Verwendung von Würmern zur Reduzierung der Abwasserverschmutzung in Hawaii
Ort
Maui und O'ahu
Tigerwürmer. Foto © Eli T. CC BY 4.0
Die Herausforderung
Senkgruben sind Löcher im Boden, in die Rohabwässer und Abwässer geleitet werden. Sie konzentrieren Abwasser tief im Boden, wo es oft mit Grundwasser in Kontakt kommt, was zu Grundwasserverschmutzung führt und die menschliche Gesundheit sowie die Qualität von Trinkwasser, Gewässern und Korallenriffen beeinträchtigt. Leider sind Senkgruben die am häufigsten verwendete Methode der Abwasser- und Abwassersammlung in Hawaii. Während der Staat den Bau neuer Senkgruben im Jahr 2016 verbot, verbleiben 88,000 Senkgruben auf Hawaii, und fast die Hälfte (43,000) davon stellen eine Bedrohung für die Wasserressourcen und die Wasserqualität auf den Inseln und ihren Wassereinzugsgebieten dar (Gesundheitsministerium von Hawaii). Nach Angaben des Gesundheitsministeriums von Hawaii (DOH) befinden sich 6,700 Senkgruben innerhalb von 200 Fuß eines mehrjährigen Stromkanals und etwa 31,000 innerhalb der mehrjährigen Wasserscheiden auf den Inseln Hawaii, Kaua'i, Maui und Moloka 'ich. Senkgruben im Staat setzen jeden Tag etwa 53 Millionen Gallonen unbehandeltes Abwasser in den Boden frei. Abwasser kann eine Reihe von Schadstoffen enthalten, darunter Sedimente, Nährstoffe, Pestizide, Spurenmetalle, Kohlenwasserstoffe, Arzneimittel und Mikroplastik, die erhebliche Auswirkungen auf die Gesundheit der Einwohner und Besucher Hawaiis haben können Auswirkungen auf Korallenriffe und Riffökosysteme. Diese Schadstoffe können die Widerstandsfähigkeit von Korallenriffen gegenüber dem Klimawandel verringern und sie empfindlicher gegenüber Meereserwärmung und -versauerung machen (United Nations Environment Programme). Im Jahr 2017 verabschiedete der Gesetzgeber von Hawaii das Gesetz 125, das den Austausch aller Senkgruben im Bundesstaat bis 2050 vorschreibt. Die Standardlösung für den Austausch von Senkgruben besteht darin, dem System eine herkömmliche Klärgrube und ein Entwässerungsfeld hinzuzufügen. Dies kostet normalerweise zwischen 20,000 und 40,000 US-Dollar – eine teure Lösung, die den meisten Einwohnern Hawaiis nicht zugänglich ist.
Ergriffene Maßnahmen
Das Institut für Transformative Technologien (ITT) und TBF Umweltlösungen führen die Tiger Biofilter (TBF)-Technologie auf Hawaii ein. Die TBF-Technologie verwendet eine Kombination aus Regenwürmern, Bakterien und natürlichen Filtermaterialien, um Abwasser zu behandeln und 99 Prozent der fäkalen Krankheitserreger zu eliminieren, um wiederverwendbares, nicht trinkbares Wasser zu erzeugen. Die Biofilter verwenden eine bestimmte Art von Kompostwurm namens Tigerwürmer, die in feuchter Erde, verrottender Vegetation, Mist und Fäkalien gedeihen; Sie verbrauchen effizient Krankheitserreger und wandeln den Abfall in Gas und Kompost um. Dieser Prozess der Abwasserfiltration mit regenwurmhaltigen Biomedien wird als Vermifiltration bezeichnet. Der TBF führt eine „passive Belüftung“ des Abwassers ein, die den Abfall in Gas und sauberen, fruchtbaren und geruchsfreien Wurmkompost umwandelt. Überschüssiges Wasser wird durch das TBF-System gefiltert und gelangt als gereinigtes Abwasser in die vorhandene Senkgrube. Der Zielpreis für einen Tiger-Biofilter in Hawaii liegt bei etwa 5,000 US-Dollar (einschließlich der Installationskosten) pro System, was etwa 12.5 bis 25 Prozent der Kosten einer herkömmlichen Klärgrube entspricht.
