Die meisten Menschen denken so wenig wie möglich über das Abwasser nach, das täglich aus ihren Duschen, Badewannen, Waschbecken, Geschirrspülern und Toiletten entsteht. Mit den richtigen Techniken kann es jedoch zu einer wertvollen Ressource werden.

Im Durchschnitt nutzt jeder Amerikaner über 60 Gallonen Wasser pro Tag für Zwecke, die das Spülen von Toiletten, Duschen und Waschen einschließen. Diese Zahl kann sich leicht verdoppeln, wenn auch die Verwendung im Freien, z. B. zum Bewässern von Rasenflächen und Befüllen von Schwimmbädern, berücksichtigt wird.

Das meiste verbrauchte Wasser wird schließlich zu Abwasser, das sein muss behandelt, bevor es in die Natur eingeleitet werden kann. Und diese Behandlung verbraucht viel Energie. Nach Angaben der US Environmental Protection Agency entfallen auf Wasser- und Abwasseranlagen mehr als ein Drittel der kommunalen Energiehaushalte.

Meine Forschung konzentriert sich auf Rückgewinnung von Ressourcen aus Abwasser. Dieser Prozess ist schwierig, da das Abwasser viele verschiedene Arten von Verunreinigungen enthält. Forscher auf unseren Gebieten erforschen jedoch viele kreative Wege, um daraus wertvolle Produkte zu machen.

Energie aus organischen Materialien

Diehard Abwasseringenieure verstehen den Wert von Abwasser, das sie als Aktivposten und nicht als Abfall betrachten. Aus diesem Grund nennen einige von ihnen es stattdessen „gebrauchtes Wasser“ und bezeichnen das, was die meisten Menschen Kläranlagen nennen, als Einrichtungen zur Rückgewinnung von Wasserressourcen.

In der Tat kann Abwasser enthalten mehr als die dreifache Menge an Energie benötigt, um es zu behandeln. Eine einfache und ausgereifte Technik zur Rückgewinnung eines Teils dieser Energie ist anaerobe GärungEin natürlicher Prozess, bei dem Mikroorganismen sich von Fett und anderen organischen Stoffen im Abwasser ernähren und Biogas produzieren, so wie Hefe Gerste auffressen und Bier ausspucken kann. Biogas enthält ungefähr 50 Prozent Methan, der als erneuerbarer Brennstoff für Kessel, Öfen und Heizungsanlagen oder zum Drehen von Turbinen und zur Stromerzeugung verwendet werden kann.

Fortgeschrittenere Techniken, wie z hydrothermale ProzesseNehmen Sie Klärschlamm - die Feststoffe, die während der Behandlung aus dem Abwasser entfernt werden - und wandeln Sie ihn in biobasierte Kraftstoffe um, die als Ersatz für Benzin und Diesel verwendet werden können. Dieser Prozess befindet sich derzeit im Demonstrationsbühne.

Neben Klärschlamm interessieren sich viele Forscher - auch ich - sehr für Mikroalgen. Mikroalgen sind vielversprechende Rohstoffe für Biokraftstoffeund einige von ihnen können im Abwasser wachsen. Meine Kollegen und ich haben hydrothermische Systeme entworfen, um Abwasser-Mikroalgen in Biokraftstoffe verwandeln. Sie werden noch im Labor getestet, aber wir hoffen, dass wir sie in naher Zukunft skalieren können.

Nährstoffe aus dem Abwasser gewinnen

Abwasser enthält auch Nährstoffe wie Stickstoff und Phosphor, die wesentliche Elemente sind, die Pflanzen zum Wachsen benötigen. In aktuellen Abwasserbehandlungsprozessen setzen wir Energie ein, um Ammoniak in das Abwasser umwandeln, was kommt meist aus urinin Stickstoffgas. Die Industrie setzt dann jedoch große Mengen Erdgas ein, um Stickstoffgas über das Erdgas in Ammoniak umzuwandeln, das vorwiegend zur Herstellung von Düngemitteln dient Haber-Bosch-Prozess.

Es wäre natürlich viel effizienter, das Ammoniak direkt aus dem Abwasser zu extrahieren, ohne es umzuwandeln. Eine Möglichkeit besteht darin, urinableitende Toiletten zu benutzen, die es bereits gibt im Handel erhältlich leben, Urin von anderen Abwasserquellen trennen. Anschließend kann der gesammelte Urin nach der Desinfektion zur Entfernung von Krankheitserregern als Dünger verwendet werden.

Desinfizierter Urin enthält auch andere Nährstoffe wie Phosphor und Kalium. Das Rich Earth Institute, eine in Vermont ansässige gemeinnützige Organisation, die von Bundesbehörden und Stiftungen unterstützt wird, untersucht Möglichkeiten, wie menschlicher Urin in Düngemittel umgewandelt werden kann. Das Institut testet geernteten Urin an echten Nutzpflanzen und hat dies festgestellt es funktioniert effektiv.

Alternativ können wir diese Nährstoffe als zurückgewinnen Struvitoder Magnesiumammoniumphosphat, ein Mineral, das Magnesium, Stickstoff und Phosphor enthält. Struvit kann sich während der Abwasserbehandlung auf natürliche Weise bilden, neigt jedoch dazu, sich in Tanks und Rohren abzulagern und die Ausrüstung zu beschädigen, wenn es unbeaufsichtigt bleibt. Durch die Kontrolle der Struvitbildung kann es in getrennten Reaktoren gewonnen werden.

Forscher haben gewonnenes Struvit an Nutzpflanzen in Laboratorien getestet und dabei Erträge erzielt vergleichbar mit handelsüblichen Düngemitteln. Die Technik ist noch ausgereift, aber die Unternehmen entwickeln sich weiter kommerzielle Versionen für Kläranlagen.

Weitere Möglichkeiten

Willst du mehr wertvolle Sachen? Abwasser ist buchstäblich eine Goldmine. Es enthält Metalle im Wert von bis zu Millionen US-Dollar pro Jahr. Diese Metalle sind häufig für Wasserorganismen giftig und müssen daher entfernt werden. Aber konventionelle Entfernungstechnologien benötigen viel Energie und produzieren giftigen Schlamm.

Forscher entwickeln neue Wege, um diese Metalle zu entfernen und wiederzuverwenden, einschließlich Membransysteme, die dies können Edelmetalle selektiv aus dem Wasser entfernen und Biosysteme, die Verwenden Sie Mikroorganismen, um sie wiederzugewinnen. Diese Techniken befinden sich in einem sehr frühen Stadium und es ist noch nicht klar, ob sie wirtschaftlich sinnvoll sind, aber sie haben das Potenzial, das Abwasser wertvoller zu machen.

Darüber hinaus ist das Abwasser vor allem im Winter in der Regel wärmer als das natürliche Wasser, sodass es als Wärmequelle dienen kann. Diese Technik ist gut etabliert und ist nicht auf den kommerziellen Maßstab beschränkt. Sie können installieren Abwasser-Wärmerückgewinnungssysteme zu Hause, um Ihre Energiekosten zu senken.

Für mich ist das nur ein Anfang. Mit den richtigen Techniken kann „Abwasser“ uns viel mehr bieten - und ich freue mich sehr auf den Tag, an dem es kein „Abwasser“ gibt, sondern nur „gebrauchtes Wasser“.

Autor: Yalin Li, Ph.D. Kandidat / Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Colorado School of Mines

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