新たな管理ソリューション

下水管。 写真©ジョーミラー

廃水処理システムを改善および開発するための革新的な技術と新しい管理戦略が出現しています。 いくつかの例を以下に詳しく説明します。

高度なオンサイト廃水処理システム(OWTS)での栄養素の除去

からの栄養素除去能力を高めるための浄化槽システムの改善 排水 排出前は、富栄養化の影響を受けやすい地域でのオンサイト廃水処理システム(OWTS)の新たな戦略です。 栄養素の負荷を減らすために、新しい技術が普及し、いくつかの場所でさえ必要とされています。

サンドフィルター浄化槽システム

サンドフィルター浄化槽システム。 ソース: 新しいウィンドウで開きますUSEPA

見ます ニューヨーク州ロングアイランドのケーススタディ 古い浄化槽システムを、排水からの窒素の約95%が流域に入るのを防ぎ、地下水帯水層を再充電できる浅い浸出場を備えた窒素削減システムに置き換える取り組みについて説明します。

リソースの回復

資源回収とは、し尿から水と固形物を回収して再利用することです。 資源回収は、小規模なOWTSと大規模な集中型下水処理プラントの両方のソリューションとして注目を集めています。 リソース回復のためのいくつかの戦略は次のとおりです。

  • 淡水の埋め立て 灌漑やその他の飲用に適さない用途のために、将来の衛生と治療に必要な水を減らすこともできます
  • バイオソリッド 適切な基準で処理されたときに肥料として土壌に追加するために使用されます(たとえば、 新しいウィンドウで開きますループバイオソリッド 微生物と熱を消化に使用して、庭や森で使用する製品を作成する米国シアトル)
  • 精密ろ過、 逆浸透, UV (によって使われた オレンジカウンティウォーターディストリクトの地下水補給システム、米国ロサンゼルスの飲料水用)
  • バイオガスの生成 嫌気性消化 メタンの回収–資源を回収し、バイオソリッドを処理し、温室効果ガスの排出を軽減するために、大規模な廃水処理プラント(WWTP)でよく使用されます。

衛生状態の欠如は、資源回収戦略を実施する唯一の理由ではありません。 時代遅れの処理システムと残りの栄養素および新たな汚染物質もまた、人間と海洋の健康に有害です。 参照 さらに、下水廃棄物から回収された資源は、淡水から希少な金属や栄養素(リンなど)に至るまで、貴重なものになる可能性があります。 うまく行けば、資源回収は廃棄物から価値を生み出し、Janicki Omniprocessor(以下の説明を参照)に例示されるように、処理に必要な電気、水、および熱エネルギーを生成することによって完全に閉ループシステムに貢献できます。 この技術は、既存の不十分な治療システムを改善または置き換えることができます。

以下にXNUMXつの操作について詳しく説明し、コンテナベースおよび地方自治体規模のイノベーションの例を示します。

土壌ハイチ

出典:SOILハイチ

生態学的衛生 SOIL ハイチ

廃水を処理するために生態学的プロセスを使用するという概念は新しいものではありませんが、アクセスできない人々にトイレを提供しながら安全にそれを行うことは、ハイチの汚染と侵食に対する解決策を提供しました。 新しいウィンドウで開きますSOIL(持続可能な有機統合生計) は、コンテナベースの衛生設備を提供するNGOです。 彼らは、尿分流トイレを使用して固形廃棄物を隔離し、毎週収集してから、廃棄物を堆肥化施設に輸送して処理します。 堆肥化により、廃棄物は世界保健機関によって定義された基準に従って処理され、完成した肥料は農家に販売されて収穫量が増加します。

Janickiバイオエネルギー

ビル&メリンダゲイツ財団によってサポートされているオムニプロセッサは、世界中の都市にサービスを提供する大規模なWWTPの将来的な代替品です。 この技術は、人間の排泄物を蒸気と灰に変え、プラントの運転に電力を供給するために使用されます。 淡水は回収され、飲用に再利用できるように処理されます。 セネガルのダカールではまだプロトタイプですが、このシステムはし尿の成分を資源と見なし、運用コストと天然資源の投入を相殺する可能性を示しています。 廃棄物を富に変えることについてのビデオをご覧ください。

