Abwasser ist jedes Wasser, das nach seiner Verwendung gereinigt werden muss. Dazu gehört Wasser, das für Wäsche, Baden, Geschirrspülen, Toiletten, Müllentsorgung und industrielle Zwecke verwendet wurde. Abwasser umfasst auch Regenwasser, das Schadstoffe angesammelt hat, wenn es in Ozeane, Seen und Flüsse fließt. Schadstoffe sind unerwünschte Chemikalien oder Materialien, die Luft, Boden und Wasser kontaminieren.
Das Ziel der Abwasserwirtschaft ist es, Wasser zu reinigen und zu schützen. Dies bedeutet, dass Wasser sauber genug sein muss, damit es von Menschen zum Trinken und Waschen und von der Industrie für kommerzielle Zwecke verwendet werden kann. Es muss auch sauber genug sein, um es nach seiner Verwendung in Ozeane, Seen und Flüsse freizusetzen.
Abwasser wird normalerweise in zwei Hauptgruppen unterteilt: Punktquellenabwasser und Nicht-Punktquellenabwasser. Punktquellenabwasser umfasst Abwässer, die von definierten Orten in natürliche Gewässer (wie Seen, Flüsse und Ozeane) gelangen. Die häufigsten Punktquellen sind sanitäre Abwasserkanäle und Regenabflüsse. Nicht-Punkt-Quellabwasser ist Abwasser, das nicht an eine bestimmte Quelle angeschlossen ist. Dazu gehören Abfluss (Wasser, das abfließt) aus der Landwirtschaft und städtischen Gebieten sowie saures Wasser aus Minen. In vielerlei Hinsicht ist Punktquellenabwasser viel einfacher zu handhaben, da seine Quelle und die darin enthaltenen Schadstoffe bekannt sind. Nicht-Punkt-Quellabwasser, auf der anderen Seite, ist sowohl schwer zu identifizieren als auch zu behandeln.
Abwasserbehandlung
Eine der größten Abwasserquellen ist das, was aus Haushalten und Industrien stammt. Diese Abwässer fließen alle in sanitäre Abwasserkanäle, die sie in Kläranlagen leiten. Abwässer aus Haushalten enthalten menschliche Abfälle, Lebensmittel, Seifen und Reinigungsmittel. Sie enthalten auch Krankheitserreger, die Organismen sind, die Krankheiten verursachen können. Industrieabwässer enthalten giftige (giftige) Schadstoffe, die die menschliche Gesundheit gefährden und andere Organismen schädigen können. Dazu gehören Pestizide, polychlorierte Biphenyle (PCB) und Schwermetalle wie Blei, Quecksilber und Nickel. Diese Metalle sind im Allgemeinen giftig für Pflanzen und Tiere. Ziel der Abwasserbehandlung ist es, alle diese Schadstoffe aus dem Abwasser zu entfernen, damit es in natürliche Gewässer zurückgeführt werden kann.
Die Abwasserbehandlung umfasst drei Stufen: Primärbehandlung, Sekundärbehandlung und Tertiärbehandlung. Primärbehandlung trennt physikalisch Feststoffe und Flüssigkeiten. Das Abwasser passiert ein Gitter, das große Partikel herausfiltert. Das restliche Wasser wird in einem Tank stehen gelassen, in dem sich kleinere Sedimente (Sandpartikel, Ton und andere Materialien) auf dem Boden absetzen. Diese Sedimente werden Schlamm genannt. Zu diesem Zeitpunkt enthält der flüssige Teil des Abwassers noch viele Schadstoffe und ist für die Exposition gegenüber Menschen oder der Umwelt nicht unbedenklich.
Im zweiten Schritt, der sogenannten Nachbehandlung, durchläuft der flüssige Teil des Abwassers einen Rieselfilter oder einen Belüftungsbehälter. Ein Rieselfilter ist eine Reihe von Rohren mit kleinen Löchern, die Wasser über ein Bett aus Steinen oder gewelltem Kunststoff tropfen. Bakterien in den Steinen oder Kunststoff absorbieren Schadstoffe aus dem Wasser und brechen sie in Substanzen, die nicht schädlich sind. Ein Belüftungstank ist ein Tank, der Bakterien enthält, die Schadstoffe abbauen. Der flüssige Teil des Abwassers aus der Erstbehandlung wird in den Tank gepumpt und mit den Bakterien vermischt. Luft wird durch den Tank geblasen, um das Wachstum der Bakterien zu unterstützen. Wenn sich Bakterien ansammeln, setzen sie sich am Boden des Tanks ab und bilden Schlamm. Der Schlamm wird vom Boden des Tanks entfernt und auf Deponien vergraben.
