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Auf dem Weg zur Nachhaltigkeit: Perfektionierung der Abwasservorbehandlung für die direkte Wiederverwendung von Trinkwasser

Bedenken hinsichtlich Wasserknappheit und Quellwasserverschmutzung sorgen für ein immer größeres Interesse an der Praxis von DPR-Systemen (Direct Potable Reuse). DPR verwendet viele der gleichen Abwasser- und Trinkwasseraufbereitungssysteme, die derzeit vorhanden sind, aber anstatt das gereinigte Abwasser wieder in den Boden einzuleiten, wird das Wasser gespeichert, um bei Bedarf von der Wasseraufbereitungsanlage (WTP) entnommen zu werden.

Um die höchste Wasserqualität zu gewährleisten, verwenden DPR-Systeme häufig Ultrafiltrationsmembranen anstelle einer tertiären Abwasserbehandlung oder als Vorbehandlung vor der Lagerung. Dieser Vorbehandlungsprozess, der auch Desinfektions- und andere Sanierungsprozesse umfasst, muss ordnungsgemäß konzipiert sein, um sicherzustellen, dass das Wasser von der Kläranlage effektiv behandelt wird.

Vorteile der direkten Wiederverwendung von Trinkwasser

Der Hauptvorteil von DPR besteht darin, dass es Gemeinden ermöglicht, Wasser zu sparen und Widerstand gegen Dürre zu leisten. Darüber hinaus bietet DPR folgende Vorteile:

  • Verbesserte Wasserqualität. DPR bietet eine bessere Wasserqualität als die meisten entnommenen und aufbereiteten Quellwässer und übertrifft oft die gesetzlichen Standards für Trinkwasser.
  • Effizientere Trinkwasseraufbereitung. DPR erzeugt eine gleichmäßigere Wasserqualität als Oberflächen- oder Grundwasser, dessen Zusammensetzung variieren kann, was für Kläranlagenbetreiber eine Herausforderung darstellt.
  • Reduzierte Belastung durch neu auftretende Schadstoffe. Verunreinigungen wie PFAS, industrielle Lösungsmittel und sogar Mikroplastik werden während der Abwasseraufbereitungsphase erfolgreich aus dem DPR-Wasser entfernt und stellen so sicher, dass sie nicht wieder in das Trinkwassersystem gelangen.
  • Minimale Umweltbelastung. Da es sich um einen weitgehend geschlossenen Kreislauf handelt, wird DPR-Abwasser nicht in eine Wasserquelle zurückgeleitet und den Wasserquellen wird nur wenig bis gar kein Quellwasser entnommen, wodurch mögliche Auswirkungen minimiert werden.

Bedeutung der Vorbehandlung

Die DPR-Wasseraufbereitung besteht aus vielen Stufen, einschließlich primärer, sekundärer und manchmal tertiärer Abwasserbehandlung. Das behandelte Abwasser wird dann für die Lagerung vorbereitet, bevor es von der Kläranlage entnommen und nach Trinkwasserstandards aufbereitet wird. Die Vorbehandlung erfolgt zwischen diesen Schlüsselphasen und besteht aus zwei direkten Maßnahmen: Trübungsreduzierung und Desinfektion. Eine wirksame Vorbehandlung ist aus mehreren Gründen von entscheidender Bedeutung, darunter:

  • Gesundheit und Sicherheit. Durch die Vorbehandlung werden Krankheitserreger minimiert, die sich während der Lagerung vermehren und potenzielle Probleme für den Trinkwasseraufbereitungsprozess und letztendlich für die Kunden verursachen können.
  • Geschmack und Geruch. Auch nach dem Durchlaufen der Trinkwasseraufbereitungsprozesse kann eine unzureichende Voraufbereitung zu Geruchs- und Geschmacksproblemen führen.
  • Behandlungseffizienz. Übermäßige Trübung kann den Behandlungsprozess stören. Im schlimmsten Fall kann es zu Verstopfungen von Filtern, Pumpen oder anderen Geräten kommen. Darüber hinaus können Trübungen Krankheitserregern Schutz vor Desinfektionsmitteln bieten.
  • Kosten. Einige oder alle der oben genannten Faktoren können zu zusätzlichen Kosten im Zusammenhang mit Ausfallzeiten, Geräteausfällen, längeren Bedienerstunden usw. führen.
  • Compliance-Probleme. Das besorgniserregendste Ergebnis einer unzureichenden Vorbehandlung ist die Nichterfüllung gesetzlicher Anforderungen, was zu Problemen für die Wasserversorgungs- und/oder Kläranlagenmanager führt.

