalten Krankheitserreger
Der menschliche Körper besitzt die Fähigkeit viele für ihn schädliche Stoffe und Organismen auszuscheiden. Mit
80-100% wird der Großteil dabei über die Fäzes ausgeschieden[8]. Der Urin ist meist nur im akuten Krankheitsfall
oder durch Medikament- und Hormonrückstände belastet[2].
3
1,5-3

Abbildung 1: Möglichkeiten zur Unterbrechung der Infektionswege durch Fäzes[1]
Abbildung 1 zeigt Möglichkeiten auf, durch die mit entsprechenden Maßnahmen an verschiedenen Stellen mögliche
Infektionswege unterbrochen werden können. Um bei der landwirtschaftlichen Düngung auf die in den menschli-
chen Ausscheidungen enthaltenen Wertstoffe zurückgreifen zu können und gleichzeitig das Ausbringen und somit die
potentielle Verbreitung von Krankheitserregern 3 zu vermeiden, werden verschiedene Hygienisierungsverfahren ange-
wendet. Diese sollen gewährleisten, dass die in den Fäkalien bzw. Klärschlamm befindlichen Pathogene inaktiviert
oder extrahiert werden und so keine direkte und indirekte Gefahr für Mensch und Umwelt mehr darstellen können.
Ein wichtiger Effekt ist hierbei auch, dass durch das Abtöten von Bakterien nicht nur Infektionskreisläufe bakterieller
Krankheiten unterbrochen werden, sondern auch eine Verbreitung von Bakterienstämmen, die im Menschen bereits
Antibiotikaresistenzen entwickelt haben, unterbunden wird[9].
Ein weiteres Problem aus soziologischer bzw. soziokultureller Sicht ist die weitverbreitete Tabuisierung des Themas.
Diese ist zwar unter hygienischen Aspekte, die nicht vernachlässigt werden dürfen, begründet, jedoch hat sie lange
Zeit auch dazu geführt, dass wenige Fortschritte in diesem Bereich erzielt wurden. Die German Toilet Organisation
(GTO) stellt zur Recht die Frage in den Raum ” Wenn das Thema so wichtig ist, warum gibt es dann so wenig Fort-
schritt?“[10]. Ein wichtiger Punkt, gerade im Hinblick auf die technische Entwicklung von Hygienisierungsverfahren,
ist das Infektionspotential, das mit der Handhabung der Exkremente verbunden ist.
Es ist daher wichtig, dass die Hygienisierung an die Bedingungen vor Ort angepasst ist und von Beginn an bei der
Planung und Konstruktion, alle Infektionsmöglichkeiten vermieden werden. Besonders in Schulen ärmerer Länder
bringen die gängigen Systeme mit Grubenlatrinen erhebliche Gesundheitsprobleme mit sich, da diese regelmäßig
entleert werden müssen (siehe Bild 2) bzw. sonst überlaufen.
Auf neue Ansätze für sanitäre Einrichtungen soll im abschließenden Teil weiter eingegangen werden. Es folgt zunächste
eine erarbeitete Übersicht der verschiedenen Hygienisierungsverfahren, deren Ansätze und Wirksamkeit um anschlie-
ßend das entwickeltet, neue Sanitärkonzept einordnen zu können.
3 germs (engl.) = ” Bakterien, Keime“
4

Abbildung 2: Entleerung einer Grubenlatrine in einer Schule in Burkina Faso[11]
2 Hygienisierung von Fäkalien
Im Folgenden soll sowohl auf die medizinischen Risiken als auch auf mögliche Behandlungs- bzw. Aufbereitungsmöglich-
keiten, d.h. Hygienisierung von Urin und Fäzes, näher eingegangen werden. Die Hygienisierung der Fäkalien 4 von
Schadstoffen und Organismen geschieht vor allem unter Berücksichtigung der in Tabelle 5 5 dargestellten physikoche-
mischen und biologischen Faktoren.
2.1 Urin
Mit durchschnittlich 500 Litern pro Person und Jahr macht Urin 90% des Volumens der menschlichen Ausschei-
dungen aus[4]. Frisch ist Urin geruchlos. Der Harnstoff wird jedoch nach wenigen Tagen in Ammonium/Ammoniak
umgesetzt[14], womit in der Folge die für Urin typische Geruchsbelästigung einhergeht. 80% aller mineralischen Sub-
stanzen (N,P,K), die ein Mensch ausscheidet befinden sich im Urin, was ihn zu einem wertvollen Dünger macht[1],
[4].
2.1.1 Medizinische Risiken
Bei einer stofflichen Weiterverwendung des Urins als Düngemittel zur Rückführung der darin enthaltenen Nährstoffe
ist hinsichtlich der medizinischen Risiken Folgendes zu beachten: Urin gilt in den meisten Fällen als unbedenklich und
bakteriologisch steril[15] und kann deshalb im Prinzip ohne weitere Aufbereitung nach einer kurzen Lagerungszeit,
die z.B. zur Umwandlung von Harnstoff zu Ammonium notwendig ist, als Dünger verwendet werden. Die Lagerung
sollte dabei unverdünnt erfolgen, da durch den höheren pH-Wert mögliche Pathogene abgetötet werden können. Zur
Düngung kann der Urin dann je nach Nutzpflanze und Stickstoffgehalt des Urins direkt in den Boden eingearbei-
tet werden oder im Fall eines hohen Stickstoffgehaltes eine Verdünnung mit Wasser erstellt werden um eine lokale
Überdüngung und Eutrophisierung naheliegender Gewässer zu verhindern. Die Urindüngung sollte spätestens einen
Monat vor der Ernte erfolgen.
4 Fäkalien = Fäzes + Urin
5 Zu Prädation: Als Prädator wird ein Organismus bezeichnet, welcher sich von anderen Lebewesen ernährt. Im Unterschied zum
Parasitismus wird der andere Organismug dabei sehr schnell getötet[12].
5