Nach der Nachbehandlung ist das Wasser in der Regel frei von den meisten Krankheitserregern und Schwermetallen. Es enthält immer noch hohe Konzentrationen an Nitrat und Phosphat, Mineralien, die das Wachstum von Algen und Pflanzen in natürlichen Gewässern überstimulieren können, was letztendlich dazu führen kann, dass sie und die umgebenden Organismen absterben.Die Tertiärbehandlung entfernt diese Nährstoffe aus dem Abwasser. Eine Methode der tertiären Behandlung beinhaltet die Verwendung biologischer, chemischer und physikalischer Prozesse, um diese Nährstoffe zu entfernen. Eine andere Methode besteht darin, das Wasser durch ein Feuchtgebiet oder eine Lagune zu leiten (flaches Gewässer, das von einem größeren Körper abgeschnitten ist).
Regenwasserkanäle
In den meisten Städten der Vereinigten Staaten werden die Abwasserkanäle, die Regenwasser führen, durch Kläranlagen geleitet. Ein Großteil des Abflusses von Stürmen enthält Düngemittel, Öle und andere Chemikalien, die aus dem Wasser entfernt werden sollten, bevor es in Seen, Flüsse und Ozeane gelangt. Bei sehr starken Regenfällen können die Kläranlagen jedoch durch die in die Anlage eintretende Wassermenge überfordert werden. Zu diesen Zeiten können Abwässer und Abwässer aus Stürmen direkt in natürliche Gewässer eingeleitet werden. Viele Städte haben Programme im Gange, um die Regenwasserkanäle von sanitären Abwasserkanälen zu trennen, aber diese Projekte sind sehr kostspielig und zeitaufwendig.
Landwirtschaftlicher Abfluss
Landwirtschaftlicher Abfluss tritt auf, wenn Regen auf den Boden fällt und dann durch landwirtschaftliche Felder oder Viehzuchtbetriebe fließt. Das Regenwasser kann Dünger, Öle und tierische Abfälle ansammeln, bevor es in Flüsse, Seen und Ozeane fließt. Diese Materialien verschmutzen natürliche Gewässer und können zum Absterben von Fischen führen, Trinkwasser kontaminieren und die Sedimentationsrate (Partikel, die sich auf dem Grund einer Wasserstraße absetzen) in Seen und Bächen beschleunigen. Im Sommer 1995 verursachte der Abfluss von Schweinefarmen in North Carolina das schnelle Wachstum der Algen Pfisteria. Diese Algen setzten Giftstoffe frei, die das Nervensystem von Fischen und Menschen in der Region beeinträchtigten.
In einem Versuch, den landwirtschaftlichen Abfluss zu verwalten, hat das Office of Wastewater Management (OWM) der USA. Die Environmental Protection Agency hat Farmen als Animal Feeding Operations (AFOS) bezeichnet. Bis 1998 waren fast eine halbe Million AFOS identifiziert worden. Durch die Benennung von AFOS kann das OWM die Entsorgung tierischer Abfallprodukte regeln. Dies verschiebt einen großen Teil des landwirtschaftlichen Abflusses von der Nicht-Punktquellenkategorie in die Punktquellenkategorie und ermöglicht ein besseres Management landwirtschaftlicher Schadstoffe.
Saure Minenentwässerung
An Orten, an denen Kohle abgebaut wird, ist das Mineral Pyrit ein Abfallmaterial. Eine Reihe komplexer Reaktionen zwischen Pyrit, Sauerstoff und Wasser führt zu einer sauren Minenentwässerung. Acid Mine Drainage istabwasser, das extrem sauer ist und hohe Konzentrationen an Schwermetallen enthält. Die Entwässerung von sauren Minen ist eine der Hauptquellen für die Verschmutzung von Bächen in der Appalachenregion. Die Entwässerung von sauren Minen hat mehr als die Hälfte der Bäche in Pennsylvania und West Virginia schwer beschädigt. Es gibt mindestens 200.000 verlassene Minen in den Vereinigten Staaten, die saure Minenentwässerung produzieren.
