Neue Managementlösungen

Die Entwicklung innovativer Technologien und Verbesserungen herkömmlicher Systeme bieten verbesserte Methoden zur Abwasserbehandlung. Einige dieser neuen Managementstrategien zielen darauf ab, die Behandlungseffizienz zu steigern, die Qualität des Abwassers zu verbessern oder Gewinne aus einer wertvollen Ressource zu erzielen, die aus dem Abwasser gewonnen wird.

Steigerung der Effizienz septischer Systeme

Die weitverbreitete Nutzung von Abwassersystemen hat zur Entwicklung einer Vielzahl von Modifikationen geführt, die auf einzigartige Behandlungsbedürfnisse zugeschnitten sind. Diese zusätzlichen Behandlungsschritte sorgen dafür, dass das Abwasser, das in die Umwelt gelangt, sauberer ist. Da diese Systeme in der Regel mit Brunnen als Trinkwasserquelle gekoppelt sind, verbessert sich auch die Trinkwasserqualität. Der Behandlungsbedarf kann die Erhöhung der Kapazität und Effizienz der Systeme oder die Reduzierung der Nährstoffbelastung umfassen. Diese Systemverbesserungen kommen immer häufiger vor und sind an manchen Orten, die besonders anfällig für Abwassereinflüsse sind, sogar erforderlich.

Ein Kammerklärsystem ist eine Alternative zum herkömmlichen Kies-/Steinklärsystem, das einfacher zu konstruieren, aber nicht so effektiv ist. Bei einem Kammersystem besteht das Abflussfeld aus einer Reihe geschlossener Kammern, die von Erde umgeben sind. Das Abwasser gelangt durch die Klärgrube und dann in die Kammern, wo Mikroben im Boden dabei helfen, Krankheitserreger zu entfernen.

Kammer-Klärsystem US EPA

Kammer septisches System. Quelle: US-EPA

Eine Cluster- oder kommunale Kläranlage erhöht die Effizienz der Abwasserbehandlung, indem sie das Abwasser einer Häusergruppe zusammenführt. Jedes Haus verfügt über eine eigene Klärgrube für die Erstbehandlung. Das Abwasser kommt zusammen und fließt durch ein gemeinsames Abflussfeld. Diese Systeme funktionieren am besten in ländlichen, wachsenden Gemeinden mit Häusern nahe beieinander.

Cluster septisches System

Cluster septisches System. Quelle: US-EPA

Neue Technologien für Kläranlagen, einschließlich Sandfilter, erhöhen die Kapazität zur Nährstoffentfernung aus dem Abwasser vor der Einleitung. Sandfilter sind, wie im Diagramm unten dargestellt, teurer als herkömmliche Systeme, können aber dazu beitragen, den Nährstoffgehalt in nahegelegenen Gewässern zu senken.

Sandfilter-Kläranlage

Kläranlage mit Sandfilter. Quelle: US-EPA

An Orten mit aquatischen Ökosystemen, die besonders empfindlich auf Nährstoffbelastungen reagieren, bieten aerobe Behandlungseinheiten eine kleinräumige Version der Behandlungen, die in zentralen Kläranlagen verwendet werden. Die Zugabe von Sauerstoff erhöht die bakterielle Aktivität, um den Nährstoffgehalt zu reduzieren. Einige Systeme verfügen über zusätzliche Behandlungstanks mit einer Desinfektionsstufe zur Entfernung von Krankheitserregern.

Aerobe Behandlungseinheit

Aerobe Behandlungseinheit. Quelle: US-EPA

Siehe die Fallstudie aus Long Island, New York Beschreibung der Bemühungen, alte Kläranlagen durch stickstoffreduzierende Systeme durch flache Laugungsfelder zu ersetzen, die verhindern können, dass etwa 95% des Stickstoffs aus dem Abwasser in die Wasserscheide gelangen, und die Grundwasserleiter wieder aufladen können.