Überlegungen zum Design vor der Behandlung

Mit Porengrößen von 100 nm oder weniger eignen sich Ultrafiltrationsmembranen hervorragend für die Entfernung einer Vielzahl von Viren, Bakterien, Zysten und anderen Krankheitserregern, die durch die Abwasserbehandlung nicht beseitigt werden und sich bei der Lagerung auf schädliche Werte vermehren könnten. Daher muss ein wirksamer Vorbehandlungsprozess für DPR sowohl Ultrafiltration als auch Desinfektion umfassen. Damit das System wie vorgesehen funktioniert, müssen jedoch mehrere Überlegungen berücksichtigt werden.

Membrandesign. Bei der DPR mit Ultrafiltration übernehmen die Membranen die meiste Arbeit zur Trübungs- und Schadstoffentfernung. Für eine möglichst effektive Vorbehandlung ist es entscheidend, dass das System sorgfältig gewartet und ordnungsgemäß rückgespült wird. Beispielsweise sollte das System mit mehreren Membranen ausgestattet sein, von denen jede etwa alle 30 Minuten einen Rückspülzyklus durchführt.

Instrumentierung. Um eine ordnungsgemäße Vorbehandlung sicherzustellen, sollte das System die Wasserqualität vor und nach der Lagerung überwachen. Dies kann den Einsatz von Füllstandssensoren, Trübungsanalysatoren (Abbildung 1), Chloranalysatoren (Abbildung 2) und mehr umfassen. Idealerweise sollten Sensoren/Analysatoren für Desinfektionsmittel und andere Chemikalien in der Lage sein, direkt mit Dosierpumpen zu kommunizieren, um die erforderlichen Dosierungsniveaus aufrechtzuerhalten.

APNTU skaliert
APFCL skaliert

Abbildung 1 und 2. Instrumente wie Trübungsanalysatoren (links) und Chloranalysatoren (rechts) sind von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass Vorbehandlungsprozesse bei der direkten Wiederverwendung von Trinkwasser wie erforderlich funktionieren. Solche Instrumente können direkt mit chemischen Dosierpumpen kommunizieren, um die Wasserqualität zu korrigieren, wenn Parameter zu weit außerhalb der Toleranz für das gewünschte Qualitätsniveau liegen.

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Abbildung 3. Eine peristaltische Pumpe wie die oben abgebildete ist eine Schlüsselkomponente in einem Vorbehandlungssystem für die direkte Wiederverwendung von Trinkwasser. Solche Pumpen können Chlor und andere Chemikalien je nach Bedarf präzise dosieren. Einige Modelle mit vollem Funktionsumfang können an Sensoren angeschlossen werden und die Dosiergeschwindigkeit basierend auf Änderungen der Wasserqualität oder des Wasserstands anpassen.

Desinfektionsmittel. Obwohl die Ultrafiltration die erforderliche Desinfektionsmenge erheblich reduziert, ist eine wirksame Desinfektion als Teil des Vorbehandlungsprozesses dennoch von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass die wenigen verbleibenden Krankheitserreger unter schädlichen Werten gehalten werden. Es gibt viele Arten von Desinfektionsmitteln, die in einem DPR-System eingesetzt werden können. Beispielsweise zerfallen sowohl Ozon als auch Peressigsäure (PAA) in sichere Substanzen wie Sauerstoff und Wasser.

Das älteste und kostengünstigste Desinfektionsmittel, Natriumhypochlorit, eignet sich ideal für eine Vielzahl von Anwendungen, und die Verwendung von Chlor zur Vorbehandlung bei DPR bildet da keine Ausnahme. Die starke Oxidationskraft der Chemikalie und die Tatsache, dass sie lange Zeit in Wasser gelöst bleibt und weiter wirkt, machen sie ideal für die Wasserspeicherung.

Gerätekompatibilität. Unabhängig davon, welche Chemikalien bei der Vorbehandlung verwendet werden, ist es wichtig, dass das System mit der richtigen Ausrüstung ausgestattet ist. Dazu gehört die Auswahl der Dosierpumpe (Abbildung 3), die sich am besten für die Dosierung der verwendeten Chemikalie eignet, sowie die Sicherstellung der Materialverträglichkeit.

Die perfekte Vorbehandlung in DPR gewährleistet hochwertiges Wasser, das den gesetzlichen Standards entspricht. Unter Berücksichtigung der oben genannten Faktoren kann ein gut konzipiertes Vorbehandlungssystem zur Nachhaltigkeit und Zuverlässigkeit eines DPR-Systems und der Gemeinschaft, der es dient, beitragen.

Geschrieben von:
Blue-White® Branchen
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