自然ベースのソリューション

廃水管理はしばしば灰色のインフラストラクチャーを思い起こさせます:セメントパイプと地下貯蔵タンク。 自然(グリーン)インフラストラクチャと 自然ベースのソリューション(NBS) 廃水の影響に対する追加の保護を提供し、汚染された地表水と地下水を海に排出する前に効果的に捕捉します。 汚染された水の微生物活動への長時間の曝露、植物の取り込み、および酸素化を含む自然処理プロセスは、栄養素および病原体の除去、ならびに他の有害な人間の排泄物成分の潜在的な吸収を促進します。 参照 下の画像をクリックして、NBSの機会とメリットを確認してください。

水管理のための自然インフラ

自然ベースのソリューションの機会とメリット。 出典:IUCN

湿地がもたらすメリット

自然と人工の両方の湿地が生態系と水質を提供するという利点。 水質は、これらのシステムを通過し、海などの他の水域に入る前に移動することで改善されます。 ソース: 新しいウィンドウで開きますチベット自然環境保全ネットワーク

NBSの取り組みには、次のような多くの例があります。 アメリカ領サモアにおけるサンゴ礁の汚染削減への尾根 栄養素を除去するためのバイオリテンションと侵食制御のためにバイオチャーとベチバーグラスを使用します。 他の例としては、人工湿地、バイオスウェール、活性炭堆積物、藻類芝スクラバー、集落池、水辺の緩衝地帯などがあります。 自然に基づく解決策(NBS)に対する批判は、それらがそれ自体で病原体の適切な治療と除去を提供しないかもしれないということです。 ただし、追加の治療と酸素および微生物との長期的な相互作用と相まって、この課題は克服することができ、NBSは他の治療メカニズムを強化するための効果的な戦略を提供する可能性があります。 これをチェックしてください プエルトリコのグアニカ湾からのケーススタディ ここでは、グリーンインフラストラクチャを使用して、浄化槽の排出に追加の処理を提供し、汚染物質の除去を強化し、湾に流入する廃水の量を大幅に削減しました。

規制

コミュニティ、都市、州、および国の内部およびそれらの間の規制の不一致は、廃水管理にとって複雑な課題を提示します。 ただし、廃水媒介汚染物質の定期的な監視としきい値の設定は、汚染イベントを測定し、対応と予防の取り組みを動機付ける可能性を秘めています。 既存の処理基準または排水規制のほとんどの例は温帯地域からのものですが、廃水固有のポリシーがない地域でも、既存の汚染の測定を強化し、介入を通知し、将来の監視を補足するように戦略を適合させることができます。

地域協会は、管理者を規制当局や公益事業者と結び付けるための重要なパートナーです。 などの組織 新しいウィンドウで開きますカリブ海上下水道協会 新しいウィンドウで開きます太平洋上下水道協会、 そしてその 新しいウィンドウで開きます太平洋水と廃棄物協会 は、適用可能な規制要件をナビゲートし、データ、ツール、およびその他のリソースにアクセスしようとしているマネージャーにとって貴重なリソースです。

水域と水生生物の汚染物質の閾値を確立するために、いくつかのツールがUSEPAによって実装されています。 一般的に使用されるしきい値ツールは、XNUMX日の総最大負荷(TMDL)です。これは、水域に入ることが許可されている特定の汚染物質の量を制限します。 これは、以下に由来する廃水汚染物質に特に効果的です。 非点源。 TMDLは、水源ではなく、水域に入る汚染物質の量に関係しています。 のいくつか 新しいウィンドウで開きます多くの追加のEPAツール 栄養素データレイヤーを含める( 新しいウィンドウで開きますNPDAT)、水質モデリングプログラム( 新しいウィンドウで開きますWASP)、および生物学的障害の診断ツール( 新しいウィンドウで開きますCADDIS).

