Drivers for change

The main focus of this thesis is on the assessment of specific criteria related to efficient  resource use. However, changes in the current water and wastewater system can occur  due to a variety of drivers and evolutionary (economic and social) transformation  processes. Therefore, this section aims at assessing the described systems regarding  their behaviour related to such possible changes in the economic, environmental and  social framework. Several authors have discussed the current transformation processes  and the need for a paradigm change in wastewater management in Germany (see, for  example, Herbst, 2008; Koziol et al., 2006; Libbe, 2007; Riße and Herbst, 2004; Schaller et  al., 2007). A task group on new sanitation concepts of the DWA (German Water  Association), carried out a Delphi study assessing the importance of certain criteria  acting as drivers for, or barriers to the implementation of new sanitation concepts  (DWA (ed.), 2008). The study shows that the drivers are anticipated to change over time  and that it is expected that several criteria such as resource recovery and resource use  will gain importance over the next 20 years. Considering the systems investigated in 

103 According to supplier information the costs for such a system decrease with number of connected  showers. With three connected showers the specific investment cost is about 580 € p^‐1 and with 20  connected showers it is about 370 € p^‐1 (Haase, I., 2009, Kosten ThermoCycle WRG, pers.comm.).  

this study, the following factors might act as drivers for the transformation¹⁰⁴ of the  current water and wastewater system in Germany: 

ƒ Emissions: Emissions to surface waters and groundwater, e.g. via combined sewer  overflows or WWTP effluents, need to be further reduced to improve water quality as  postulated  by  the European  Water  Framework  Directive.  Hamburg  has  already  invested about 800 million € to reduce the pollution from combined sewer overflows  (HSE, 2004). 

ƒ Natural water cycles: Global climate change has an impact on the German water  system. On the one hand, the increased occurrence of heavy rains together with  increased sealing of surface areas aggravates the risk of flooding. On the other hand,  dry periods can lead to pressure on natural water resources in certain regions. In  Hamburg, every year more than 130 ha of land is developed for settlement and  infrastructure, increasing rainwater runoff. At the same time, more and more intense  rainfalls  are  observed  leading  to  flooding  of  streets  and  houses  (Kopp,  2007). 

Decentralised systems for rainwater (and greywater) management present a chance to  counter these challenges. Authorities in Hamburg have therefore already started to  emphasise the need for a shift in rainwater management (BSU, 2006).  

ƒ Limited phosphorus reserves: As discussed in Section 2.4.1 there are major concerns  regarding the availability of phosphate rock reserves that are economically viable for  extraction.  With  increasing  scarcity  prices  will  increase;  alternative  sources  of  phosphorus must therefore be developed. 

ƒ Finite fossil fuel reserves: Prices on the energy market are expected to increase due to  increased  demand  and  increased  fossil  fuel  scarcity.  In  addition  to  the  further  exploitation of renewable energy sources, energy saving and more efficient use of  energy become mandatory. 

ƒ Micropollutants:  Micropollutants,  e.g.  from  pharmaceuticals  and  personal  care  products, are entering wastewater and pose a risk to human health as they are  contaminating natural water resources. They are evermore becoming a concern and  innovative strategies for either eliminating them at source or reducing them at the end  of the pipe are needed. 

104 It s interesting to note that Libbe (2006) distinguishes between adaptation processes with moderate  modernisations on the one hand and transformation processes on the other hand that are always  connected with disruptions and transitions comprising a high degree of uncertainty. 

ƒ Demographic change: Demographic change is related to shrinking cities in many  regions of Germany (in only a few regions, like Hamburg, are populations growing),  suburbanisation processes and an aging population. But also behavioural change, e.g. 

decreasing water consumption, can jeopardize the operability of the current system. 

For example, per capita water consumption in Hamburg is expected to decline to  about 100 l p^‐1 d^‐1 in the next 20 years (Maass, 2008). Infrastructure systems that are  flexible to react to these changes show advantages compared to systems designed for  static conditions and with long depreciation periods. 

ƒ Reinvestments  and  rehabilitation:  Many  facilities  of  the  German  wastewater  infrastructure have reached the end of their economic lifetime. Therefore, per capita  expenditures  for reinvestments  are  expected to increase  in  the coming decades. 