Acid Mine Drainage kann mit chemischen Behandlungen behandelt werden, die den Säuregehalt des Wassers verringern und die Schwermetalle ausfällen lassen (getrennt vom Wasser). Diese Art der Behandlung ist oft sehr teuer. Eine andere Möglichkeit, saure Minenentwässerung zu behandeln, besteht darin, sie durch eine Lagune oder Feuchtgebiete zu leiten, wodurch Schwermetalle entfernt und der Säuregehalt des Wassers verringert wird. Die Entwässerung der Säuremine wird ebenfalls behandelt, indem sie durch einen Kalksteinkanal (ein sehr alkalisches Gestein) geleitet wird, der auch den Säuregehalt des Wassers neutralisiert.
Städtischer Abfluss
Wenn Regen auf natürliche Gebiete wie Wälder und Wiesen fällt, dringt ein Teil davon in den Boden ein und gelangt dann langsam zu Flüssen, Seen und Ozeanen. In Städten ist ein Großteil des Landes mit Zement und Asphalt gepflastert, und Wasser kann nicht in den Boden sinken. Stattdessen bewegt es sich schnell in Regenwasserkanäle und dann in natürliche Wasserstraßen. Dieses große Wasservolumen verursacht viel Erosion (Abnutzung des Landes) und Sedimentation. Wenn das Regenwasser über gepflasterte Oberflächen fließt, sammelt es Öl und Fett aus Autos, Düngemittel und Pestizide aus der Gartenarbeit, Krankheitserreger aus tierischen Abfällen, Streusalz und Schwermetalle. Diese werden mit städtischem Abwasser direkt in natürliche Gewässer eingeleitet. Der Abfluss aus städtischen Gebieten ist die größte Verschmutzungsquelle in Flussmündungen (dem breiten Teil eines Flusses, an dem er sich dem Meer nähert) und die drittgrößte Verschmutzungsquelle in Seen.
Die Kontrolle des städtischen Abflusses ist äußerst schwierig, da seine Quellen schwer zu identifizieren sind. Die Environmental Protection Agency arbeitet daran, Entwickler zu beeinflussen, um den städtischen Abfluss bei der Planung neuer Gebäude zu berücksichtigen. Einige Ideen zur Minimierung des Abflusses umfassen das Hinzufügen von Vegetation und Entwässerungsgebieten zu neuen Baustellen. Einige Städte haben Kanalschablonenprogramme eingeführt, die die Menschen daran erinnern, dass Regenwasser direkt in natürliche Gewässer fließt. Tankstellen wurden auch als Unternehmen ins Visier genommen, die zur Kontrolle von Autoölen und -fetten beitragen können. Schulen haben auch Programme entwickelt, um Studenten über städtischen Abfluss und Nicht-Punkt-Quellabwasser zu unterrichten.
Juli Berwald, Ph.D.
Für weitere Informationen
Bücher
Cunningham, William P. und Barbara Woodworth Saigo. Umweltwissenschaften: Ein globales Anliegen. Boston, WCB/McGraw-Hill, 1999.
Rabe, Peter H., Linda R. Berg und George B. Johnson. Umwelt, Zweite Auflage. Orlando, FL: Saunders College Publishing, 1998.
Websites
„Landwirtschaftliches Abflussmanagement.“ Wisconsin Abteilung für natürliche Ressourcen.http://www.dnr.state.wi.us/org/water/wm/nps/animal.htm (Zugriff am 24.August 2004).
„Verwaltung des städtischen Abflusses.“ Umweltschutzbehörde der Vereinigten Staaten.http://www.epa.gov/OWOW/NPS/facts/point7.htm (Zugriff am 24.August 2004).
„Die Wissenschaft der sauren Minenentwässerung und passiven Behandlung.“ Pennsylvania Abteilung für Umweltschutz.http://www.dep.state.pa.us/dep/deputate/minres/bamr/amd/science_of_amd.htm (Zugriff am 24.August 2004).
„Abwasserprimer.“ Umweltschutzbehörde der Vereinigten Staaten.http://www.epa.gov/owm/primer.pdf (Zugriff am 24.August 2004).