Bestehende Behandlungssysteme

Abwasserleitung. Foto © Joe Miller

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.

Wasseraufbereitungsanlage

Kläranlage in Kalifornien, USA. Foto © Michael Layefsky, Flickr

Zentrale Kläranlagen und Abwasserkanäle

Hintergrund

Dicht besiedelte Gebiete und Industriestädte sind in erster Linie auf zentralisierte Kläranlagen angewiesen, um Abwasser aufzunehmen und zu behandeln. Komplizierte Netze von unterirdischen Abwasserrohren bringen Abwasser aus Haushalten und Gebäuden mithilfe von Schwerkraft und Pumpen in die Kläranlage. Diese großen Anlagen sind teuer zu bauen, zu betreiben und zu warten. Technologien und Behandlungskapazitäten Diese Systeme werden nach anfänglichen Investitionen selten aktualisiert und verfügen häufig nicht über die Fähigkeit, die Funktion ordnungsgemäß aufrechtzuerhalten. Dies gilt auch für Abwasserrohre, die häufigen Undichtigkeiten und Überläufen ausgesetzt sind. Der Aufbau einer Abwasserrohrinfrastruktur ist teuer, insbesondere außerhalb dicht besiedelter städtischer Gebiete. Es besteht auch ein zunehmendes Risiko von Fehlfunktionen, die durch vermehrte Niederschläge, steigende Grundwasserspiegel und Meeresspiegel verursacht werden. Zusätzlich zu den anfänglichen Baukosten sind Wartung und Aufrüstung dieser umfangreichen Infrastruktur kostspielig und liegen in der Regel in der Verantwortung einer Gemeinde oder einer lokalen Regierung.

Antenne der Kläranlage

Kläranlage von oben. Foto © Alex de Haas, Flickr

Großstädte erzeugen nicht nur große Abwassermengen, sondern auch Regenwasser auch (zusammen gelten sie als Abwasser). In Gebieten ohne die Absorption Aufgrund der Rückhaltung, die Böden, Wiesen, Wälder und andere natürliche Merkmale bieten, kann der Niederschlag nirgendwo hinfließen. Er fließt über undurchlässige Oberflächen und sammelt Ablagerungen und Verunreinigungen an, was zu einem verschmutzten städtischen Abfluss führt. Als Reaktion darauf bauten viele Städte kombinierte Abwasserkanäle, um Regenwasser zu sammeln und zu denselben zentralen Kläranlagen wie Abwasser zu transportieren. Dies scheint zwar effizient zu sein, erhöht jedoch die Verwundbarkeit aller Systemkomponenten. Stürme und sogar leichter Regen übersteigen häufig die Kapazität von Rohren, Vorratsbehältern und Aufbereitungssystemen, was zu großen Einleitungen von unbehandeltem Abwasser, einschließlich Rohabwasser, in Wasserstraßen führt. In den Vereinigten Staaten werden 40 Millionen Menschen von kombinierten Abwasserkanälen versorgt, die jährlich über 3 Billionen Liter unbehandelten Abwassers und Regenwasserabflusses bei kombinierten Abwasserüberlaufereignissen (CSO) ablassen. ref

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

Behandlung

Sobald das Abwasser in einer Kläranlage ankommt, wird es vor der Einleitung mehreren Behandlungsstufen unterzogen.

  • 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: öffnet sich in einem neuen FensterMallik und Arefin 2018

In einigen Ländern sind Primär- und Sekundärbehandlungen erforderlich, und die Zahl der Einrichtungen, in denen Tertiärbehandlungen durchgeführt werden, nimmt zu. ref Selbst wenn Behandlungen erforderlich sind, treten häufig Fehler auf, und es sollte nicht davon ausgegangen werden, dass die geltenden Gesetze eine angemessene Behandlung anzeigen. Darüber hinaus werden Beschränkungen der Nährstoffkonzentrationen im Abwasser auf kommunaler und betrieblicher Ebene eingeführt, um die Nährstoffbelastung und die daraus resultierenden Auswirkungen zu berücksichtigen Eutrophierung. Behandlungskriterien sind hilfreich, reichen jedoch nicht aus, um die Meeresökosysteme vor Verschmutzung zu schützen.