Tabelle 5: Physikochemische und biologische Faktoren[13]
Temperatur Die meisten Mikroorganismen weisen einen Toleranzbereich von unter 5 ◦ C bis etwa
40-50 ◦ C auf. Damit kann das Abtöten der meisten Pathogene, bis auf Bakteriensporen
und einige Viren sowie Wurmeier, bei Temperaturen von 55-70 ◦ C in wenigen Stunden
gewährleistet werden.
pH Da die meisten Mikroorganismen an einen neutralen Bereich angepasst sind, kann,
unter Berücksichtigung eines Toleranzbereichs, bei hohen pH-Werten von einer Inak-
tivierung der Organismen ausgegangen werden.
Ammoniak (NH3) Die Zugabe von Ammoniak (z.B. umgesetzter Harnstoff), das natürlich von Bakte-
rien produziert wird oder chemisch durch Hydrolyse entstehen kann, wirkt auf viele
Organismen schädlich.
Feuchtigkeit Bekannterweise favorisieren die meisten Mikroorganismen eine feuchte Umgebung.
Solarstrahlung / UV-
Licht
Andere Mikroorganis-
men
Durch eine Feuchtereduzierung kann damit auch ein Wachstum der Mikroorganismen
verhindert oder deren Anzahl sogar reduziert werden.
UV-Licht reduziert die Zahl an pathogenen Stoffen. Bei Vergrößerung der Oberfläche
der gelagerten Fäkalien kann von diesem Effekt profitiert werden.
Viele Organismen beeinflussen sich gegenseitig durch Prädation, Ausscheidung von
antagonistischen Substanzen und Konkurrenz. Daher ist eine sterile Umgebung, das
heißt eine Reduzierung anderen Mikroorganismen, vorzuziehen.
Nährstoffe Viele Bakterien und Organismen der Darmflora, die an den Verdauungstrakt des
Körpers angepasst sind, können, im Bezug auf knappe Nährstoffe, außerhalb des
Körpers oftmals nicht mit anderen sich dort befindlichen Organismen konkurrieren. Ih-
re Wachstumsfähigkeit und Überlebensfähigkeit in der Umgebung kann dadurch stark
eingeschränkt oder unterbunden werden.
Weitere Sauerstoffverfügbarkeit, Partikelgröße, Durchlässigkeit, Chemikalien u.a.
6

Allgemein sind urinal-oral übertragbare Krankheiten im Vergleich zu den fäkal-oral übertragbaren Krankheiten, zu
vernachlässigen. Somit wird durch eine Separation des Urins von den Fäkalien dem Risiko einer Krankheitsübertragung
stark vorgebeugt[13]. Die in Abbildung 3 dargestellte Tabelle zeigt eine Übersicht der potentiell in Urin enthaltenen
Krankheitserreger, sowie ihre Wichtigkeit im Bezug auf ein hohes Risiko der Übertragung durch Urin.
Abbildung 3: Pathogene des Urins und mögliche Übertragungswege[13]
Nach aktuellem Wissensstand ist nur bei akuten Erkrankungen wie Bilharziose, Typhus, Cholera, Hepatitis A und
B, Tuberkulose oder HIV/AIDS Vorsicht geboten und eine Aufbereitung bzw. Behandlung des Urins vor der Benut-
zung zwingend notwendig[8]. Im Fall einer bestimmten Gruppe des Bilharziose-Erregers (Schistosoma haematobium),
die hauptsächlich über das Urin aus dem menschlichen Körper ausgeschieden wird, wird so zum Beispiel bei Um-
gebungstemperatur von etwa 20 ◦ C eine Lagerungszeit des Urins von einigen Tagen benötigen um ein Risiko der
Erregerübertragung ausschließen zu können[13].
Urin kann jedoch auch Medikamentrückstände und Hormone beinhalten[2], [16]. Skeptiker der Urindüngung sehen vor
allem im Bezug auf letzteres Wissensdefizite und sprechen sich daher gegen eine Verwendung von Urin zur Düngung
aus. Es muss dabei allerdings beachtet werden, dass das Problem der Medikament- und Hormonrückstände auch
oder vor allem in den industrialisierten Ländern mit einer konventionellen Abwasserbehandlung ein großes Problem
im Bezug auf die Klärschlammausbringung, bzw. -entsorgung, darstellt[14]. Zwar sind für viele dieser Inhaltsstoffe
Behandlungsverfahren theoretisch bekannt, allgemein ist hierbei jedoch zu sagen, dass eine Behandlung auf Medika-
mentrückstände allein durch die Vielzahl der Arzneimittel aufwendig und damit teuer ist[14]. Da diese Rückstände
hauptsächlich im Urin zu finden sind, ist anzunehmen, dass durch eine Trennung von Fäkalien und Urin, Verfahren
zur Reduktion dieser Inhaltsstoffe, wenn möglich, leichter anzuwenden wären.
2.1.2 Aufbereitungsmöglichkeiten
Allgemein sind bei der Hygienisierung von Urin folgende, sich teilweise gegenseitig beeinflussende, Parameter aus-
schlaggebend:
• pH
• Temperatur
7

• Zeit
• Verdünnung
Der pH-Wert des Urins steigt im unverdünnten Fall als Folge der Umsetzung des im Urin gelagerten Stickstoffs
zu Ammonium auf etwa 9 an[3], [4], [13], [15]. Der Abbau des Harnstoffs in Ammonium erfolgt in weniger als 48
Stunden[14]. Im Temperaturbereich bis 20 ◦ C trägt dieser Vorgang maßgeblich zu einem schnellen Abtöten gramne-
gativer 6 Bakterien, wie E.coli, Salmonella und Vibrio cholerae, dem Verursacher der Cholera, bei. In vielen Fällen
können jedoch oftmals noch grampositive Bakterien nachgewiesen werden[13].
Abbildung 4: Inaktivierung von Mikroorganismen in Abhängigkeit von Temperatur und Zeit[13]
Die in Abbildung 4 dargestellt Tabelle zeigt, dass mit steigender Urintemperatur ab 20 ◦ C die zur Hygienisierung nötige
Lagerungszeit verkürzt wird. Bei grampositiven Bakterien ist eine Reduzierung um 90% schon nach 5 anstatt 30 Tagen
erreicht[13]. Bei fäkalen Verunreinigungen, die jedoch vermieden werden sollten, wird eine Lagerung von 6 Monate
empfohlen. Sauberes Urin gilt allgemein bei 20 ◦ C[13] nach spätestens einem Monat als hygienisch unbedenklich[3].
Da eine direkte Ansteckung durch Familienmitglieder, je nach Krankheit, über Tröpfcheninfektion, Zubereitung der
gemeinsamen Speisen oder direkten Kontakt, weit größer ist als die Krankheitsübertragung durch die gedüngten Feld-
früchte, kann im Fall der Düngung im eigenen Garten zur Selbstversorgung von einer Lagerung abgesehen werden[3],
[13].
2.1.3 Zusammenfassung
Allgemein lässt sich sagen, dass höhere Temperaturen und eine längere Lagerungszeit die Wahrscheinlichkeit einer
vollständigen Vernichtung pathogener Substanzen erhöhen. Tabelle 6 7 zeigt zusammenfassend mögliche im Urin
enthaltene Pathogene und ihre Resistenz gegenüber äußeren Einflüssen. Basierend auf dieses Wissen lassen sich
hiermit mögliche Hygiensierungsverfahren beurteilen bzw. entwickeln.
6 Mit Hilfe des Verfahrens der Gram-Färbung (nach Hans Gram) lassen sich die meisten Bakterien in die Gruppe der gramnegativen
und der grampositiven Bakterien einteilen. Gramnegative Bakterien weisen eine dünnere Zellwand als grampositive Bakterien auf und
lassen sich zwar wie grampositive Bakterien im ersten Schritt des Verfahrens ebenfalls einfärben, geben diese Farbe aber unter Zugabe
von Alkohol wieder ab. Die Methode ist medizinisch und naturwissenschaftlich weit verbreitet, da sich die Bakterien der beiden Gruppe,
außer im Bezug auf ihrer Zellwandbeschaffenheit, auch in ihrer Antibiotikaempfindlichkeit und Virulenzeigenschaften unterscheiden. Die
Virulenz (lat.) = ” Giftigkeit“ sagt an wie stark die krankheitserzeugenden Eigenschaften eines Pathogens ausgeprägt sind[17].
7 Ein Aerobier ist ein Lebewesen, welches elementaren Sauerstoff zwingend benötigt[17].
8

