A szennyvíz újrafelhasználása a szennyvíz olyan vízzé alakításának folyamata, amely más célokra újra felhasználható [1] . Ezek közé tartozhat a gyümölcsösök és mezőgazdasági területek öntözése , vagy a felszíni és talajvíz utánpótlása . Az újrahasznosított víz felhasználható speciális igények kielégítésére az otthonokban (például WC-öblítés), a vállalkozásokban és az iparban, sőt kezelhető az ivóvíz -szabványok eléréséig.. Az utóbbi lehetőséget az alkalmazott megközelítéstől függően „közvetlen ivóvíz-újrahasználatnak” vagy „közvetett ivóvíz-újrahasználatnak” nevezik [2] .
A víz újrafelhasználásra való visszanyerése pénzt takarít meg, mivel sok településen és régióban hiányzik az édesvíz . Amikor a használt vizet végül visszaengedik a természetes vízforrásokba, akkor is előnyökkel járhat a folyók áramlásának növelésével , a növényzet táplálásával és a vízkörfolyamat során a víztartó rétegek feltöltésével [3] .
A szennyvíz újrafelhasználása bevett gyakorlat az öntözéshez , különösen a száraz országokban. Ez csökkenti a hiányt és csökkenti az emberi tevékenység által a természetes víztestekre gyakorolt nyomást [4] . Potenciálisan pozitív szempont a szennyvíz egyes esetekben a tápanyagtartalma, ami csökkentheti az egyéb műtrágyák szükségességét.
Lehetséges veszélyt jelenthet káros összetevők jelenléte a szennyvízben, például baktériumok, nehézfémek vagy szerves szennyező anyagok (beleértve a gyógyszereket, a testápolási termékeket és a peszticideket). A szennyvízzel történő öntözés pozitív és negatív hatással is lehet a talajra és a növényekre, a szennyvíz összetételétől és a talaj vagy a növények jellemzőitől függően [5] .
A szennyvíz csatornázása odafigyelést igényel , de megtérül az emberi hulladék ártalmatlanítási költségeinek csökkentésével járó pozitívumokkal. A szennyvízkezelési technológia fejlődése lehetővé teszi a víz különböző célokra történő újrafelhasználását. A víz kezelése a víz forrásától és felhasználásától, valamint a szállítás módjától függően eltérő.
A bolygó hidroszféráján ismételten keringő víz a Földön újrahasznosított víz, de az „újrahasznosított víz” vagy „visszanyert víz” kifejezések általában olyan szennyvizet jelentenek, amelyet egy otthonból vagy üzletből egy csatornarendszeren keresztül egy szennyvíztisztító telepre küldenek . rendeltetésüknek megfelelő szinten kezelik.
Az Egészségügyi Világszervezet a szennyvíz újrafelhasználásának következő fő mozgatórugóit ismerte el [6] [7] :
A víz újrafelhasználása egyre fontosabbá válik nemcsak a száraz területeken, hanem a városokban és a szennyezett környezetben is [8] .
A földalatti víztartó rétegek, amelyeket a világ népességének több mint fele használ, már most is túlzott kitermelésben vannak [9] . Az újrahasználat tovább fog növekedni, ahogy a világ népessége egyre urbanizálódik, és a partvonalak közelében koncentrálódik, ahol a helyi édesvízkészletek korlátozottak, vagy csak magas tőkeköltséggel állnak rendelkezésre [10] [11] . Sok édesvíz takarítható meg a szennyvíz újrafelhasználásával és újrahasznosításával, csökkentve ezzel a szennyezést . Az ENSZ - dokumentumok azt a célt tűzték ki, hogy „2030-ra megfelezzék a kezeletlen szennyvíz arányát, és jelentősen növeljék az újrahasznosítást és a biztonságos újrahasználatot világszerte” [12] .
A víz/szennyvíz alternatív vízforrásként történő újrafelhasználása jelentős gazdasági, társadalmi és környezeti előnyökkel járhat az ilyen programok számára. A mezőgazdaságban a szennyvíz öntözése javíthatja a terméshozamot, csökkentheti az ökológiai lábnyomot és növelheti a társadalmi-gazdasági előnyöket [13] . Az előnyök közé tartozik [14] [11] :
A nem ivóvíz visszanyert vizet gyakran duplacsöves hálózaton osztják el, amely teljesen elválasztja a visszanyert vízvezetékeket az ivóvízvezetékektől.
Sok városban, ahol visszanyert vizet használnak, ma már olyan nagy az igény, hogy a fogyasztók csak a kijelölt napokon használhatják. Egyes városok, amelyek korábban korlátlanul visszanyert vizet kínáltak átalánydíjas áron, most elkezdik felszámítani a lakosságot a felhasznált mennyiségért.