Übersicht über das zentralisierte System

  • 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

Hintergrund

Abwasserbehandlungssysteme vor Ort (auch als nicht abwasserkanalisierte Abwasserentsorgung bezeichnet) sind lokalisierte kleine Systeme zur Entsorgung menschlicher Abfälle, bei denen zentralisierte Systeme entweder ungeeignet sind oder nicht gebaut wurden. Hydrologie, Geologie und Geographie (sowie Finanzen, Politik und Vorschriften) können bestimmen, ob eine Kanalisation und ein zentrales System möglich sind oder ob Abwasserbehandlungssysteme (OWTS) vor Ort besser geeignet sind. Gebiete mit verstreuten Wohnhäusern, flachen Böden, undurchlässigem Grundgestein oder gefährdeten Grundwasserspiegeln werden häufig von OWTS bedient. Diese Systeme können für einzelne Hausbesitzer kostspielig sein, jedoch können an einigen Stellen die Installations- und Wartungskosten durch Subventionen oder lokale Anreize gesenkt werden.

Behandlung

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

Abwasserbehandlungssysteme (OWTS) vor Ort sammeln, behandeln und leiten Abwasser an dem Ort ab, an dem es erzeugt wird. Es gibt viele Arten von Behandlungssystemen vor Ort, aber die folgenden drei Arten sind weltweit weit verbreitet:

  • Senkgruben, die nur einen Eindämmungs- und Behandlungsschritt haben. Hier sammeln gegrabene oder gebaute Gruben Abwässer zur natürlichen Ablagerung und Behandlung. Die Gruben können mit einer Barriere ausgekleidet oder nicht ausgekleidet sein, die eine minimale Trennung von Boden und Grundwasser bietet. Es wird gezeigt, dass Senkgruben unwirksam sind, eine unzureichende Behandlung bieten und an vielen Stellen auslaufen, ersetzt und sogar verboten werden.
  • Klärgruben Enthalten typischerweise einen Vorratsbehälter für Abwasser und ein Verteilungsverfahren, um eine zusätzliche Behandlung des Abwassers beim Ablassen bereitzustellen. Tanks fangen nicht nur Rohabfälle auf, sondern fördern auch das Absetzen und anaerob Behandlung. Ein zusätzliches aerob Tankkammern werden immer häufiger eingesetzt, um die biologische Behandlung und Nährstoffentfernung zu verbessern, und einige Klärgruben verfügen sogar über Umwälzpumpen, um das Abwasser zwischen der aeroben und der anaeroben Umgebung zu bewegen. Die Verteilung ist entscheidend für die Verlangsamung des Abwasserflusses in die Umwelt.
  • Felder entleeren sind eine Ausbreitungstechnik, die Möglichkeiten für eine zusätzliche Behandlung des Abwassers durch Mikroorganismen in Boden, Kies oder anderen Materialien vor dem Einleiten in das Grund- oder Oberflächenwasser fördert.

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

Eine weitere Option für ein Abwasserbehandlungssystem (OWTS) vor Ort sind Systeme auf Containerbasis, die auf ähnliche Weise Abwasser vor Ort sammeln und speichern und dann den Abfall zur Behandlung an einen anderen Ort transportieren müssen. Diese Systeme sind vorwiegend in Gebieten mit begrenzter Infrastruktur zu finden und umfassen Grubenlatrinen, die geleert werden müssen, sobald sie voll sind, und Eimertoiletten, die täglich geleert werden. Die Behandlung von Abfällen aus containergestützten Optionen reicht von den oben beschriebenen konventionellen Behandlungsverfahren über neue Methoden zur Rückgewinnung von Ressourcen bis hin zu keiner Behandlung. Erfolgreiche containergestützte Optionen werden in ausführlicher beschrieben Neue Lösungen.