Tabelle 6: Zusammenfassung[13], [17], [18], [19], [20], [21], [22], [23], [24]
Art der Pathogene Bezeichnung Eigenschaften Behandlungsmöglichkeit
Grampostive Bak-
terien
Gramnegative
Bakterien
Allgemein
(z.B.Streptokokken)
Sporenbildner (z.B. Bazillen,
Clostrididen)
Allgemein (E.Coli, Leptospira
interrogans)
Typhus (salmonella ty-
phi/paratyphi)
Vibrionen/Cholera (vibrio
cholerae)
Mykobakterien Tuberkulose (mycobacterium
tuberculosis)
Gegen mehrstündiges Kochen
resistent
4 ◦ C/30 d; 20 ◦ C/5 d;
≥80 ◦ C/10 min.
≥ 120 ◦ C/15-20 min.
Bilden keine Sporen 4-20 ◦ C/1 d;
in Wasser lange überle-
bensfähig
≥60 ◦ C/10 min.
hohe Säureempfindlichkeit Abkochen
Wachshaltige Zelllwand, hohe
Säure-/Basenbeständigkeit,
Aerobier
Schistosomen Bilharziose Süßwasser Voraussetzung für
Entwicklung und Schlüpfen
von Larven
Kochen/Pasteurisierung
UV-Wellenlängen:
≥300 nm; ≥65 ◦ C/≥30 min.
Abkochen; Eier: Sonnen-
licht, Trockenheit
Viren Allgemein 20 ◦ C/6 Monate;
≥80 ◦ C/1 h
Rotavirus pH ≥12; 20 ◦ C/35 d;
Hepatitis A-E HAV bei Normalbedingungen
bis zu 4 Wochen überle-
bensfähig
HIV Außerhalb des Körpers nicht
überlebensfähig
≥100 ◦ C/20 min.
≥100 ◦ C/≥20 min.;
≥60 ◦ C/10 h
Nicht notwendig
Mikrosporiden ≥70 ◦ C/≥5 min.
Kryptosporidien C. Parvum orale übertragung 4 ◦ C/ 29d; 20 ◦ C/5 d;
9
≥65 ◦ C/20 min.

2.2 Fäzes
Mit 50 Litern pro Jahr und Person, was je nach Ernährung durch z.B. sehr fetthaltige oder sehr ballaststoffreiche
Nahrung, 25 und 60 kg Trockenmasse entspricht[2], [4], beträgt der volumenmäßige Anteil der Fäzes ca. 10% der
Gesamtmenge. Nach etwa 30 Minuten ist die Oberfläche getrocknet und die anfänglich oftmals stark riechende Aus-
scheidung geruchsfrei. Die Trocknungsrate ist abhängig von Ventilation und Raumtemperatur, sowie Luftfeuchtigkeit
am Lagerort[1].
2.2.1 Medizinische Risiken
Aus medizinischer Sicht gelten Fäzes, vor allem im Vergleich zu Urin, als bedenklich. Neben Bakterien sind vor allem
resistente Wurmeier problematisch. Abbildung 5 zeigt in Fäzes potentiell enthaltene Pathogene und ihre durchschnitt-
liche Überlebensrate in Tagen bei Lagerung unter verschiedenen Umgebungsbedingungen.
Abbildung 5: Fäkale Pathogene und ihre Überlebensraten bei Lagerung zu Umgebungstemperatur[13]
Wurmeier werden über Fäzes ausgeschieden und können bei einer Lagerung unter normalen Umgebungsbedingungen
teils über Jahre überleben. Deshalb stellen sie bei der Hygienisierung der Fäzes das größte Problem bzw. Herausforde-
rung dar. Weltweit ist davon auszugehen, dass etwa eine Milliarde Menschen von Spulwürmern befallen sind; die Zahl
der Menschen die sich mit Hakenwürmern infiziert haben wird auf etwa 700 Millionen geschätzt[10]. Da vor allem
Regionen betroffen sind, in denen die Menschen zusätzlich oft mit dem Problem der Mangel- oder Unterernährung
zu kämpfen haben, hat der Parasitenbefall oftmals tödliche Folgen.
Abbildung 6 zeigt, dass besonders in Afrika, wo ein großer Mangel an sanitären Versorgungen mit angemessener
hygienischer Bearbeitung der Fäkalien herrscht, die Bedrohung durch Übertragung von Wurmerkrankungen über den
Boden, d.h. die Nahrungsproduktion, sehr groß ist.
Nach dem aktuellen wissenschaftlichen Erkenntnissstand reicht eine normale Kompostierung nicht aus um die Eier zu
inaktivieren[25]. Durch natürliche Prozesse können bei einer Kompostierung zwar notwendige Inaktivierungstempera-
10