Sokféle újrahasználat esetén a szennyvíznek a szennyvízkezelési folyamat számos lépésén kell keresztülmennie, mielőtt felhasználható lenne. A lépések közé tartozhat a szűrés, az elsődleges ülepítés, a biológiai kezelés, a harmadlagos kezelés (pl. fordított ozmózis) és a fertőtlenítés. Lehetőség van a szennyvízből nitrogén kinyerésére és ammónium-nitrát előállítására [15] . Ez bevételt termel, és hasznos műtrágyát termel a gazdálkodók számára. Számos technológia létezik a szennyvíz újrafelhasználás céljából történő kezelésére. Ezeknek a technológiáknak a kombinációja megfelel a szigorú tisztítási szabványoknak, és biztosítja, hogy a kezelt víz higiéniai szempontból biztonságos, azaz baktériumoktól és vírusoktól mentes legyen. Íme néhány jellemző technológia: ózonozás , ultraszűrés , aerob kezelés (membrán bioreaktor), közvetlen ozmózis , fordított ozmózis , kiterjesztett oxidáció [2] .
A szennyvizet általában csak a másodlagos tisztítási szinten kezelik, amikor öntözésre használják. Ezeknek a technológiáknak a kombinációja megfelel a szigorú tisztítási szabványoknak, és biztosítja, hogy a kezelt víz higiéniai szempontból biztonságos, azaz baktériumoktól és vírusoktól mentes legyen. Íme néhány jellemző technológia: ózonozás, ultraszűrés, aerob kezelés (membrán bioreaktor), direkt ozmózis, fordított ozmózis, fejlett oxidáció.
A szennyvizet általában csak a másodlagos tisztítási szinten kezelik, amikor öntözésre használják.
A szivattyútelep városszerte osztja el a visszanyert vizet a fogyasztókhoz. Ez magában foglalhatja a golfpályákat, a mezőgazdasági felhasználást, a hűtőtornyokat vagy a hulladéklerakást.
A szennyvíz újrafelhasználás céljából történő kezelése helyett más lehetőségekkel is hasonló édesvíz-megtakarítási hatás érhető el:
A visszanyert víz ára meghaladja az ivóvíz költségét a világ számos olyan régiójában, ahol bőségesen áll rendelkezésre édesvíz. A visszanyert vizet azonban általában alacsonyabb áron adják el a polgároknak, hogy ösztönözzék a felhasználást. Ahogy az édesvízellátás korlátozottá válik az elosztási költségek, a megnövekedett lakossági kereslet vagy az éghajlatváltozás csökkenő forrásai miatt, a költséghányad is megváltozik. A visszanyert víz értékelésénél a teljes vízellátó rendszert figyelembe kell venni, mivel ez fontos rugalmassági értéket hozhat a teljes rendszerbe [16] .
A visszanyert vízrendszerekhez általában kettős csőhálózatra van szükség, gyakran további tárolótartályokkal, ami növeli a rendszer költségeit.
A visszanyert víz megfelelő felhasználás esetén biztonságosnak tekinthető. A víztartó vagy felszíni vizek feltöltésére tervezett visszanyert víz megfelelő és megbízható kezelést kap, mielőtt a természetes vízzel keveredne, és természetes visszanyerési folyamatokon megy keresztül. Ennek a víznek egy része végül az ivóvízellátás részévé válik.
Egy 2009-ben közzétett vízminőségi tanulmány összehasonlította a visszanyert/visszanyert víz, a felszíni víz és a talajvíz minőségi különbségeit [22] . Az eredmények azt mutatják, hogy a visszanyert víz, a felszíni víz és a talajvíz összetevői tekintetében inkább hasonlít, mint különbözik. A kutatók 244 jellemző komponenst teszteltek, amelyek általában a vízben találhatók. Amikor megtalálták, a legtöbb alkatrész a milliárdos és a trillió részek tartományban volt. DIT (rovarriasztó) és koffein minden víztípusban és szinte minden mintában megtalálható volt. A triklozán (antibakteriális szappanban és fogkrémben) minden víztípusban megtalálható, de a visszanyert vízben nagyobb koncentrációban (trillió rész) található, mint a felszíni vagy a talajvízben. Nagyon kevés hormont/szteroidot találtak a mintákban, és amikor megtalálták, a szintek nagyon alacsonyak voltak. Haloecetsav (a fertőtlenítés mellékterméke) minden mintatípusban megtalálható, még a talajvízben is. Úgy tűnik, a legnagyobb különbség a visszanyert víz és az egyéb vizek között az, hogy a visszanyert vizet fertőtlenítették, és ezért vannak benne szennyeződésmentesítési melléktermékek (a klór használata miatt).
Egy 2005-ös, "Parkok, játszóterek és iskolaudvarok öntözése visszanyert vízzel" című tanulmány megállapította, hogy nem fordult elő mikrobiális kórokozók vagy vegyszerek okozta megbetegedések vagy betegségek, és a visszanyert víz öntözésre való felhasználásának kockázata nem sokban különbözik az ivóvízzel történő öntözéstől. [23 ] .
Az Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Kutatási Tanácsának 2012-es tanulmánya megállapította, hogy a visszanyert ivóvízből származó bizonyos mikrobiális és kémiai szennyeződéseknek való kitettség kockázata nem tűnik nagyobbnak, mint a legalább néhány meglévő ivóvízkezelő rendszernél tapasztalt kockázat. nagyságrendekkel alacsonyabbak lehetnek [24] . Ez a jelentés a szövetségi szabályozási keret olyan módosításait javasolja, amelyek fokozhatják a közegészség védelmét mind a tervezett, mind a nem tervezett (vagy tényleges) víz-újrafelhasználás esetén, és növelhetik a lakosság víz-újrafelhasználásába vetett bizalmát.
