Bestehende Behandlungssysteme

Unterwasser-Abwasserrohr. Foto © Grafner/iStock

Die Entsorgung von Sanitärabfällen ist seit den frühesten sesshaften Zivilisationen ein Problem. In der Vergangenheit wurde Abwasser in die nächstgelegenen Wasserstraßen eingeleitet, wobei zur Behandlung Verdünnung und Oxidation genutzt wurden. Diese Idee der „Selbstreinigung“ war nicht falsch; Viele Schadstoffe können durch natürliche Prozesse bei ausreichender Einwirkung, Zeit und Verdünnung entfernt werden. Aufgrund des Bevölkerungswachstums und der zunehmenden Abwasserverschmutzung ist dieser Ansatz jedoch nicht mehr ausreichend. Die Entdeckung von durch Wasser übertragenen Krankheiten führte zur Entwicklung von Sanitärsystemen mit dem Ziel, Abwasser vom Trinkwasser zu trennen und so die menschliche Gesundheit zu schützen. ref Seitdem wurden viele Aufbereitungssysteme entwickelt, um die Menge an menschlichem Rohmüll, der in die Ozeane gelangt, zu verringern. Nachfolgend finden Sie eine Einführung in die heute gängigen Abwasseraufbereitungssysteme.

Arten von Abwasserbehandlungssystemen

Zentralisierte Behandlungssysteme

Dicht besiedelte Gebiete und Industriestädte sind zur Aufnahme und Aufbereitung des Abwassers in erster Linie auf zentrale Kläranlagen angewiesen. Komplizierte Netzwerke unterirdischer Abwasserrohre transportieren Abwasser mithilfe von Schwerkraft und Pumpen von Häusern und Gebäuden zur Kläranlage. Sobald das Abwasser in einer Kläranlage ankommt, durchläuft es mehrere Behandlungsstufen, bevor es eingeleitet wird:

  • 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 bis zum Auslass. Quelle: Mallik und Arefin 2018

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

Die verwendeten Aufbereitungsarten und die Qualität des aufbereiteten Wassers variieren je nach Standort, Wasserbedingungen, Verfügbarkeit der Aufbereitungstechnologie, Zielen zur Reduzierung der Umweltverschmutzung und anderen Faktoren. In einigen Ländern sind eine Primär- und Sekundärbehandlung erforderlich, und die Zahl der Einrichtungen, die eine Tertiärbehandlung anbieten, nimmt zu. ref Doch selbst wenn eine Behandlung erforderlich ist, kommt es häufig zu Ausfällen, und es sollte nicht davon ausgegangen werden, dass Vorschriften eine angemessene Behandlung garantieren. Auf kommunaler und anlagenbezogener Ebene gibt es oft Beschränkungen hinsichtlich der Nährstoffkonzentration im Abwasser, um der Nährstoffbelastung und den daraus resultierenden Folgen entgegenzuwirken Eutrophierung. Behandlungskriterien sind zwar hilfreich, reichen jedoch nicht aus, um marine Ökosysteme vor Verschmutzung zu schützen, ohne dass nährstoffreduzierende Maßnahmen umfassend umgesetzt werden.

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 Gewässer zu minimieren, haben viele Städte Mischkanalisationssysteme gebaut, um Regenwasser von mehreren Standorten zu sammeln und zu denselben zentralen Kläranlagen wie Abwasser zu transportieren. Dadurch kann die Kläranlage die im Regenwasser enthaltenen Öle, Pestizide, Bakterien, Sedimente und andere Verunreinigungen entfernen. Während ein kombiniertes Abwassersystem effizient erscheint, können schwere Stürme, starke Schneeschmelze und manchmal sogar leichter Regen die Kapazität dieser Rohre, Fäkalientanks und Aufbereitungssysteme überschreiten. Das überlastete System leitet große Mengen unbehandelten Abwassers, einschließlich Rohabwasser, in die Wasserstraßen ein. In den Vereinigten Staaten werden 40 Millionen Menschen von Mischwasserkanälen versorgt, die bei Mischwasserüberläufen jedes Jahr über 3 Billionen Liter unbehandeltes Abwasser und Regenwasser ableiten. ref

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

Zusammenfassung der zentralisierten Behandlungssysteme

  • Zentralisierte Systeme erhöhen die Effizienz der Behandlung, konsolidieren die Wartungskosten und minimieren sie Verschmutzung durch nicht punktuelle Quellen
  • Zu den Mängeln zentralisierter Systeme zählen erhebliche Anfangsinvestitionen, kostspielige und technische Instandhaltung, Kapazitätsbeschränkungen, Leckageanfälligkeit, Witterungsanfälligkeit und unzureichende Nährstoffentfernung

 

Dezentrale Behandlungssysteme

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

Ein herkömmliches Abwassersystem. Quelle: EPA 2018

Ein herkömmliches Abwassersystem. Quelle: EPA 2018

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:

  • Klärgruben Dazu gehören typischerweise eine Klärgrube und ein Abflussfeld. Der Tank ist ein vergrabener, wasserdichter Behälter, der normalerweise aus Beton, Glasfaser oder Polyethylen besteht. Organische Stoffe werden im Tank aufgeschlossen und der Prozess trennt schwimmfähige Stoffe (z. B. Öle und Fette) und Feststoffe vom Abwasser. Das Abwasser wird langsam aus dem Tank in eine Reihe perforierter Rohre abgeleitet, die in einem Laugungsfeld, Kammern oder anderen Spezialeinheiten vergraben sind.
  • Felder entleeren, ein Teil eines Klärsystems, fördern Möglichkeiten für eine zusätzliche Behandlung des Abwassers durch Mikroorganismen im Boden, Kies oder anderen Materialien vor der Einleitung in den Grund oder in Oberflächengewässer.
  • Senkgruben haben einen Eindämmungs- und Behandlungsschritt. Ausgegrabene oder gebaute Gruben sammeln das Abwasser zur natürlichen Ablagerung. Die Gruben können nicht ausgekleidet oder durch eine Stein- oder Betonbarriere vom Boden und Grundwasser getrennt sein. Senkgruben bieten keine ausreichende Behandlung und werden vielerorts durch wirksamere 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.