Abbildung 6: Globale Verteilung von Wurmerkrankungen, die über den Boden übertragen wurden[10]
turen von über 50 ◦ C erreicht werden, dieses Temperaturniveau muss aber über einen längeren Zeitraum gewährleistet
werden. Allgemein ist davon auszugehen, dass bei einer Temperatur von über 50 ◦ C während einer Dauer von meh-
reren Stunden die Eier abgetötet werden. Bei Temperaturen von über 80 ◦ C ist davon auszugehen, dass selbst nach
unter einer Stunde keine lebensfähigen Organismen dieser Spezies vorhanden sind[26].
2.2.2 Aufbereitungsmöglichkeiten
Im Folgenden soll auf bekannte und angewandte Möglichkeiten der Aufbereitung von Fäzes eingegangen werden.
Austrocknung durch Lagerung
Durch Austrocknung kann in trockenen und warmen Regionen in 4 Monaten eine Volumenreduzierung auf unter 20 %
der Ursprungsvolumens erreicht werden[10]. Im Bezug auf die Inaktivierung z.B. von Wurmeiern, einschließlich der
resistentesten im Kot befindlichen Ascaris Wurmeier, wird bei Umgebungstemperaturen von 20 ◦ C, eine Lagerungszeit
von 1,5 bis 2 Jahren benötigt[3]. Wichtig ist, dass aus Hygienegründen ein direkter Kontakt in dieser Zeit unbedingt
vermieden werden muss. Deshalb sollte z.B. beim Umschichten oder Umgraben des Substrats geeignetes Werkzeug
und Handschuhe verwendet werden.
Kompostieren
Beim Kompostieren erzeugen aerobe Rottebakterien Temperaturen von etwa 50 bis 55 ◦ C, so dass davon auszugehen
ist, dass Krankheitserreger in wenigen Tagen abgetötet werden. Bei der aeroben Kompostierung ist darauf zu achten,
dass meist noch kohlenstoffhaltiges Material beigemischt werden muss, um ein optimales C/N-Verhältnis von ca. 25/1
zu erreichen[27]. Außerdem muss die Population der für den Kompostierungsprozess wichtigen Mikroorganismen eine
gewisse Mindestgröße haben. Um unerwünschte Faulungsprozesse zu vermeiden muss außerdem auf eine ausreichende
Luftzufuhr und eine Reduktion der Feuchte, z.B. durch Abfuhr der befeuchteten Luft, geachtet werden[9].
Spezielle Varianten der Kompostierung sind:
11

• Hot Composting
Aerobe/anerobe Kompostierung, die bei 45 bis 60 ◦ C stattfindet und eine mesophile und thermophile Phase
hat. Die Zerstörung der Pathogene erfolgt dabei in der thermophilen Phase. Problem: manchmal Nachwuchs
der Erreger in der darauf folgenden mesophilen Phase.
• Vermicomposting = Kompostierung mit Regenwürmern
Vorteile sind: A) Regenwürmer übernehmen die Durchmischung des Substrats, B) Regenwürmer tragen durch
Stoffwechselarbeit besonders effektiv zum biochemischen Abbau von Biomasse bei und C) bilden sich im Darm-
trakt von Regenwürmern Organo-Mineral-Komplexe, die eine sehr hohe Kationenaustauschkapazität (KAK),
d.h. Nährstoffspeicherfähigkeit besitzen[28]. Bedingungen für eine gute Kompostierung: 25-35 ◦ C, 65 bis 80 %
Feuchtigkeit im Substrat und ca. 2,2 kg/m 2 Würmer. Bisherige Erkenntnisse sind, dass durch Vermicompos-
ting kein Nachwachsen von Pathogenen erfolgt, jedoch wurde auch keine vollständige Hygienisierung erwiesen.
Die Inaktivierung von Bakterien erfolgt beim Vermicomposting durch den niedrigen pH Wert, der durch die
Säureproduktion auf ca. 4 abfällt[29].
Basische Behandlung
Bei pH-Werten über 9 werden die meisten pathogenen Stoffe über eine Dauer von 6 Monaten eliminiert[3]. Höhere
pH-Werte können diese Mindestverweilzeit drastisch reduzieren. So ist bei pH-Werten über 12,5 zusammen mit Tem-
peraturen von 55 bis 70 ◦ C nur noch eine Verweildauer von 2 Stunden nötig[9]. Als weiteren positiver Nebeneffekt ist
zu nennen, dass die Geruchsbildung im stark alkalischen Bereich reduziert wird. Die pH-Wert-Erhöhung kann durch
Zugabe von Asche, Kalk oder Urin erzielt werden[4], [26].
Laktofermentation
Charakteristisch für die Fäkalienbehandlung per Laktofermentation (LF), d.h. einer Milchsäurevergärung ist die Zu-
gabe von sog. ” Effektiven Mikroorganismen“ (EM). Dabei handelt es sich um ” dominante, positive Mikroorganismen,
die in Symbiose leben und wirken, Fäulnis und übermäßige Oxidation verhindern und zu einer positiven Mikrobiologie
für Tier, Mensch und Pflanze beitragen“(Prof. Teruo Higa, Japan, [25]). Die durch EM angeregte LF führt dazu,
dass statt einem ausschließlichen Abbau der Biomasse, wie bei der Kompostierung, auch ein Umbau der Biomasse
stattfindet, d.h. eine Humifizierung und Bildung von Huminstoffen. Während der LF fällt der pH-Wert auf etwa 4.
Der Zusatz von EM zur Kompostierung resultiert in einer signifikanten Verringerung der Geruchsbelästigung. Die
Inaktivierung von Bakterien durch LF wurde an der Uni Magdeburg von Dr. Monika Krüger untersucht und bestätigt.
Allerdings konnte durch die LF kein Abtöten von Wurmeiern nachgewiesen werden.
Pasteurisierung
Allgemein wird unter der Pasteurisierung das kurzzeitige Erwärmen, meist in Temperaturbereichen von 60 bis 95 ◦ C,
verstanden. Bei der Hygienisierung von Klärschlamm wird unter anderem die Schlammpasteurisierung angewandt.
Dabei wird der Schlamm während einer Dauer von 1 Stunde auf mindestens 70 ◦ C erhitzt und die meisten Pathogene
so zerstört[9].
12

