Technische und ökonomische Aspekte der separaten Erfassung und Behandlung von Krankenhausabwasser

• Technical and economic aspects of the separate collection and treatment of hospital wastewater

Mauer, Christian; Pinnekamp, Johannes (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2011)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2011

Kurzfassung

In Abhängigkeit von Größe und Ausstattung werden in Krankenhäusern zwischen 130 und 1.200 Liter Wasser pro Bett und Tag verbraucht. Die Belastung des Abwassers mit chemisch-physikalischen Standardparametern ist mit kommunalem Abwasser vergleichbar. Es werden jedoch erhöhte AOX-Konzentrationen gemessen, die im Wesentlichen aus der Anwendung und Ausscheidung iodierter Röntgenkontrastmittel resultieren. Die Antibiotika- und Röntgenkontrastmittelkonzentrationen im Krankenhausabwasser liegen teilweise um den Faktor 10 bis 100 über denen im kommunalen Abwasser. Dahingegen werden für überwiegend im häuslichen Umfeld applizierte Arzneistoffe im kommunalen Abwasser teilweise höhere Konzentrationen als im Krankenhausabwasser detektiert. Krankenhäuser werden in der Literatur zudem als eine Punktquelle für den Eintrag von multiresistenten Keimen in die aquatische Umwelt identifiziert. Darüber hinaus ist Krankenhausabwasser als akut toxisch einzustufen und ruft teilweise mutagene Effekte hervor. Im Rahmen dieser Arbeit wurden am Beispiel des Kreiskrankenhauses Waldbröl verschiedene technische und ökonomische Aspekte der separaten Erfassung und Behandlung von Krankenhausabwasser untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass der aus dem Kreiskrankenhaus entstammende Anteil an der Arzneistofffracht im Zulauf der örtlichen kommunalen Kläranlage für Carbamazepin, Diclofenac und Ibuprofen maximal 8% erreicht. Dahingegen werden für die untersuchten Antibiotika Anteile größer 20% bis hin zu 94% festgestellt. Diese im Vergleich zu Literaturangaben sehr hohen Werte sind auf die hohe Zahl von Krankenhausbetten pro 1.000 EW zurückzuführen. Diese liegt im Untersuchungsgebiet Waldbröl bei ca. 33,9 im Vergleich zu 6,2 im bundesweiten Durchschnitt. Die am Kreiskrankenhaus errichtete großtechnische Anlage zur separaten Behandlung von Krankenhausabwasser liefert die Erkenntnis, dass mit einer Verfahrenskombination aus Membranbioreaktor (MBR) und nachgeschalteter Ozonung sämtliche untersuchten Arzneistoffe mit Ausnahme der Röntgenkontrastmittel unter einen Grenzwert von 100 ng/L reduziert werden können. Die biologische Behandlung im MBR bei hohem Schlammalter liefert dabei für die Antibiotika deutlich bessere Eliminationsraten als die biologische Behandlung auf der zentralen kommunalen Kläranlage. Zudem wird mit der Verfahrenskombination eine weitgehende Entkeimung erreicht und das toxische und mutagene Potenzial des Krankenhausabwassers weitgehend reduziert. Der mittlere Energiebedarf der untersuchten Abwasserreinigungsanlage am Krankenhaus liegt nach Durchführung von Optimierungsmaßnahmen bei ca. 5,0 kWh/m³. Davon entfallen ca. 80% auf die Behandlung im MBR und 20% auf die Ozonung. Die spezifischen Gesamtkosten für die Abwasserreinigung am Kreiskrankenhaus Waldbröl mit 342 Betten betragen 4,92 €/m³. Der größte Teil davon entfällt auf den Bau und Betrieb des MBR. Bei der Übertragung dieser Kosten auf andere Krankenhäuser mit abweichenden Bettenzahlen sind Skaleneffekte zu berücksichtigen. Auf Basis bekannter Daten zu spezifischen Gesamtkosten für die Abwasserbehandlung in kleinen, dezentralen MBR kann die Bandbreite der Kosten für die separate Behandlung von Krankenhausabwasser zu ca. 3 €/m³ für große Häuser mit mehr als 1.200 Betten bis zu ca. 8 €/m³ für kleine Häuser mit weniger als 100 Betten abgeschätzt werden. Die Kosten werden jedoch stark von örtlichen Gegebenheiten beeinflusst und können daher im Einzelfall abweichen. Ein Wirtschaftlichkeitsvergleich der separaten Behandlung von Krankenhausabwasser mit der Nachrüstung zentraler Kläranlagen durch eine Ozonung hinsichtlich einer kosteneffektiven Elimination von Arzneistoffen aus dem Abwassersystem wird von der Anzahl der Betten im jeweiligen Krankenhaus und der Ausbaugröße der betrachteten Kläranlage beeinflusst. Im Falle des Kreiskrankenhauses Waldbröl, das im Einzugsgebiet einer eher als klein zu beurteilenden Kläranlage liegt, ist die separate Behandlung des Krankenhausabwassers bereits wirtschaftlich, wenn die Arzneistoffkonzentration im Krankenhausabwasser etwa um den Faktor 40 höher liegt als im Zulauf zur kommunalen Kläranlage. Hinsichtlich ausgewählter Antibiotika kann die separate Krankenhausabwasserbehandlung in Waldbröl damit als wirtschaftlich beurteilt werden.

Einrichtungen

• Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Wassergütewirtschaft und Institut für Siedlungswasserwirtschaft [314110]