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

Herkömmliche Kläranlagen und Senkgruben sind nicht darauf ausgelegt, Nährstoffe oder andere Verunreinigungen aus dem Abwasser zu entfernen, was eine gefährliche Bedrohung für die Meeresumwelt in Küstengebieten darstellen kann. Kürzlich wurden Technologien entwickelt, um die Nährstoffentfernung in dezentralen Systemen zu bewältigen. Diese neuen Lösungen wurden jedoch aufgrund einer weltweit fehlenden Regulierung von Nährstoffen im Abwasser noch nicht umfassend umgesetzt. Die Modernisierung dezentraler Systeme zur Verbesserung der Nährstoffreduzierung ist kostspielig, hat sich jedoch als kosteneffizienter erwiesen als der Bau neuer, großer Abwasseraufbereitungsanlagen. Erfahren Sie mehr über diese neuen Technologien im Neue Managementlösungen Abschnitt dieses Toolkits. Zu den weiteren Nachteilen dezentraler Systeme gehören Lecks und Fehlfunktionen, die zu einer nicht punktuellen Verschmutzung führen können und oft unentdeckt bleiben; und selbst wenn die Verschmutzungsquellen ausfindig gemacht werden, hat die Nichteinhaltung kaum Konsequenzen, was kaum Möglichkeiten für eine Durchsetzung lässt.

Zusammenfassung der dezentralen Behandlungssysteme

  • Dezentrale Behandlungen sind individualisiert, arbeiten in kleineren Maßstäben und dienen einer Reihe von Bevölkerungsdichten
  • Zu den Mängeln dezentraler Systeme zählen häufiges Missmanagement oder Versehen, das zu Verstößen führt, unzureichende Entfernung von Nährstoffen und neu auftretenden Verunreinigungen sowie keine Behandlung von Regenwasser

Discharge

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 Abwasser direkt in Flüsse und Meere einleiten. Alternativ dazu verlangsamen die Entwässerung von Feldern, Böden, Feuchtgebieten und Vegetation die Versickerung des Abwassers in das Grundwasser, was zur Entfernung von Schadstoffen beiträgt. Dies hat zur Entwicklung fortschrittlicher Techniken zur Nährstoffreduzierung und naturbasierter Lösungen zur Verlangsamung des Abwasserflusses geführt. Der Fallstudie aus Santiago in der Dominikanischen Republik zeigt große Erfolge bei der Nutzung bebauter Feuchtgebiete zur Reduzierung der in das Wassereinzugsgebiet eingeleiteten organischen Schadstoffe. Siehe die Neue Managementlösungen Weitere Informationen zu innovativen Techniken zur Nährstoffreduzierung und naturbasierten Lösungen finden Sie im Abschnitt.

Die Einleitung unzureichend gereinigten Abwassers erhöht die Gefahren für Menschen, Tiere und Ökosysteme. Es lässt sich relativ einfach feststellen, ob eine große Küstenkläranlage behandeltes oder rohes Abwasser direkt in den Ozean einleitet. Schwieriger ist es, Auswaschungen aus kleineren Rückhaltesystemen und Grundwassereinleitungen zu erkennen. Siehe die Fallstudie aus Dar es Salaam, Tansania, Ostafrika Hier finden Sie ein Beispiel für die Bekämpfung des Problems, dass der Inhalt von Grubenlatrinen in die Umwelt gelangt.

So wählen Sie ein Abwassermanagementsystem aus

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Abwasser zu verwalten. Die Auswahl einer Abwasserbehandlungsmethode ist stark orts- und kontextspezifisch. Viele Faktoren bestimmen, welcher Systemtyp besser geeignet ist: ein zentralisiertes Abwasseraufbereitungssystem oder ein dezentrales Aufbereitungssystem vor Ort. Die beste Lösung für eine Community funktioniert möglicherweise nicht für eine andere. Überlegungen zur Auswahl eines Abwassermanagementsystems sollten Folgendes umfassen:

  • Gemeinschaftsressourcen
  • Einwohnerzahl
  • Soziale und kulturelle Normen und Erwartungen
  • Politische Unterstützung oder regulatorische Einschränkungen
  • Lokale Geologie und Hydrologie
  • Ziele zur Reduzierung der Umweltverschmutzung
  • Bestehende Infrastruktur

Bei der Bestimmung des am besten geeigneten Sanitärsystems oder der am besten geeigneten Sanitärtechnologie für Ihren Standort und Kontext können Meeresmanager auf Entscheidungshilfetools zurückgreifen, die soziale, menschliche Gesundheits- und Umweltkriterien berücksichtigen. Beispiele hierfür sind die Toolbox für nachhaltige Abwasserentsorgung und Wassermanagement Dies hilft dabei, verschiedene Sanitäroptionen basierend auf ausgewählten Ein- oder Ausgängen hervorzuheben ref und dieses Flussdiagramm von WaterAid, das den Fluss von Exkrementen von der Quelle ins Meer kartiert und Bereiche hervorhebt, in denen Managementmaßnahmen gut funktionieren, und Bereiche, in denen Verbesserungen erforderlich sind.

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