Nährstoffkreislauf im KREIS-Haus : eine Untersuchung von Urinverdunstungsmodulen und deren Anwendbarkeit in der Praxis
Creators: name: Lüthi, Laila
Publisher: name: ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Year: 2022
Subjects: Hydroponischer Pflanzversuch
Low-Tech
Nährstoffrückgewinnung
Passive Urinverdunstung
Prototyp
Säurestabilisierung
Urinseparierung
Urinverdunstung
Urinverdunstungsmodul
Hydroponic planting trials
Low-tech
Nutrient recovery
Passive urine evaporation
Prototype
Acid stabilization
Urine source separation
Urine evaporation
Urine evaporation module
363: Umwelt- und Sicherheitsprobleme
577: Ökologie

description: Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurde als Teil des «KREIS-Hauses» - einem Konzept der Kreislaufwirtschaft im Wohnbereich - die Urinverdunstung mit passiver, solarer Evaporation untersucht. Die direkte Urinverdunstung hat zum Ziel, wertvolle Nährstoffe wie Phosphor oder Stickstoff aus den menschlichen Ausscheidungen rückzugewinnen und diese im Rahmen des Kreislaufkonzepts als Düngemittel wiederzuverwenden. 
Um diesen Ansatz im Alltag zu testen, wurde im KREIS-Haus in Feldbach ZH ein Prototyp eines Urinverdunstungsmoduls gebaut und sechs Monate lang im Betrieb getestet. In der Trockentrenntoilette gesammelter Urin wurde zu einem separaten Modul mit einem 6-schichtigem Röhrensystem, welches hohe Verdunstungsraten ermöglichen sollte, geleitet. Das Verdunstungsmodul war auf einem, nach der Sonneneinstrahlung ausgerichtetem Gehäuse mit schwarzer Auskleidung und Plexiglasfenstern aufgebaut, um einen Gewächshauseffekt zu erzeugen und die Verdunstung durch Hitze zu fördern. Damit ausserdem genug Luft für die Verdunstung über die halboffenen Röhren strömen konnte, wurde an der Vorderseite des Gehäuses mehrere Löcher angebracht, durch welche die Luft einströmte, bevor sie durch eine Öffnung in der Oberseite wieder austreten konnte. Mit diesem Prototyp der Urinverdunstung konnten Verdunstungsraten von maximal 1.7 l/m2/d erreicht werden und durchschnittlich 24 g/l Stickstoff, 17.7 g/l Phosphat und 55 g/l Kaliumoxyd rückgewonnen werden. Der Einsatz des verdunsteten Urins als Düngemittel bei einer Verdünnung von 2 g/l führte zu einem Pflanzenwachstum, welches vergleichbar mit herkömmlichen Düngern ist. Damit erreicht unser Prototyp im Vergleich zu anderen Studien ähnliche Verdunstungsleistung und trägt ohne Einsatz von zusätzlicher Energie und mit geringen Mehrkosten zu einer effizienten Stickstoff-, Phosphor und Kaliumrückgewinnung bei.
description: As part of this bachelor thesis, urine evaporation with passive solar evaporation was investigated as part of the "KREIS-Haus" - a circular economy concept in the residential sector. Direct urine evaporation aims to recover valuable nutrients such as phosphorus or nitrogen from human excreta and reuse them as fertilizer as part of the circular economy concept. 
To test this approach in everyday life, a prototype urine evaporation module was built at the KREIS-Haus in Feldbach ZH and tested in operation for six months. Urine collected in the dry separation toilet was directed to a separate module with a 6-layer tube system designed to allow high evaporation rates. The evaporation module was built on an enclosure oriented according to solar radiation, with a black lining and Plexiglas windows to create a greenhouse effect and promote evaporation by heat. In addition, to allow enough air to flow over the half-open tubes for evaporation, several holes were made in the front of the enclosure through which the air flowed in before exiting through an opening in the top. With this prototype of urine evaporation, evaporation rates of a maximum of 1.7 l/m2/d could be achieved and an average of 24 g/l of nitrogen, 17.7 g/l of phosphate and 55 g/l of potassium oxide could be recovered. The use of the evaporated urine as fertilizer at a dilution of 2 g/l resulted in plant growth comparable to conventional fertilizers. Thus, our prototype achieves similar evaporation performance compared to other studies and contributes to efficient nitrogen, phosphorus and potassium recovery without the use of additional energy and with low additional costs.