Bestehende Abwasserbehandlungssysteme und Herausforderungen

Die Entsorgung von Sanitärabfällen ist seit den frühesten Siedlungen ein Problem. In der Vergangenheit wurde Abwasser in die nächstgelegenen Wasserstraßen eingeleitet, wobei Verdünnung und Oxidation als Behandlung genutzt wurden. Diese Idee der „Selbstreinigung“ war nicht falsch; Viele Verunreinigungen können durch natürliche Prozesse mit ausreichender Exposition, Zeit und Verdünnung entfernt werden. Das Bevölkerungswachstum und eine Zunahme der Schadstoffe im Abwasser haben diesen Ansatz jedoch unzureichend gemacht. Die Entdeckung von durch Wasser übertragenen Krankheiten führte zur Entwicklung von sanitären Einrichtungen mit dem Ziel, Abwasser vom Trinkwasser zu trennen, um die menschliche Gesundheit zu schützen. ref Seitdem wurden viele Behandlungssysteme entwickelt, um den Eintritt von menschlichem Rohabfall in die Ozeane zu verringern. Nachfolgend finden Sie eine Einführung in gängige Abwasserbehandlungssysteme, die heute verwendet werden.

Überlegungen zur Systemauswahl

Heutzutage gibt es verschiedene Möglichkeiten, Abwasser zu entsorgen. Die Auswahl einer Abwasserbehandlungsmethode ist sehr standort- und kontextspezifisch. Viele Faktoren bestimmen, welche Art von System besser geeignet ist: ein kanalisiertes, zentralisiertes Behandlungssystem oder ein (dezentrales) Behandlungssystem vor Ort. Die beste Lösung für eine Community funktioniert möglicherweise nicht für eine andere. Überlegungen zur Systemauswahl sollten Folgendes umfassen: 

• Community-Ressourcen
• Einwohnerzahl
• Soziale und kulturelle Normen und Erwartungen
• Politische Unterstützung oder regulatorische Einschränkungen
• Lokale Geologie und Hydrologie
• Bestehende Infrastruktur

Sehen Sie sich diese Fallstudien zur Arbeit zur Zentralisierung der Abwasserbehandlung auf der Insel an Roatán, Honduras und  Bonaire.

Entscheidungshilfen, die soziale, menschliche Gesundheits- und Umweltkriterien berücksichtigen, um das am besten geeignete System basierend auf dem lokalen Kontext zu bestimmen, fehlen derzeit. Bei der Entwicklung von Instrumenten ist es wichtig, die Erkenntnisse der Meerespraktiker in Bezug auf den Grad der Behandlung und die effektivsten Technologien zum Schutz der Ozeane einzubeziehen. Besuche den Toolbox für nachhaltige Abwasserentsorgung und Wassermanagement um mehr über Sanitärsysteme und -technologien zu erfahren.

Zentrale Kläranlagen und Abwasserkanäle

Dicht besiedelte Gebiete und Industriestädte sind in erster Linie auf zentrale Kläranlagen (ARA) angewiesen, um Abwasser aufzunehmen und zu behandeln. Komplizierte Netze von unterirdischen Abwasserrohren bringen Abwasser aus Häusern und Gebäuden mithilfe von Schwerkraft und Pumpen in die Kläranlage. Sobald das Abwasser in einer Kläranlage ankommt, durchläuft es mehrere Reinigungsstufen, bevor es abgeleitet wird. Die verwendeten Behandlungsarten und die Qualität des aufbereiteten Wassers variieren je nach Standort, Wasserbedingungen, Verfügbarkeit der Behandlungstechnologie und anderen Faktoren. Aber auch dort, wo Behandlungen erforderlich sind, sind Misserfolge häufig und es sollte nicht davon ausgegangen werden, dass Vorschriften eine angemessene Behandlung garantieren. Auf kommunaler und betrieblicher Ebene werden üblicherweise Beschränkungen der Nährstoffkonzentrationen im Abwasser eingeführt, um die Nährstoffbelastung und die daraus resultierende Eutrophierung zu bekämpfen. Behandlungskriterien sind zwar hilfreich, reichen jedoch nicht aus, um marine Ökosysteme vor Verschmutzung zu schützen, ohne dass nährstoffreduzierende Maßnahmen umfassend umgesetzt werden.

Sobald das Abwasser in einer Kläranlage ankommt, durchläuft es mehrere Reinigungsstufen, bevor es abgeleitet wird. Die verwendeten Behandlungsarten und die Qualität des aufbereiteten Wassers variieren je nach Standort, Wasserbedingungen, Verfügbarkeit der Behandlungstechnologie und anderen Faktoren. Aber auch dort, wo Behandlungen erforderlich sind, sind Misserfolge häufig und es sollte nicht davon ausgegangen werden, dass Vorschriften eine angemessene Behandlung garantieren. Auf kommunaler und betrieblicher Ebene werden üblicherweise Beschränkungen der Nährstoffkonzentrationen im Abwasser eingeführt, um die Nährstoffbelastung und die daraus resultierenden Eutrophierung. Behandlungskriterien sind zwar hilfreich, reichen jedoch nicht aus, um marine Ökosysteme vor Verschmutzung zu schützen, ohne dass nährstoffreduzierende Maßnahmen umfassend umgesetzt werden.