Klärgruben und Senkgruben sind nicht für die Nährstoffversorgung ausgelegt und können diese nur unzureichend aus dem Abwasser entfernen. Sie können für die Meeresumwelt in Küstengebieten gefährlich sein. Obwohl es viele technologische Fortschritte gegeben hat, um die Nährstoffentfernung in OWTS anzugehen, fehlt es weltweit an einer Regulierung der Nährstoffe in Abwässern. Übersehene Lecks und Fehlfunktionen verursachen eine Verschmutzung durch nicht punktuelle Quellen, die schwer zu erkennen ist und keine Konsequenzen für die Nichteinhaltung hat, so dass nur wenig Möglichkeiten zur Durchsetzung bestehen. Upgrades auf OWTS-Systeme, um eine verbesserte Nährstoffreduzierung zu ermöglichen, zeigen dies mehr Kosteneffizienz als neue, großflächige Kläranlagen zu bauen.

Die sanitäre Infrastruktur wird durch die Topographie einer Region eingeschränkt. Schwimmende Gebiete, Auen, undurchlässige Böden und Küstengebiete können die Implementierung 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.

Übersicht über das dezentrale System

  • 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

Entladen

Abfluss aus einem Abflussrohr. Foto © pixabay

Nach der Behandlung aus zentralen oder dezentralen Systemen wird das behandelte Abwasser direkt in nahegelegene Gewässer oder in den Boden eingeleitet. Abflussrohre werden verwendet, um Abwasser direkt in Flüsse und Ozeane abzuleiten, während Abflussfelder, Böden, Feuchtgebiete und Vegetation das Versickern von Abwasser in das Grundwasser verlangsamen. Die Kontamination der Ozeane durch Abwasser hängt sowohl vom Grad der Behandlung vor der Einleitung als auch von der verwendeten Einleitungsstrategie ab. Fortgeschrittene Nährstoffreduktionstechniken und naturbasierte Lösungen können eine zusätzliche Behandlung bewirken und den Abwasserfluss verlangsamen. Das 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.

Andererseits birgt die Einleitung von unzureichend behandeltem Abwasser erhöhte Gefahren für die Gesundheit von Mensch, Organismus und Ökosystem. Während große Kläranlagen in Küstengebieten gereinigtes oder rohes Abwasser oft direkt ins Meer einleiten, kommt es auch durch Grundwassereinleitungen und -auswaschungen oft unbemerkt zu Abwasserbelastungen durch kleinere Rückhaltesysteme. Siehe die Fallstudie aus Dar es Salaam, Tansania, Ostafrika um das Problem zu bekämpfen, dass der Inhalt von Grubenlatrinen in die Umwelt gelangt.

Überlegungen zur Systemauswahl

Infrastruktur, Ressourcen, Geologie, Bevölkerungsgröße, soziale und kulturelle Normen sowie Politik beeinflussen die Auswahl der Abwasserbehandlungssysteme. Diese Auswahl ist sehr standortspezifisch, und zentralisierte Systeme können an vielen Orten mit höheren Kosten weniger effektiv sein. Beispielsweise eignet sich eine Kläranlage in Gebieten mit hoher Struktur- und Bevölkerungsdichte, vorhandenen Rohrnetzen (oder den Ressourcen und der geeigneten Geologie, um sie erfolgreich zu installieren) und der Kapazität für hochtechnische Wartung. Alternativ sind OWTS besser geeignet, wenn keine Abwasserkanäle vorhanden sind und mehr Abstand zwischen den Abwasserquellen (Haushalte, Unternehmen usw.) besteht. Bestehende Abwasserinfrastrukturen beeinflussen die Systemeignung, da Upgrades häufig einfacher und kostengünstiger zu implementieren sind als die Entwicklung neuer Infrastrukturen. Sehen Sie sich diese Fallstudien zur Zentralisierung der Abwasserbehandlung auf der Insel an Rotan, Honduras und Bonaire.

Es fehlen Entscheidungshilfen zur Auswahl des besten Systems auf der Grundlage lokaler Kontexte, was es schwierig macht, den Bedarf an Abwasserverschmutzung und Abwasserentsorgung angemessen zu bewältigen. Überlegungen zur Systemauswahl sollten vorhandene Infrastruktur, Gemeinschaftsressourcen, soziale und kulturelle Erwartungen, politische Unterstützung oder Einschränkungen, die lokale Geologie und Hydrologie und viele andere Faktoren umfassen. Besuche den öffnet sich in einem neuen FensterToolbox für nachhaltige Abwasserentsorgung und Wassermanagement um mehr über Sanitärsysteme und -technologien zu erfahren.

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