Die Wiederverwendung von Wasser spart Energie, Geld und Ressourcen. Erkundung nicht-membranbasierter Behandlungsverfahren für ein kosteneffizientes Projekt.
Die Welt steht aufgrund der wachsenden Bevölkerung, der Verstädterung, der zunehmenden landwirtschaftlichen Produktion und des Klimawandels vor einer erheblichen Wasserkrise. Diese Faktoren haben zu einem erheblichen Wasserbedarf geführt, der die lokalen und regionalen Versorgungskapazitäten übersteigt.
Auf diese Weise wird gereinigtes Abwasser weltweit indirekt wiederverwendet, um die sich schnell erschöpfenden Teiche, Flüsse und Seen, die als Quelle für unser Trinkwasser dienen, aufzufüllen. Die Rückgewinnung von Wasser ist von entscheidender Bedeutung für die Gewährleistung einer zuverlässigen und nachhaltigen Wasserversorgung für den menschlichen Verbrauch und andere Zwecke.
Dies ist Teil 1 einer dreiteiligen Serie über rückgewonnenes Wasser. Teil 2 der Serie wird die direkte Wiederverwendung von Wasser beleuchten, und Teil 3 wird sich mit der indirekten Wiederverwendung von Wasser befassen.
Die Notwendigkeit der Wasserwiederverwendung wird besonders deutlich, wenn:
Aufbereitetes Wasser ist das Ergebnis einer fortgeschrittenen Aufbereitung kommunaler Abwässer durch Verfahren wie ENR mit Tertiärfiltern, Mikro- oder Ultrafiltration, Nano- oder Umkehrosmose und biologische Filtration vor einer UV- oder chemischen Behandlung. Dieses aufbereitete Wasser kann entweder an Wasserreservoirs in der Umgebung abgegeben werden (indirekte Wiederverwendung für Trinkwasser) oder direkt in das Trinkwasserverteilungssystem eingeleitet werden, und zwar vor oder nach der Aufbereitung (direkte Wiederverwendung für Trinkwasser).
Leitlinien und Herausforderungen
Obwohl es keine speziellen Bundesrichtlinien für die Wiederverwendung von Trinkwasser gibt, muss wiedergewonnenes Wasser die von der EPA im Safe Drinking Water Act (SDWA) festgelegten Trinkwasseranforderungen erfüllen. Nach der Abwasserreinigung müssen die verbleibenden mikrobiellen und chemischen Bestandteile beseitigt werden, bevor das Abwasser als Trinkwasser zur Verfügung steht. Daher ist eine weitergehende Behandlung der Abwässer unerlässlich, bevor das Wasser in irgendeiner Form sicher ist (IPR oder DPR).
Die meisten IPR-Projekte betreffen die Boden-Aquifer-Behandlung (Soil Aquifer Treatment, SAT) oder die fortgeschrittene Abwasserbehandlung (Advanced Wastewater Treatment, AWT). Die DPR-Projekte stützen sich jedoch nicht auf SAT, sondern verwenden stattdessen eine fortgeschrittene Wasseraufbereitung. Bei der vollständigen weitergehenden Aufbereitung sind die teuren Verfahren der Mikrofiltration/Ultrafiltration (MF/UF) sowie der AOP (Advanced Oxidation Processes) oder der Nanofiltration/Umkehrosmose (NF/RO) vor der Aufbereitung wesentliche Vorbehandlungsschritte.
Zu den Kosten, die mit einem Wasserwiederverwendungsprojekt verbunden sind, gehören Kapitalkosten, z. B. für Hoch- und Tiefbau, Elektrik, Mess- und Regeltechnik, andere unterstützende Systeme und Kosten außerhalb des Standorts (für die Weiterleitung von Quellwasser und aufbereitetem Wasser). Mikrofiltration und Umkehrosmose machen den größten Teil der Kapitalkosten aus.
Zu den Betriebs- und Wartungskosten gehören Fixkosten, wie z. B. Arbeitskräfte, Reparatur/Wartung der Geräte, und andere variable Ausgaben, wie z. B. Kosten für Chemikalien, Strom, Austausch von UV-Lampen, Austausch von Filterpatronen und Entsorgung von Konzentraten.
Laut einer Studie der WateReuse Research Foundation (WRRF) aus dem Jahr 2014 haben Anlagen, die nicht auf Membranen basieren, die geringsten Kosten. Diese Anlagen weisen auch bei höheren Durchflüssen Größenvorteile auf (>20 MGD). Außerdem verdoppeln sich durch die Handhabung und Entsorgung des RO-Konzentrats die Kosten für den Betrieb einer vollständig fortgeschrittenen Kläranlage.
Die Kosten eines Projekts zur Wiederverwendung von Wasser hängen von mehreren Variablen ab, u. a. von der Art der Anwendung, den Kosten des Quellwassers, den angewandten Aufbereitungsmethoden, den gebauten Anlagen, der jährlichen Wasserleistung und den Betriebskosten (Energie, Personal, Chemikalien). Nicht-membranbasierte Behandlungsverfahren können insgesamt kosteneffizienter sein. Sie sollte bei der Planung eines Projekts eine Priorität darstellen. Die Wiederverwendung von Wasser hat mehrere Vorteile, unter anderem einen geringeren Wasserverbrauch, einen geringeren Energieverbrauch, eine geringere Abwassereinleitung und eine geringere Belastung der Süßwasserressourcen.
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