• primärDie Behandlung beginnt mit dem Sieben: Das Abwasser wird durch Siebe geleitet, um große Feststoffe zu entfernen. Abwasser wird dann in Absetzbecken gebracht, wo die Schwerkraft hilft, zusätzliche suspendierte Feststoffe abzusetzen.
• Sekundäroder biologische Behandlung zielt darauf ab, organische Stoffe vor der Desinfektion aus dem Abwasser zu entfernen. Sauerstoff und Mikroorganismen werden verwendet, um biochemische Reaktionen zu katalysieren und zu fördern, die Verunreinigungen abbauen. Dieser Prozess modelliert natürliche Systeme und wird durch Belüftung oder Einwirkung von zusätzlichem Sauerstoff effizienter. Für die Zersetzung ist Sauerstoff erforderlich, und die Belüftung hilft, gelöste Gase zu beseitigen. Diese Reaktionen regen schließlich dazu an, dass sich verbleibende Partikel absetzen. Übliche Techniken zur biologischen Behandlung umfassen Tropfkörper und Belebtschlamm, die die für Mikroorganismen verfügbare Oberfläche sowie deren Dichte erhöhen.
• Tertiäroder chemische Behandlung wird verwendet, um das weitere Absetzen und die Nährstoffentfernung zu fördern. Zugesetzte Polymere ziehen Schadstoffe an, um Klumpen zu bilden, während Kohlenstoff- oder Kohlefilter die physikalische Adsorption katalysieren, um Nährstoffe zu reduzieren.
• Schließlich wird das Abwasser desinfiziert, um verbleibende Krankheitserreger zu neutralisieren. Während Chlor eines der häufigsten Desinfektionsmittel ist, UV oder Ozon kann bevorzugt sein, um chemische Restkonzentrationen zu minimieren. ref

Der Abwasserfluss durch eine Kläranlage von den Ansaugrohren zum Abfluss. Quelle: Mallik und Arefin 2018

In einigen Ländern sind Primär- und Sekundärbehandlungen erforderlich, und die Zahl der Einrichtungen, in denen Tertiärbehandlungen durchgeführt werden, nimmt zu. ref Aber selbst wenn Behandlungen erforderlich sind, sind Misserfolge häufig, und es sollte nicht davon ausgegangen werden, dass geltende Gesetze eine angemessene Behandlung vorsehen. Darüber hinaus werden auf kommunaler und betrieblicher Ebene Beschränkungen der Nährstoffkonzentrationen im Abwasser eingeführt, um die Nährstoffbelastung und die daraus resultierenden . Behandlungskriterien sind hilfreich, aber nicht ausreichend, um marine Ökosysteme vor Verschmutzung zu schützen.

Kombinierte Abwassersysteme

In großen urbanen Städten fehlt vielen Landschaften die Absorption und Rückhaltefähigkeiten, die Böden, Grasland, Wälder und andere natürliche Merkmale bieten. Wenn es regnet, fließt Wasser über undurchlässige (dh gepflasterte) Oberflächen, sammelt Schutt und Verunreinigungen und wird zu einem verschmutzten Abfluss, der allgemein als Regenwasser. Um die Auswirkungen auf die Gewässer zu minimieren, haben viele Städte Mischwasserkanäle gebaut, um Regenwasser zu sammeln und zu denselben zentralen Kläranlagen wie Abwasser zu transportieren. Auf diese Weise kann die Kläranlage die Öle, Pestizide, Bakterien, Sedimente und andere Verunreinigungen entfernen, die das Regenwasser enthält. Während ein Mischwassersystem effizient erscheint, können schwere Stürme, große Schneeschmelze und manchmal sogar leichter Regen die Kapazität dieser Rohre, Fäkalientanks und Aufbereitungssysteme überschreiten. Das überlastete System leitet große Mengen an ungereinigtem Abwasser, einschließlich Rohabwasser, in die Gewässer ab. In den Vereinigten Staaten werden 40 Millionen Menschen von Mischwasserkanälen versorgt, die jährlich über 3 Billionen Liter unbehandeltes Abwasser und Regenwasserabfluss bei Mischwasserüberläufen ableiten. ref

Weitere Informationen zum Abwassermanagement finden Sie im Wastewater 101-Webinar:

Dezentrale Behandlungssysteme

Dezentrale Abwasserbehandlungssysteme oder nicht kanalisierte Abwassersysteme sind kleine Vor-Ort-Systeme zur Entsorgung menschlicher Abfälle.