Systeme zur Ressourcenrückgewinnung

Unter Ressourcenrückgewinnung versteht man das Auffangen und Wiederverwenden von Wasser und Feststoffen aus menschlichen Abfällen. Zu den Vorteilen von Ressourcenrückgewinnungsstrategien gehören die Entfernung von Nährstoffen und Schadstoffen, die für die Gesundheit von Mensch und Meer gefährlich sind, sowie die Rückgewinnung wertvoller Ressourcen aus Abfällen. Sie können auch als Sanitärsystem implementiert werden, wo es noch keins gab, oder ein veraltetes Aufbereitungssystem verbessern/ersetzen. Einige Strategien zur Ressourcenwiederherstellung umfassen:

  • Süßwasserrückgewinnung für Bewässerung und andere nicht trinkbare Zwecke, wodurch auch der Wasserbedarf für zukünftige Abwasserentsorgung und -aufbereitung reduziert werden kann.
  • Biosolids Wird dem Boden als Dünger zugesetzt, wenn er gemäß den entsprechenden Standards behandelt wird (z. B. Schleife Biosolids Seattle, USA, das Mikroben und Wärme zur Verdauung nutzt, um ein Produkt für den Einsatz in Gärten und Wäldern herzustellen.
  • Mikrofiltration, Umkehrosmose, und UV um trinkbares Trinkwasser zu erzeugen (z. B. genutzt von Grundwassernachfüllsystem des Orange County Water District für Trinkwasser in Los Angeles, USA).
  • Biogaserzeugung durch anaerobe Gärung und Methanabscheidung – oft in großen Kläranlagen eingesetzt, um Ressourcen zurückzugewinnen, Biofeststoffe zu behandeln und Treibhausgasemissionen zu mindern.

Die Ressourcenrückgewinnung gewinnt als Lösung sowohl für kleine, dezentrale Systeme als auch für große, zentrale Kläranlagen an Bedeutung.

Nachfolgend werden drei Projekte bzw. Betriebe detaillierter vorgestellt, die Beispiele für kleine, Container-basierte Lösungen und große, kommunale Innovationen bieten.

In Haiti hat die Nichtregierungsorganisation BODEN (Nachhaltige organische integrierte Lebensgrundlagen) setzt Ressourcenrückgewinnungstechnologie ein, um behälterbasierte Abwasserentsorgung und landwirtschaftliche Düngemittel bereitzustellen. Dieses System stellt Containertoiletten sicher für Menschen ohne Zugang zur Verfügung und bietet eine Lösung gegen Verschmutzung und Erosion. SOIL sammelt die Behälter wöchentlich ein, um Urin abzuleiten, feste Abfälle aus den Gewässern zu isolieren und Krankheiten vorzubeugen. Anschließend transportiert SOIL den Abfall zu einer Kompostierungsanlage, wo er gemäß den von der Weltgesundheitsorganisation festgelegten Standards behandelt wird. Der fertige Dünger wird an Landwirte verkauft, um deren Ernteerträge zu steigern und die Erosion zu verringern.

Illustration des SOIL-Container-basierten Sanierungs- und Ressourcenrückgewinnungsprozesses

Illustration des auf SOIL-Containern basierenden Sanierungs- und Ressourcenrückgewinnungsprozesses. Quelle: BODEN

Die Infrastruktur wird oft durch die Topographie der Region eingeschränkt. Schwimmende Gebiete, Überschwemmungsgebiete, undurchlässige Böden und Küstenzonen können die Umsetzung vieler Systeme erschweren. Der HandyPod ist ein kostengünstiges System, das aus drei verbundenen Behältern besteht, die das Abwasser schrittweise aufbereiten und es entweder in eine Wasser- oder Landumgebung einleiten. Siehe die Fallstudie aus Tonle Sap Lake, Kambodscha und Lake Indawgyi, Myanmar Beschreibung der Entwicklung und Implementierung von Handypods von Wetlands Work.