Thermische Konditionierung unter Ausnutzung höhere Drücke
Die Behandlungsdauer lässt sich bei thermischen Hygienisierungsprozessen durch höhere Temperaturen und auch
durch höhere Drücke reduzieren. Bei der Hygienisierung von Schlachtabfällen werden so bspw. Sterilisationsverfah-
ren verwendet, die bei 133 ◦ C und 3 bar nach 20 min. beendet werden können, wobei anschließend hygienische
Unbedenklichkeit garantiert wird[9], [22].
Das Autoklavieren wird typischerweise in der Medizintechnik und Pharmazie zum Sterilisieren von medizinischen
Geräten eingesetzt. Vorzugsweise findet die Sterilisation dabei unter feuchten Bedingungen in einer Sattdampfatmo-
sphäre statt. Üblicherweise wird in der Praxis eine Temperatur von 121 ◦ C zum sterilisieren verwendet. Wichtig ist
dabei, dass die Zeit ausreichend lange gehalten wird, so dass an jeder Stelle innerhalb des Autoklaven, die Sterilisa-
tionstemperatur erreicht wird. Resistentere Viren sollten bei einer Temperatur von über 130 ◦ C und einer Dauer von
min. 1 Stunde behandelt werden.
Verbrennung
Eine weitere Möglichkeit der Hygienisierung stellt die Verbrennung dar. Sie erfordert jedoch die vorherige Trocknung
des zu verbrennenden Materials. Da bei diesem Verfahren Temperaturen von über 600 bis 1200 ◦ C erreicht werden,
ist von einer vollständigen Hygienisierung auszugehen. Bei der Verbrennung reagiert der enthaltene Kohlenstoff mit
Sauerstoff, so dass am Ende des Prozesses in den Verbrennungsrückständen hauptsächlich mineralische Substanzen
verbleiben. Innovative Verfahren zielen auf eine Rückgewinnung der Nährstoffe, insb. Phosphor, aus der Asche ab.
Diese befinden sich allerdings meist noch in der Forschung zur Anwendungsreife bzw. Demonstrationsphase. Eine
direkte Anwendung der Asche im Boden sollte nicht erfolgen, da diese auch Schwermetalle enthalten kann. Außerdem
liegen die Nährelemente meist nicht in pflanzenverfügbarer Form in der Asche vor, sodass eine Rückgewinnung weitere,
z.B. chemisch oder biochemisch, Aufbereitungsschritte erfordert. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahren ist, dass es,
um effizient zu sein, den Einsatz trockener Substrate erfordert und somit die Fäkalien oder der Klärschlamm zuvor
mechanisch entwässert und dann getrocknet werden müssen, was meist mit einem erheblichen Energieaufwand bzw.
bei Anwendung von solarer Trocknung mit einem hohen Flächenbedarf verbunden ist.
2.2.3 Zusammenfassung
Die meisten Pathogene, die in Fäkalien zu finden sein können, wie Bakterien, Viren und Mikroorganismen, sowie
der Erreger der Bilharziose, werden über die Fäzes ausgeschieden. Als zusätzliche Problemgruppe sollte bei der
Hygienisierung der Fäzes besonders auf Wurmeier geachtet werden. In Tabelle 2.2.3 sind abschließend die Behand-
lungsmöglichkeiten von Fäzes anhand der wichtigsten Parameter Zeit und Temperatur sowie eine Abschätzung der
Wirksamkeit im Hinblick auf potentiell noch enthaltenen Pathogene dargestellt.
13

Tabelle 7: Zusammenfassung der Behandlungsmöglichkeiten von Fäzes
Verfahren Zeit Temperatur Weitere wichtige Mögliche verbleibende
Parameter
Pathogene
Trocknung 1-2 Jahre Wassergehalt Wurmeier
Basische Be-
handlung
Aerobe Kom-
postierung
Stunden bzw. Monate 70 ◦ C bzw. Umgebung-
stemperatur
pH>9 bis 12,5
Mehrere Tage 50-55 ◦ C Wurmeier, Bakterien-
sporen
Pasteurisierung 10-30 min. 65-95 ◦ C Bakteriensporen, Vi-
Auskochen 15 min. 100 ◦ C Bakteriensporen
Thermische
Konditionierung
45-60 min Hochtherm. 180-210 ◦ C;
3 Sanitäre Versorgungssysteme
3.1 Herkömmliche Ansätze
Niedertherm. 80-90 ◦ C,
Autoklavieren 120-130 ◦ C
ren
2-20 bar keine
Unter ökologischen, sozialen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten betrachtet sind die meisten bestehenden sanitären
Versorgungsstrukturen nicht nachhaltig. Dies gilt insbesondere für angewandte Techniken in industrialisierten Ländern,
die eine Fäkalienbeseitigung durch Wassertoiletten, Kanalisation und Klärwerk, d.h. basierend auf dem sog. ” Flush-
and-discharge“ Prinzip (siehe Abbildung 7) realisieren. In ärmeren Ländern wird meist aus Mangel an Alternativen das
” Drop-and-store-Prinzip“ (siehe Abbildung 8) angewendet und die Fäkalien in Löchern o.ä. unter der Erde deponiert
werden.
Abbildung 7: Die Toilettenabfallhandhabung nach dem flush-and-discharge bzw. end-of-pipe Ansatz[1]
Beide Varianten sind als nachteilig zu bewerten, da sie A) in großen Mengen Trinkwasser verschmutzen und B) die in
Fäkalien enthaltenen Nährstoffe nicht nutzen. In Industrieländern werden durch ” Flush-and-discharge-Systeme“ ca.
15.000 Liter Trinkwasser pro Person und Jahr verunreinigt um die Toilettenabfälle abzutransportieren. Die Aufberei-
tung der am Ende der Rohrleitungen anfallenden Mengen mit Fäkalien verschmutzten Trinkwassers ( ” End-of-pipe“)
ist sehr energieaufwendig und teuer. In Deutschland wird zur Rückführung der Nährstoffe auf landwirtschaftliche
Flächen zwar eine Hygienisierung des Klärschlamms angestrebt, jedoch ” aufgrund der geringen Auswahl geeigne-
14