Die TBF-Technologie in Hawaii basiert auf der in Indien erfolgreichen Vermifiltrationstechnologie. TBF Umweltlösungen installiert eine Reihe von Vermifiltrationssystemen in Indien, darunter Nebentoiletten für ländliche Haushalte, mittelgroße Systeme für Mehrfamilienhäuser, Kompostierungsanlagen für gepumpten Klärschlamm und große kommunale Kläranlagen. Der "Tigertoilette“, bekannt im ländlichen Indien, ist im Wesentlichen eine Vermicomposting-Toilette, die als Teil eines Nebengebäudes installiert ist. Seit 2023 ist die Tiger-Toilette in Indien weit verbreitet und wird von der indischen Regierung als zugelassene Option für die Haushaltshygiene sowie die Abwasser- und Schlammbehandlung in großem Maßstab aufgeführt. Bis heute hat TBF über 4,000 Tiger-Toiletten in Indien installiert. Sie haben auch über 20 Kläranlagen mit Kapazitäten von 1,000 Litern pro Tag bis zu 1 Million Litern pro Tag installiert. Darüber hinaus installierte TBF mehrere zentrale Kläranlagen mit Vermifiltern in Ruanda, Ostafrika.
TBF-System auf Haushaltsebene (1,000 Liter/Tag) in Indien. Foto © Ajeet Eiche
Im März 2020 installierte ITT das erste Vermifiltrationssystem im Bundesstaat Hawaii auf Maui als Abwasserbehandlungssystem für Haushaltstoiletten. In dieser Pilotinstallation wurden Rohre von den beiden Toiletten des Hauses zum Vermifiltertank umgeleitet. Der Vermifilter-Tank enthält die Tigerwürmer in einer Biomedia-Schicht sowie Kies zum Ablauf überschüssiger Flüssigkeit. Nachdem das Abwasser diesen Tank passiert hat und die festen Abfälle von den Tigerwürmern verdaut wurden, fließen Flüssigkeiten in ein Pflanzenbeet, das das Wasser weiter filtert, und das behandelte Wasser fließt dann in die vorhandene Senkgrube.
Primärer Tiger Biofilter-Behandlungstank (links). Nach dem Durchlaufen des Primärbeckens fließt das Wasser zur Nachbehandlung in einen Pflanzenbeetfilter (rechts), bevor es in die vorhandene Senkgrube fließt. Fotos © ITT
ITT installierte ein zusätzliches Pilotprojekt in Kula, Maui, das sowohl Haushaltsgrauwasser als auch Rohabwasser aufbereitet. Das kombinierte Grauwasser- und Toilettenabwasser hat ein höheres Volumen als das reine Abwassersystem; Daher verfügt dieses Aufbereitungssystem über einen zusätzlichen Sammeltank, der das Abwasser aufnimmt, bevor es in den Vermifilter gepumpt wird. Das Abwasser tropft langsam in den Vermifilter, um das System nicht mit zu viel Flüssigkeit zu überlasten. Sobald das Abwasser den Vermifilter passiert hat, fließt es zur Filtration durch zusätzliche Pflanzenbeete, wie unten dargestellt.
Zweite Pilotanlage in Kula, Maui, die das gesamte Haushaltswasser (Toilettenwasser und Grauwasser) aufbereitet. Foto © ITT
Ein dritter ITT-Biofilter wurde im Februar 2022 in Makawao, Maui, installiert, der nur Grauwasser aus einem Haushalt aufbereitet. In den ersten 11 Betriebsmonaten wurde es experimentell ohne Regenwürmer betrieben, wobei nur gepflanzte Kiesbetten verwendet wurden. Tigerwürmer wurden dann im Januar 2023 eingeführt, und erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Verwendung von Würmern die Wirksamkeit der Behandlung verbessert.