Das HandyPod-System. Quelle: Wetlands Work

Das HandyPod-System. Quelle: Wetlands Work

Im Idealfall schafft die Ressourcenrückgewinnung durch einen vollständig geschlossenen Kreislauf Wert aus Abfall, wie am Beispiel von Sedron Technologies gezeigt. Janicki Omni-Prozessor. Der Omni-Prozessor nimmt menschlichen Abfall und Müll auf und wandelt ihn in elektrischen Strom und sauberes Trinkwasser um. Es funktioniert wie ein Dampfkraftwerk, eine Verbrennungsanlage und ein Wasserfiltersystem in einem. Obwohl das System in Dakar, Senegal, noch ein Prototyp ist, zeigt es das Potenzial, die mit dem Betrieb verbundenen Kosten (da es seine eigene Energie für den Betrieb produziert) und den Einsatz natürlicher Ressourcen (da Abwasser und Müll kostenlos sind) auszugleichen. In seinem ersten Jahr in Dakar verarbeitete der Omni Processor schätzungsweise 700 Tonnen Fäkalienschlamm. Angesichts der hohen Anfangskosten für den Bau dieses Systems ist der Omni Processor ein potenzieller Ersatz für große Abwasseraufbereitungsanlagen, die künftig Städte auf der ganzen Welt versorgen werden.

Janicki Omni-Prozessor. Quelle: Janicki Bioenergie

Janicki Omni-Prozessor. Quelle: Janicki Bioenergie

Aktuelle Innovationen

  • Geotextile Sandfilter Arbeiten Sie, indem Sie Wasser zunächst durch ein Geotextilgewebe und Kunststoffmaterial und dann zur zusätzlichen Filterung durch Sand leiten. Dieses System bietet eine Alternative zu Kläranlagen vor Ort.
  • Bioreaktorgärten Nutzung natürlicher Prozesse (denitrierende Bioreaktoren) im Boden und in der Vegetation, um Wasser aus Klärgruben zu reinigen. Die Gärten reduzieren die Hauptbestandteile des Abwassers: Ammoniak, Nitrat, Phosphor und Bakterien durch drei Pflanzenschichten. Die oberste Schicht zersetzt Schadstoffe und natürliche Organismen, die mittlere Schicht wandelt Ammoniak in Nitrat um und eine dritte Schicht enthält Holzspäne und Pflanzenkohle, um Nitrat in harmloses Stickstoffgas umzuwandeln. Bioreaktorgärten wurden in Hawaii und Palau effektiv genutzt, siehe Grat zu Riffen für weitere Informationen zu diesen Projekten.
  • Glasfilter Verwenden Sie zerkleinertes Glas, einschließlich recyceltem Glas aus Bier- und Weinflaschen, als Molekularsieb zur Abwasserbehandlung. Das Glasfiltrationssystem kann in mehreren Anwendungen eingesetzt werden, unter anderem zum Filtern von Trinkwasser und zur Aufbereitung von Industriewasser. Diese Technologie hat in Europa, unter anderem im Dryden Aqua-Werk in Schottland, an Bedeutung gewonnen.
  • Vermikultur setzt auf den Einsatz von Würmern, um Schadstoffe aus dem Abwasser zu entfernen. Das entstehende Wasser kann für die Landwirtschaft wiederverwendet werden und es entsteht zusätzlich ein wertvoller Boden. Das System besteht aus einer Schicht mit Holzspänen, Regenwürmern und Mikroben, einer zweiten Schicht aus Schotter und einer dritten Schicht, die als Entwässerungsbecken dient. Weitere Informationen zu diesem System finden Sie unter diese Fallstudie über Vermikultur in Hawaii.

Naturbasierte Lösungen

Naturbasierte Lösungen sind Maßnahmen zum Schutz, zur nachhaltigen Bewirtschaftung und Wiederherstellung natürlicher und veränderter Ökosysteme, die gesellschaftliche Herausforderungen angehen. Im Abwasserkontext beziehen sich naturbasierte Lösungen auf die geplante und bewusste Nutzung von Ökosystemen und Ökosystemdienstleistungen, um die Wasserqualität oder -quantität zu verbessern und die Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Klimawandel zu erhöhen. ref Bei der Abwasserverschmutzung nutzen Nature-based Solutions Strategien wie Pflanzen und Mikroben, um Schadstoffe in kontaminiertem Wasser auf seinem Weg durch die Umwelt abzubauen, zu absorbieren, einzufangen und/oder mit Sauerstoff anzureichern. Diese natürlichen Prozesse fangen und filtern kontaminiertes Oberflächen- und Grundwasser, einschließlich verschmutzter Abflüsse aus Regenfällen, effektiv auf und filtern es, bevor es in den Ozean eingeleitet wird.