ter Hygienisierungsverfahren für Kläranlagen“ noch nicht vorgeschrieben[9]. Außerdem stellt das Umweltbundesamt
fest: ” Aus Kostengründen wird derzeit eine Klärschlammhygienisierung praktisch nicht eingesetzt, auch dort nicht,
wo Aggregate bereits installiert sind. Im Hinblick auf eine Gleichbehandlung von Düngemitteln sollte jedoch der
Klärschlamm vor einer landbaulichen Verwertung grundsätzlich einer hygienisierenden Behandlung unterworfen wer-
den“[9]. Hierfür sei es jedoch notwendig, ” neue Methoden der Klärschlammhygienisierung, insbesondere für kleinere
Anlagen“ zu erforschen. Auch die Nährstoffrückgewinnung aus Klärschlamm durch eine entsprechende Aufbereitung,
so dass die darin enthaltenen Nährstoffe wieder in pflanzenverfügbarer Form vorliegen, ist immer noch im Bereich
der Forschung und wird praktisch noch nicht umgesetzt.
Bei den meist in ärmeren Ländern angewandten ” Drop-and-store-Systemen“ findet eine Verunreinigung des Grund-
wassers durch Sickerwasser aus den Gruben statt; über das Grundwasser können die Verunreinigungen anschließend
in Wasserquellen bzw. Fließgewässer gelangen und werden dort zu Infektionsrisiken.
Abbildung 8: Das drop-and-store-Prinzip und seine Probleme am Beispiel ein sog. Grubenlatrine bzw. Pit-latrine[10]
Ein Beispiel für herkömmliche ” Drop-and-store-Systeme“ sind septische Tanks. Hier werden die Fäkalien nicht direkt
in der Erde sondern in einem Behälter gesammelt und dort meist biochemisch aufbereitet und die festen Partikel setzen
sich ab. Damit die Tanks nicht zu schnell voll sind, wird die flüssige Phase anschließend weitergeleitet und im Boden
versickert. Der Boden soll dabei die Aufgabe eines Filters übernehmen. Im Effekt wird ein Großteil der wertvollen
Nährstoffe in der Erde deponiert, so dass sie für Pflanzen nicht weiter zugänglich sind und durch Auswaschungen von
Stickstoff und Krankheitserregern kommt es zu erheblichen Verschmutzungen von Grund- bzw. Trinkwasser.
Während sich die herkömmlichen Ansätze weiter verbreiten nimmt weltweit die Degradation der Böden zu und deren
Humusversorgung ab. Außerdem steigen gleichzeitig die Preise für die Grundelemente von künstlichem Mineraldünger
(NPK) aufgrund deren Knappheit stetig und rasant an. Ziel ist es deshalb, zu den vorherrschenden linearen Strategi-
en neue Alternativen zu finden, die Wasserressourcen schonen und eine Kreislaufführung der in Fäkalien enthaltenen
Wertstoffe ermöglichen. Toilettenabfälle sollten zu ” Human Manure“ bzw. ” anthropogenem Wirtschaftdünger“ um-
definiert werden.
Im Folgenden sollen zwei innovative Konzepte aus dem Bereich der Abfall- und Abwasserentsorgung bzw. -verwertung
vorgestellt werden.
3.2 Innovative Ansätze: Ecological Sanitation
” Ecosan provides human health and environmental protection using affordable and appropriate technologies to match
the needs of the entire world. (. . . ) Ecological sanitation provides alternative solutions with or without water, while
15

providing containment, treatment and recycling of excreta. (. . . ) With ecosan the use of sanitized human excreta as
a fertilizer enhances crop growth and, as a result, increases nutrition for those who depend on subsistence farming,
or helps to generate income for those who sell the products they grow“[30].
Grundlegender Ansatz von Ecological Sanitation (EcoSan) ist eine ganzheitliche Betrachtung und Lösung der Abwasser-
und Abfallproblematik, indem Stoffkreisläufe geschlossen werden und Abfälle als Wertstoffe betrachtet werden. Ab-
bildung 9 zeigt das Prinzip der ökologischen, kreislauforientierten Abwasser- Abfallwirtschaft.
Abbildung 9: Das EcoSan-Konzept[10]
In EcoSan-Ansätzen werden bisher als Abfall bezeichnete und behandelte Stoffe zu Wertstoffen umdefiniert, d.h.
ihnen wird anstatt ausschließlich Entsorgungskosten auch ein Wert zugeschrieben. Dies gilt vor allem für Wasser,
organische Stoffe und mineralische Nähr- und Spurenelemente. Wertstoffe sollen prinzipiell bedacht und sparsam
verwendet und anschließend wieder- bzw. weiterverwendet werden. Durch die Wiedergewinnung und Rückgeführung
der Wertstoffe sollen negative Umwelteinflüsse vermieden bzw. reduziert werden und die Notwendigkeit des Ressour-
censchutzes Beachtung finden[16].
Damit die Vorteile dieser Kreislaufwirtschaft nicht mit einer möglichen Verbreitung von Infekten einhergehen, wird
auch die Thematik der Hygienisierung bedacht. So werden Gefahren der Krankheitsübertragung durch Fäkalien oder
durch fäkal verunreinigtes Wasser innerhalb des Systems beseitigt bzw. reduziert. Durch die Nährstoffrückführung
kann somit im Vergleich zur kommerziellen Düngung ein kostengünstiger und nachhaltiger Beitrag zur Sicherung der
Nahrungsproduktion geleistet werden.
Abbildung 10 zeigt vermeidbare Umweltschäden bei der Anwendung von ökologischen Abfall- und Abwassermanage-
mentmethoden im Vergleich zu herkömmlichen ” End-of-pipe-Systemen“.
16

Abbildung 10: Umweltschäden, die durch EcoSan vermieden werden[10]
EcoSan-Projekte beinhalten neben sanitären Einrichtungen im Sinne von einfachen, Low-Tech 8 -Toilettenlösungen,
die eine Nutzung der Nährstoffe integrieren auch Techniken zur Abwasseraufbereitung wie z.B. Pflanzenkläranlagen.
Hier soll sich jedoch weiter auf den Toilettenaspekt konzentriert werden.
3.2.1 Angewandte Sanitärsysteme in EcoSan-Projekten
In EcoSan-Projekten kommen bisher sowohl Komposttoiletten als auch Trenntoiletten zum Einsatz. Die meisten
Projekte haben zu einer deutlichen Verbesserung der hygienischen Situation vor Ort geführt. Es besteht jedoch weiter
die Problematik, dass sehr resistente Pathogene, wie Wurmeier oft nicht eliminiert werden können.
Im Folgenden soll zwischen einfachen Lösungen und komfortablen Toiletten unterschieden werden.
Einfache Toiletten
Die in EcoSan-Projekten verwendeten Toilettenkonstruktionen, die vorrangig in südlichen Ländern (z.B. Lateinamerika
und Afrika) eingesetzt werden, sind in Tabelle 7 charakterisiert.
Bei den ersten beiden Varianten, Arbaloo (Abbildung 11) und Fossa Alterna (Abbildung 12) handelt es sich um
Komposttoiletten; bei der drittem um eine Variante einer einfachen Trenntoilette (UDDT 9 , siehe Abbildung 14).
8
” Low-Tech ist eine Technologie, die auf leichtverständlicher und einfach aufgebauter Technik basiert. Ihre Produkte sind unter der
Expertise lokaler Gemeinschaften herstell-, bedien- und reparierbar. Sie verursachen über ihren gesamten Lebenszyklus kleinstmöglichen
ökologischen Schaden; sie sind langlebig, aus weitestgehend lokal verfügbaren, nachwachsenden oder recycelten und kostengünstigen
Materialien hergestellt. Das Konzept basiert auf sozialer und kultureller Akzeptanz und freier Verfügbarkeit des Wissens“.
Erabeitet von der Projektwerkstatt ” Bauraum - LowTech“ an der TU Berlin, Januar 2011.
9 Urin Diverting Dry Toilette (engl.) = ” Urinseparationstoilette“ oder ” Trenntrockentoilette“
17