Der Abwasserfluss durch ein herkömmliches Abwassersystem vor Ort. Quelle: EPA Office of Water 2002

Dezentrale Abwasserbehandlungssysteme sammeln, behandeln und leiten Abwasser an dem Ort ab, an dem es anfällt. Es gibt viele Arten von Vor-Ort-Behandlungssystemen. Die folgenden Typen sind weltweit am häufigsten:

• Senkgruben haben einen Eindämmungs- und Behandlungsschritt. Ausgehobene oder gebaute Gruben sammeln Abwasser zur natürlichen Ablagerung. Die Gruben können nicht ausgekleidet oder durch eine Stein- oder Betonbarriere von Boden und Grundwasser getrennt werden. Senkgruben bieten keine adäquate Behandlung und werden vielerorts durch effektivere Behandlungssysteme ersetzt.
• Containerbasierte Systeme sammeln und lagern Abwasser vor Ort und verlangen, dass die Abfälle zur Behandlung an einen anderen Ort transportiert werden. Diese Systeme sind überwiegend in Gebieten mit eingeschränkter Infrastruktur zu finden und umfassen Grubenlatrinen, die nach ihrer Befüllung geleert werden müssen, und Eimertoiletten, die täglich geleert werden. Die Behandlung von Abfällen, die aus containerbasierten Optionen gesammelt wurden, kann von herkömmlichen Behandlungsverfahren, neuen Verfahren zur Ressourcenrückgewinnung oder gar keiner Behandlung reichen.
• Felder entleeren Förderung von Möglichkeiten zur zusätzlichen Behandlung von Abwässern durch Mikroorganismen im Boden, Kies oder anderen Materialien vor der Einleitung in das Grund- oder Oberflächengewässer.

Das folgende Video von The Nature Conservancy Long Island bietet eine detailliertere Erklärung der Klärgruben- und Klärgrubensysteme.

Herkömmliche Kläranlagen und Senkgruben sind nicht dafür ausgelegt, Nährstoffe oder andere Verunreinigungen aus dem Abwasser zu entfernen, die eine gefährliche Bedrohung für die Meeresumwelt in Küstengebieten darstellen können. Kürzlich wurden Technologien entwickelt, um die Nährstoffentfernung in dezentralen Systemen anzugehen, aber diese neuen Lösungen wurden aufgrund einer weltweiten fehlenden Regulierung von Nährstoffen im Abwasser nicht weit verbreitet. Die Aufrüstung dezentraler Systeme mit einer verbesserten Nährstoffreduzierung hat eine höhere Kosteneffizienz gezeigt als der Bau neuer großer Abwasserbehandlungsanlagen. Übersehene Lecks und Fehlfunktionen in diesen Systemen führen zu punktueller Verschmutzung, die oft unentdeckt bleibt. Selbst wenn die Verschmutzungsquellen zurückverfolgt werden, hat die Nichteinhaltung nur wenige Konsequenzen und lässt kaum Möglichkeiten zur Durchsetzung.

Die Infrastruktur wird oft durch die Topographie der Region eingeschränkt. Schwimmende Gebiete, Überschwemmungsgebiete, undurchlässige Böden und Küstenzonen können die Umsetzung vieler Systeme erschweren. Siehe die Fallstudie aus Tonle Sap Lake, Kambodscha und Lake Indawgyi, Myanmar Beschreibung der Entwicklung und Implementierung von Handypods durch Wetlands Work.

Entladen

Abfluss aus einem Abflussrohr. Foto © pixabay

Nach der Behandlung aus zentralen oder dezentralen Systemen wird das gereinigte Abwasser direkt in nahegelegene Gewässer oder in den Boden eingeleitet. Die Art der Abwasserbehandlung und der Ort der Einleitung beeinflussen, inwieweit Abwasser das Meer verschmutzt. Abflussrohre Abwässer direkt in Flüsse und Meere einleiten. Entwässerung von Feldern, Böden, Feuchtgebieten und Vegetation verlangsamt die Versickerung von Abwasser in das Grundwasser, was zur Entfernung von Schadstoffen beiträgt. Dies hat zur Entwicklung fortschrittlicher Techniken zur Nährstoffreduzierung und naturbasierten Lösungen zur Verlangsamung des Abwasserflusses geführt. Die Fallstudie aus Santiago in der Dominikanischen Republik zeigt großen Erfolg bei der Nutzung von bebauten Feuchtgebieten zur Reduzierung der in die Wasserscheide eingeleiteten organischen Schadstoffe.

Die Einleitung von unzureichend gereinigtem Abwasser erhöht gefährliche Risiken für Menschen, Tiere und Ökosysteme. Es ist relativ einfach zu bestimmen, ob eine Großkläranlage an der Küste behandeltes oder rohes Abwasser direkt in den Ozean leitet. Schwieriger zu erkennen sind Auswaschungen aus kleineren Rückhaltesystemen und Grundwassereinleitungen. Siehe die Fallstudie aus Dar es Salaam, Tansania, Ostafrika um das Problem zu bekämpfen, dass der Inhalt von Grubenlatrinen in die Umwelt gelangt.