Particularly sewer rehabilitations are going to present high costs for the German water  sector¹⁰⁵. Capital‐intensive (re)investments such as large sewer systems or treatment  plants always represent high sunk costs. A positive response to system transformation  opens up opportunities for long‐term cost‐savings. 

ƒ Export of expertise and equipment: The water and sanitation sector in Germany could  represent a lead market if innovations are taken up and specific requirements for  export  are  integrated  into  the  design  of  the  systems.  Experience  with  more  decentralised  and  more  flexible  systems  is  expected  to  result  in  greater  export  possibilities.  Hamburg  Wasser  is  already  involved  in  the  implementation  of  innovative sanitation concepts in countries such as China and India. There are many  regions worldwide that are in need of upgrading their sanitation systems, e.g. Eastern  Europe, South America, Africa. 

The investigated systems are evaluated against the above‐mentioned drivers (see Table  4.14). The scoring indicates to which degree one particular driver is favourable to the  respective systems. The indicators according to which scores are allocated, are shown in  the table. 

105 In addition, private sewers are going to require immense re‐investment in the near future. Thoma  (2006) estimates that about 1250 to 2500 € p^‐1 of private investments will be required for inspection and  renovation in the coming 20 to 40 years.  

Table 4.14:   Evaluation of the systems regarding possible drivers for transformation  (0 = system shows no advantage, + = system is beneficial, ++ = system is very beneficial)

2 NuRS 3 NuRU 4 CoDig 5 BlaD 6 CompU Indicator

Emissions 0 + + ++ ++

N&P emissions to surface waters, see Table 4.5 & Table 4.6

Natural water

cycles 0 + + ++ ++

Groundwater extraction, see Figure 4.14, &

decentralised rainwater management

Phosphorus ++ + ++ ++ ++ Recovered P, see Figure 4.12

Fossil fuel 0 ++ 0^a) 0^a) 0 Energy consumption, see Figure 4.15

Micropollutants^b) 0 + ++ 0 0

Separation of urine &

faeces from wastewater, use of treated products

Demographic

change 0 0 + ++ ++

Higher degree of decentralisation, more flexibility

Reinvestments^c) 0 0 + + +

Decentralised facilities, omission of sewer renovation

Export 0 + + ++ ++

Low water use, innovative & flexible technology

a) This system can be adapted to become more energy efficient as described in Section 4.3.3 b) Particularly micropollutants in urine and faeces such as pharmaceuticals are considered

c) From a pure cost perspective none of the systems is more advantageous than the current system

4.4.2 Preconditions 

The implementation of alternative¹⁰⁶, more resource efficient water and wastewater  systems depends greatly on committed policy entrepreneurs or “enthusiasts” with a  long‐term vision (Tidaker, 2007). They will aim to create political support on a local and  regional level to start transformation processes. Public law might need to be adapted  (especially regarding reuse) and particularly for pilot installations financial support  needs  to  be  provided.  Tidaker  (2007)  mentions  that  a  shared  perspective  and  a  coordinated approach are important prerequisites for successful system change. For  this, it is essential to involve all stakeholders already at an early phase to initiate the 

106 The focus of the following discussions is particularly on systems requiring a more radical change such 

as systems 3 to 6, and not on purely technical adaptations as in system 2 NuRS. 

transformation process. In the case of changing the current wastewater system, this  includes not only municipalities, water authorities and water utilities, but also real  estate  developers,  housing  associations,  inhabitants,  architects,  craftsmen  and  manufacturers. In addition, it is indispensable to involve agricultural stakeholders from  the very beginning if wastewater products are expected to replace mineral fertiliser and  to be integrated into  farming activities. For farmers to become actively involved,  sufficiently large volumes might be needed to make their efforts worthwhile. Therefore,  projects need to be large enough to generate sufficient recovery volumes. As has been  shown in the analysis of nutrient recovery potential, mineral fertiliser can never be fully  replaced.  Therefore, a  thorough understanding  of  what  can  and what  cannot  be  achieved by alternative systems is important.