Abbildung 11: Die Arborloo-Toilette[31]
Abbildung 12: Das Fossa Alterna-Prinzip[32]
Tabelle 8: Einfach Toilettenvarianten für EcoSan-Projekte
Arborloo Fossa Alterna UDDT
Bauweise einfache Grube (1m tief), darüber
einfach Toilette
Funktion einmal verwenden, dann Baum
pflanzen
zwei Gruben (1,5 m tief), darüber
einfache Toilette
Gruben werden alternierend ver-
wendet; in der anderen wird kom-
postiert
Sammelbehälter (ca. 20 l) in
überirdischer Kammer un Toilette
mit einfacher Trennvorrichtung
Vorkompostierung im Sammel-
behälter; externe Kompostierung
nach Entleerung
Inhalt Fäkalien plus Erde, Asche, Blätter Fäkalien plus Erde, Asche, Blätter Fäzes plus Asche, Blätter; Urin-
sammlung getrennt
Turnus 6-12 Monate 12 Monate 2-6 Monate
Nachteil neue Gruben graben, Toilette
muss wandern
Vorteil günstig, keine Kontakt mit Fäka-
lien da keine Handhabung erfor-
derlich
erfordert gute Konstruktion für
langlebige Funktion, erfordert
Entleerung der Kompostgrube
komplexere Bauweise und teurer
günstig geringere Geruchsbelästigung
18
durch Trennung, höherer Ar-
beitsaufwand für regelmäßiges
Entleeren

Abbildung 13: Aufbau einer einfachen Urin-Trenntrockentoilette (UDDT)[10]
19

Komfortable Toiletten
Auch im Bereich der komfortablen Toiletten, die hauptsächlich in Europa (z.B. Schweden) und Nordamerika (z.B.
Kanada) verwendet werden, gibt es sowohl das Prinzip der Trenn- als auch der Komposttoiletten.
Abbildung 14: Verschiedene Modelle von Urinseperationstoiletten - UDDTs[10]
Die komfortable Urinseparationstoilette hat den Vorteil, dass sie kein bis nur wenig Wasser (max. 5-8 Liter, im
Vergleich zu 25 bis 40 Litern bei herkömmlichen Toiletten mit Wasserspülung)[25], benötigt. Die Trennung der
Fraktionen vereinfacht die anschließende Handhabung im Sinne der Aufbereitung und somit auch die Verwendung als
Dünger. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die Trennung die Geruchsbelästigung reduziert werden kann. Nachteilig
ist, dass das Konzept erst recht neu ist und noch nicht wirklich bekannt. Somit fehlt es an Erfahrungsberichten und
die soziokulturelle Akzeptanz ist noch eher gering. Die Trennung der Fraktionen erfolgt meist mechanisch, d.h. durch
eine physische Trennung schon in der Kloschüssel. Wie in Abbildung 14 dargestellt unterscheiden sich die verfügbaren
Modelle dabei in der Komplexität der Trenneinrichtung und somit auch in den Herstellungskosten (hier: von links
nach rechts aufsteigend).
Eine äußerlich ähnlich Variante stellen die komfortable Komposttoiletten dar. Dabei werden jedoch Fäzes und Urin
nicht getrennt, sondern gemeinsam in einem Behälter aufgefangen und anschließend kompostiert. Die Kompostierung
erfolgt meist in einem Teil der Toilette, was durch die daraus resultierende relativ umfangreiche Baugröße einen Nach-
teil dieser Bauweise mit sich bringt. Es gibt allerdings auch Varianten, die einen Abtransport per Fallrohre realisieren
und die Kompostierung in einem größeren Sammelbehälter bspw. im Keller erfolgt. Vorteil der Komposttoiletten
ist, dass sie kein Wasser erfordern, bzw. dies sogar erforderlich für eine erfolgreiche Kompostierung ist, damit das
Substrat nicht zu feucht wird und schimmelt. Meist werden bei der Benutzung von Komposttoiletten zur Reduktion
der Feuchte zusätzlich Sägespäne nach jedem Toilettengang hinzugefügt.
Weitere entwickelte Konzepte, wie z.B. die Vakuumtoilette, zeichnen sich ebenfalls durch einen geringen Wasserbedarf
aus. Allerdings ist die technische Realisierung eher im High-Tech-Bereich anzusiedeln und der Betrieb erfordert ver-
gleichsweise viel Energie. Somit ist dieses Modell nur für Sonderanwendung, wie z.B. auf Schiffen oder in Flugzeugen,
geeignet.
20

Abbildung 15: Verschiedene Modelle der Komposttoilette[10]
3.2.2 Urindüngung und sozio-kulturelle Akzeptanz
Kommen UDDTs zum Einsatz, werden die Fäkalien in der Toiletten vorkompostiert, getrocknet und anschließend
zur Aufbereitung weiter kompostiert. Der Urin kann nach einer für die notwendige Aufbereitung entsprechenden
Lagerungszeit direkt bzw. mit Wasser verdünnt als Dünger zum Einsatz kommen. Ein Problem der Urindüngung ist
jedoch die gesellschaftliche Akzeptanz. Viele Menschen schrecken vor dem Gedanken zurück, direkt mit Urin gedüngte
Pflanzen zu essen. Durch verstärkte Aufklärungsarbeit oder die Möglichkeit vorrangig Pflanzen, die als Viehfutter
verwendet werden sollen, zu düngen, muss dies jedoch kein Hinderungsgrund bleiben. Ein interessanter Ansatz wird
derzeit von Mammo Beriso an der TUHH untersucht. Dabei soll die Urin zur Düngung beim Anbau von Beinwell 10
eingesetzt werden. Durch ihr tiefes Wurzelwachstum kann diese Pflanze besonders effizient Nährstoffe aus dem Boden
aufnehmen. Anschließend werden die Blätter geerntet, die sich unter Abschluss von Luftsauerstoff während einer etwa
4-wöchigen Lagerung zersetzen. Als Produkt dieser Abbauphase entsteht eine dunkelbraune zähe Flüssigkeit, die sehr
viele der durch den Urin zugeführten Nährstoffe enthält. Diese sog. ” Pflanzenjauche“ kann nun als Dünger eingesetzt
werden.
3.3 Innovative Ansätze: Terra Preta Sanitation
Grundsatz dieses neuen Konzeptes, das u.a. von Prof. Otterpohl et al. 11 und Dr. J. Recklin 12 und H. Pieplow 13
entwickelt wurde, ist: ” If there is a problem, look for other problems and solve them together“.
Unter Terra Preta Sanitaion (TPS) wird folgendes Konzept verstanden: Integration von Sanitärlösung und Boden-
verbesserung durch Rückführung der in den Exkrementen enthaltenen Nährstoffe und des Kohlenstoffs über den Weg
der Kompostierung und nach den Prinzipien der Terra Preta, d.h. mit Beimischung von Holzkohle.
” Research on practical application of the principles of modern TPS has shown that it is possible to convert in a
hygienic and sustainable way biowaste and faecal matter into highly fertile humus-like material. TPS makes use
of lactofermentation and vermicomposting in a two-stage process. One of the main advantages is that the lacto-
10 comfrey (engl.)
11 Institut für Abwasserwirtschaft, TUHH
12 Pflanzenvielfalt e.V., Eberswalde
13 BMU
21