Zu den naturbasierten Lösungen gehören auch bebaute Feuchtgebiete, Biomulden, Aktivkohlelagerstätten, Siedlungsteiche, Uferpufferzonen und mehr. Diese Strategien können die Entfernung von Krankheitserregern verbessern, indem sie eine erweiterte Interaktion mit Sauerstoff und Mikroben ermöglichen, indem sie die Durchflussraten verlangsamen und die naturbasierten Lösungen mit zusätzlichen Behandlungsschritten aus einem zentralen oder dezentralen System koppeln. Darüber hinaus bieten sie im Vergleich zu anderen Behandlungstechnologien den zusätzlichen Vorteil, dass sie einen Lebensraum bieten, der die Artenvielfalt fördert, die Erholung (einschließlich Fischerei und Tourismus) unterstützt und ästhetische Vorteile bietet.

 

Entdecken Sie diese drei Beispiele, um einen genaueren Blick auf naturbasierte Lösungen zu werfen:

  1. In Guánica-Bucht, Puerto RicoEine grüne Infrastruktur, einschließlich eines Vetivergras-Regengartens, wurde genutzt, um die Klärgrubenableitung zusätzlich aufzubereiten, wodurch die Entfernung von Schadstoffen verbessert und die Menge des in die Bucht gelangenden Abwassers deutlich reduziert wurde.
  2. In Amerikanischen Samoa-InselnBiokohle (aus organischem Material hergestellte Holzkohle) und Vetivergras wurden zum Erosionsschutz und zur Entfernung von Nährstoffen verwendet.
  3. Im Dominikanische Republik, ein künstliches Feuchtgebiet (ein flaches Gewässer oder mit Kies oder künstlichen Medien gefüllte Becken, bewachsen mit Pflanzen, die an den Wasserfluss angepasst sind), wurde genutzt, um den erheblichen Bedarf an Abwasserauffang und -behandlung zu decken.

Festlegung und Umsetzung von Abwasservorschriften

Gesetze, Vorschriften und Vorschriften können hochwirksame Lösungen zur Eindämmung der Abwasserverschmutzung sein, ihre Erstellung, Änderung oder Beeinflussung kann jedoch schwierig sein. Beispiele für regulierungsbezogene Abwasserstrategien sind: ref

  • Rahmen Abwassereinleitungsnormen, Dies ist einer der gebräuchlichsten Ansätze zur Regulierung und Reduzierung der Abwasserverschmutzung, kann jedoch komplex sein und die Generierung der erforderlichen Daten ist ein gewaltiges Unterfangen.
  • Festlegung Behandlungsniveauziele, wobei für jede Behandlungsstufe (primär, sekundär, tertiär) eine Zielreduktion der Verschmutzung festgelegt wird.
  • Einstellen eines Ziel zur Reduzierung der Schadstoffbelastung, bei dem eine Richtlinie erstellt wird, die ein spezifisches Ziel zur Reduzierung von Schadstoffen im Laufe der Zeit vorgibt (z. B. Reduzierung der überschüssigen Nährstoffe und anderer Chemikalien um mindestens 50 %).

Die Vorschriften und Richtlinien zur Abwasserbewirtschaftung variieren je nach lokalen, regionalen und nationalen Bemühungen sowie dem sozialen, ökologischen und politischen Kontext. Entdecken Sie die Seiten 22–28 von Ein Leitfaden für Praktiker zur Verschmutzung des Ozeanabwassers um mehr über bestehende Rahmenwerke auf regionaler und Länderebene zu erfahren, wie z. B. die Ziele für nachhaltige Entwicklung (SDGs), sowie über verschiedene Maßnahmen, die bei der Schaffung, Änderung oder Beeinflussung von Abwassergesetzen, -vorschriften oder -kodizes zu berücksichtigen sind. Beispiele hierfür sind: die Prüfung von Gesetzen und Vorschriften zur Landverschmutzung und Wasserqualität, die Ausarbeitung nationaler Gesetze zur Verbesserung der Wasserqualität und die Entwicklung von Abstimmungsinitiativen zur Finanzierung der Abwasser- und Abfallmanagementinfrastruktur. Siehe auch die Bereich „Zusammenarbeit“. Weitere Informationen zur sektorübergreifenden Koordinierung und einem integrierten Ansatz zur Abwasserverschmutzung finden Sie in diesem Toolkit.

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