Grauwasser-Biofilter in Makawao, Maui. Foto © ITT
Wie erfolgreich war es?
Die Haushaltspilotinstallationen in Maui sind seit mehr als drei Jahren erfolgreich in Betrieb. Fast jede Woche nehmen Mitarbeiter des Maui College der Universität von Hawaii Proben des Wassers, nachdem es das Filtersystem durchlaufen hat. Die Mitarbeiter analysieren die Proben im Universitätslabor und vergleichen die Ergebnisse mit den Standards der National Sanitation Foundation (NSF) für standortinterne Abwasserbehandlungssysteme. Ab 2023 erfüllt das kombinierte Abwasservermifiltrationssystem in Kula (oben) die Leistungskriterien der NSF 40 und 245 Standards für die Abwasserbehandlung vor Ort. NSF 40 und 245 sind die anerkanntesten und anerkanntesten Standards für kommunale Abwasserbehandlungssysteme vor Ort (NSF2023).
Um die Genehmigung der Regierung von Hawaii für die groß angelegte Implementierung dieser Systeme zu erhalten, müssen Tests in O'ahu unter der Aufsicht der Universität von Hawai'i in Mānoa gemäß den Richtlinien des DOH von Hawai'i stattfinden. ITT hat einen Vermifilter installiert, der für die Behandlung von 400 Gallonen kombiniertem Abwasser pro Tag am genehmigten Teststandort in der Wahiawa-Abwasserbehandlungsanlage auf O'ahu ausgelegt ist. Das System funktioniert gut, aber die Abwasserqualität liegt derzeit außerhalb des akzeptablen Bereichs für eine hawai'i-äquivalente NSF-Zertifizierung. Dies liegt wahrscheinlich daran, dass das Abwasser der Kläranlage umfangreich gepumpt und transportiert wurde und organische Feststoffe in winzige Partikel zerlegt wurden, die unbearbeitet durch den Vermifilter fließen. Im Haushalt installierte Wurmfilter haben dieses Problem nicht, da fester Abfall intakter ist und im Wurmfilter herausgefiltert und von Würmern verzehrt wird. ITT arbeitet eng mit Testbeamten zusammen, um verschiedene Testoptionen zu erörtern, die realistischere Ergebnisse liefern können, die für den typischen Anwendungsfall in Wohngebieten repräsentativ sind.
Erkenntnisse und Empfehlungen
- Nehmen Sie frühzeitig Kontakt mit den staatlichen Aufsichtsbehörden auf, um den Genehmigungsprozess zu verstehen. Das Verständnis der regulatorischen Landschaft und der Zulassungsanforderungen ist der Schlüssel zur breiten Implementierung neuer Technologien. Das Hawai'i DOH und andere hawai'i Regierungsbehörden verstehen, dass die Verschmutzung durch Senkgruben ein ernsthaftes, weit verbreitetes Problem im Staat ist, und suchen nach alternativen Lösungen. Die Regulierungslandschaft ist jedoch komplex und es gibt mehrere Entscheidungsträger, was den Genehmigungsprozess für diejenigen, die damit nicht vertraut sind, verwirrend machen kann. Der Kontakt zu wichtigen Ansprechpartnern in den Entscheidungsträgern kann für die Implementierung neuer Technologien sehr hilfreich sein.
- Führen Sie nach Möglichkeit Pilotprojekte durch. Sowohl die weit verbreitete Einführung der TBF-Technologie in Indien als auch die erfolgreichen Versuche mit mehreren verschiedenen Vermifiltrationssystemen in Hawaii haben gezeigt, dass diese Technologie bei der Behandlung von Abwasser und der Verringerung der Abwasserverschmutzung wirksam ist, wenn sie im richtigen Maßstab eingesetzt wird.
Zusammenfassung der Finanzierung
Mackenzie Scott
Führende Organisationen
Institut für Transformative Technologien
Partner
Gesundheitsministerium von Hawaii
Universität von Hawaii Maui College
Universität von Hawaii in Manoa