fermentation works efficiently and stable without air exchange and produces no offensive odours“[33].
Bestandteile von TPS sind:
• Urin-Trenntrockentoilette
– Urinsammlung und Lagerung;
Verwertungsmöglichkeiten: direkt als Dünger (1:10 verdünnt) oder Zugabe bei Kompostierung (dann
außerdem Zumischung von Holz, Späne, Stroh, Laub, Kohle etc. notwendig um ein gutes C/N-Verhältnis
zu erhalten)
– Fäkaliensammlung und Vorkompostierung in UDDTs und anschließend Kompostierung
• Einsatz von Charcoal schon in der UDDT um Geruchsbelästigung zu vermeiden
• Kompostierung: anaerob, aerob, LF
Zutaten für Terra Preta nach dem TPS-Ansatz (nach Jürgen Recklin):
• Steinmehl: liefert Mineralien
• Urin: kann vorher gespeichert/gelagert werden
• Fäzes: ggf. vorkompostiert mit EM und Kohle ( ” Holzkohlebokashi“)
• frisches Holz: liefert C um hohe N-Fracht des Urins auszugleichen und ist notwendig um gutes C/N-Verhältnis
zu erreichen. Dieses sollte initial zwischen 22 und 24 liegen. Das Vol.-Verhältnis Urin/Holz sollte ca. 1/50
betragen. Holz enthält viel Lignin, das eine strukturelle Ähnlichkeit zu Huminstoffen besitzt und sich somit
vorteilhaft auf die gewünschte Humifizierung auswirkt. Anstatt Holz ist auch die Verwendung von Bambus
oder Hanf möglich, womit bisher sehr gute Ergebnisse erreicht wurden.
• Mikroorganismen: aerobe und anaerobe arbeitende Organismen im Verhältnis 4/1
• Mischung aus Mulch mit EM und per LF vorkompostiert
• gemahlene Holzkohle: ca. 10% des Endvolumens; Holzkohle bietet gute Lebensbedingungen für Mikroorganis-
men, so dass die Oberfläche bzw. Poren der Holzkohle von geeigneten Mikroorganismen kultiviert werden.
• Küchenabfälle oder andere anfallende organische Reststoffe, wie z.B. Algen, wenn vorhanden/in Meernähe
Die Kompostierung sollte draußen und vorzugsweise unter einem Baum erfolgen. Vor der Mischung der Substrate wird
an der Stelle des Komposthaufens ein wenig Bruchholz flächig verteilt. Anschließend sollten die Zutaten in Schichten
bis zu einer Gesamthöhe von max. 50 cm aufgetragen werden. Es sollte anfänglich einmal alles gut durchmischt
werden und anschließend ruhen gelassen werden. Auf ein Beimischen von Asche oder Kalk sollte verzichtet werden,
da die basischen Bedingungen zur Bildung von Ammoniak und somit zu N-Verlusten führen. Nach ca. 1 Monat sollte
neben den TP-Haufen einen Erdhaufen mit Regenwürmern aufgeschüttet werden. Ist das Milieu in der TP passend,
ziehen die Würme von alleine ein. Während der gesamten Kompostierung sollte ein gewisser Feuchtegehalt in der
Substratmischung gesichert werden, d. h. der Komposthaufen ggf. abgedeckt oder Wasser nachgeben. Nach ca. 3 bis
6 Monate ist die TP fertig. Das Gesamtvolumen der Mischung schrumpft während der Kompostierung um ca. 20%.
Für die Einbringung in den Boden sollte ca. 10 l selbstgemachte TP pro m 2 aufgebracht werden. Erfahrungswerte
zeigen, dass ca. 500 Liter TP 30 kg Biokohle benötigt werden.
22

3.4 Zusammenfassung
Unter dem Aspekt der Hygienisierung von Fäkalien spielt inbesondere die Behandlung der Fäzes eine wichtigr Rolle,
da darin die meisten Krankheitserreger enthalten sind. Nach dem dargestellten Wissensstand zur Hygienisierung von
Fäzes können die meisten Bakterien, Viren und Parasiten bei Temperaturen unter 70-100 ◦ C unschädlich gemacht
werden. Das Verfahren der Autoklavierung bei feuchter Hitze (über 120 ◦ C) und unter Druck gewährleistet außerdem,
dass auch resistente Bakteriensporen und Viren abgetötet werden.
Nach dem Stand der Technik wird eine vollständige Hygienisierung weder in herkömmlichen Klärwerken noch in
innovativen EcoSan-Konzepten realisiert. Für die Behandlung von Klärschlamm wird eine Behandlung per Pasteu-
risierung angestrebt, die jedoch aus wirtschaftlichen Gründen in der Praxis noch nicht umgesetzt werden kann. In
EcoSan-Projekten wird meist eine Kompostierung als Hygienisierungsverfahren angewendet. Die beiden genannten
Verfahren werden vom Umweltbundesamt als ” Hygienisierungsverfahren, die zu einem hohen Hygieneniveau führen“
bezeichnet[9]. Jedoch bleibt bei der Kompostierung die Beseitigung von Verunreinigungen mit Wurmeiern problema-
tisch.
Die hydrothermale Carbonisierung im Niedertemperatur-Bereich, bei der eine Temperatur von ca. 140 ◦ C bei ca. 4 bar
Überdruck und Sattdampfbedingungen erreicht und über mindestens zwei, wahrscheinlich vier Stunden gehalten wird,
erscheint auf Grund ebendieser Prozessparameter als Hygienisierungsverfahren besonders interessant. Bei Betrachtung
der oben dargestellten bekannten Verfahren und unter Beachtung relevanter Parameter bzw. Prozessgrößen, kann
davon ausgegangen werden, dass dieser Prozess zu einer vollständigen Hygiensierung der behandelten Substrate führt.
Dies bedeutet, dass aus medizinischer Sicht keine Bedenken hinsichtlich einer Weiterverwertung der Wertstoffe mehr
bestehen. Somit bietet das Verfahren eine interessante Erweiterung des EcoSan-Konzeptes, in dem die hydrothermale
Niedertemperatur-Carbonisierung als Hygienisierungsverfahren integriert wird.
23

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