米国のサンゴ礁タスクフォース(USCRTF)の新たな規制ツールは、サンゴ礁環境に固有の水質基準に基づく生物学的条件勾配(BCG)です。 BCGは、ベースラインを確立し、汚染と生態系のデータを経時的に編集することにより、サンゴ礁の生態系に対する汚染の影響を理解するための戦略を提示します。 このツールを使用して、将来の汚染の影響を予測したり、長期暴露がサンゴ礁システムに与える影響を示したりすることができます。

BCGの概念モデルは、生息地のストレス要因、特に汚染に対するサンゴ礁の脆弱性と応答をグラフィカルに示し、汚染、自然生息地からの逸脱、生態系と生物多様性の完全性と機能性の関係を示しています。 出典:米国サンゴ礁タスクフォース

下水道システムに関するオーストラリアのガイドラインである排水管理は、排水を排出する前に環境パラメータを考慮する必要があることを認めています。 沿岸水域に排出される排水の処理基準は現地で定められていますが、政府は排出前後の水質の監視、病原菌を減らすための二次処理、消毒を奨励しています。 湾と河口は、希釈が遅いために汚染に特に敏感であり、(少なくとも)二次処理としばしば追加の栄養素除去を必要とすることが認められています。 参照 National Outfall Databaseマップは、オーストラリア全土の流出への排出量を追跡し(2019年まで)、提供された人口、治療の種類、およびさまざまな汚染物質レベルについて報告します。 オーストラリアの廃水管理戦略は、海洋保護とますます一致しています。  新しいウィンドウで開きますケアンズのクリーナーシーズアライアンス廃水処理プラントのアップグレードPDFファイルを開きます .

システムの適合性

以下のチャートは、排水、規制、および受け入れ環境に基づいてシステムの意思決定を導くためのいくつかの考慮事項を示しています。 最も適切な衛生介入を決定する際の社会的、健康的、および環境的基準を説明するツールは現在不足しています。 将来のツールが開発されるにつれて、治療の程度と海洋を保護するための最も効果的な技術に関する海洋開業医の洞察を含めることが重要です。

上記の概略図は、統合されたシステム適合性意思決定支援ツールが、健康、生態系、リソース、有効性、受容性、および持続可能性を考慮するために含む可能性のある考慮事項を詳しく説明しています。 出典:USEPAから引用

マサチューセッツ州沿岸部は、何十年もの間、廃水汚染に関連する栄養塩負荷の課題に直面してきました。 それに応えて、ケープコッド委員会は衛生技術のインタラクティブなウェブサイトをまとめました、 新しいウィンドウで開きますテクノロジーマトリックス。 このツールは、さまざまなコンテキストでそれらを適切にするさまざまなテクノロジーの属性と欠点を詳しく説明します。 栄養素の除去に特に重点を置き、 沿岸修復、および修復は、海洋開業医にとってこのサイトの関連性を示しています。 これらのテクノロジーをクリックすると、利用可能なソリューションに関する詳細情報が表示され、特定の状況で最も互換性が高い可能性があります。

コンテストと課題

衛生設備はさまざまな方法で実現でき、幅広いリソースを必要とし、さまざまなレベルの成功をもたらします。 ビル&メリンダゲイツ財団は、衛生技術を改善するための革新を優先し、毎年資金を提供しています  新しいウィンドウで開きますトイレチャレンジを再発明する アイデアを募り、水、電気、および金銭の投入を最小限に抑えるモジュール式衛生システムの開発をサポートします。 新しいウィンドウで開きますRAREの2020ソリューション検索 水質汚染を減らすための行動変化戦略に焦点を当てた。 健康と環境保全の要件としての衛生への関心の加速は、新しいアイデアを刺激し続けるでしょう。

このような機会は、廃水汚染の学際的な性質を示しています。 テクノロジー、規制、および管理戦略は不可欠ですが、永続的なソリューションにはセクター間のコラボレーションが必要です。 この取り組みへの海洋管理者の関与は、海洋資源を保護するために不可欠です。

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