Sokan az undor érzését társítják a visszanyert vízhez, és a megkérdezettek 13%-a azt mondta, hogy nem is iszik belőle [25] . A visszanyert víz ivásának fő egészségügyi kockázata azonban az, hogy ebben a vízben gyógyszerészeti és egyéb háztartási vegyszerek vagy származékaik (perzisztens gyógyszerészeti környezetszennyezők) maradnak [26] . Ez kisebb probléma lenne, ha az emberi ürüléket nem vezetnék be a szennyvízbe száraz WC-ken vagy olyan rendszereken keresztül, amelyek a fekete vizet a szürke víztől elkülönítve kezelik.
E forrásvíz-problémák megoldása érdekében a visszanyert vízszolgáltatók többrétegű kezelési folyamatokat és folyamatos ellenőrzést alkalmaznak annak biztosítására, hogy a visszanyert víz biztonságos legyen, és a tervezett végfelhasználásnak megfelelően kezeljék.
Vita folyik a lehetséges egészségügyi és környezeti hatásokról. E problémák megoldása érdekében a WateReuse Research Foundation tanulmányt végzett az újrahasznosított víz lehetséges egészségügyi kockázatainak felmérésére, és összehasonlította a hagyományos gyógyszerekkel és testápolási termékekkel. Mind a négy forgatókönyv esetében, amelyekben az emberek érintkezésbe kerülnek öntözésre használt újrahasznosított vízzel – játszótéren játszó gyerekek, golfozók, tájépítők és mezőgazdasági munkások – a tanulmány eredményei azt mutatják, hogy ez néhány évtől több millió évig tarthat. évekig tartó kitettség a nem fenntartható újrahasznosított vízzel, hogy ugyanazt a hatást érjük el, mint egy nap alatt a rutintevékenységek eredményeként.
A visszanyert víz nem ivóvíz célra történő felhasználása ivóvizet takarít meg, mivel kevesebb ivóvíz kerül felhasználásra nem ivóvíz célra [27] .
Néha nagyobb mennyiségű tápanyagot, például nitrogént , foszfort és oxigént tartalmaz , amelyek némileg segíthetik a kertészeti és mezőgazdasági növények trágyázását , ha öntözésre használják.
A vízvisszanyerés alkalmazása csökkenti az érzékeny környezetre irányuló szennyezést. Javíthatja a vizes élőhelyeket is, ami az adott ökoszisztémától függően előnyös a vadon élő állatok számára . Segít megállítani az aszály lehetőségét is, mivel a víz újrahasznosítása csökkenti a felszín alatti forrásokból származó édesvíz felhasználását. Például a San Jose/Santa Clara Vízszennyezést Ellenőrző Üzem víz-újrahasznosítási programot hozott létre a San Francisco-öböl térségében található természetes sós mocsarak védelmére .
A visszanyert szennyvíz öntözési célú újrafelhasználásával kapcsolatos fő lehetséges kockázatok, ha a kezelés nem megfelelő, a következők [28] [14] :
Noha Ausztráliában jelenleg nincsenek teljes körű, közvetlen ivóvíz-újrahasználati rendszerek , az ausztrál Antarktisz-osztály vizsgálja egy ivóvíz-újrahasználati rendszer telepítésének lehetőségét az antarktiszi Davis kutatóbázison . Számos különböző bevált technológiát választottak ki a Davis bázisról származó tengeri kibocsátások minőségének javítására, és a jövőben is alkalmazni fogják, mint például az ózonosítást, az UV-fertőtlenítést, a klóros tisztítást, valamint az UV-szűrést, az aktívszén -szűrést és a fordított ozmózist . [29] [20] .
2010-ben Izrael vezet a világon az általa újrahasznosított víz arányát tekintve [30] . Izrael szennyvizének 80%-át (évente 400 milliárd liter) kezeli, a Tel-Aviv nagyvárosi terület szennyvizének 100%-át pedig öntözővízként kezelik és újrahasznosítják a mezőgazdaságban és a közmunkákban. A mai napig Izraelben az összes visszanyert szennyvizet mezőgazdasági és talajjavítási célokra használják fel.
Az ivóvíz közvetlen újrafelhasználásának példája Windhoek ( Namíbia , New Gorangab Water Reclamation Plant (NGWRP)) esete, ahol a tisztított szennyvizet több mint 40 éve keverik ivóvízzel. A többszörös kezelési gátak (azaz előozonálás, fokozott koaguláció / oldott levegő flotáció / gyors homokszűrés és utóózonosítás, biológiai aktív szén/granulált aktívszén, ultraszűrés (UV), klórozás) koncepcióján alapul a kapcsolódó kockázatok csökkentése érdekében és javítja a víz minőségét. A visszanyert szennyvíz jelenleg a város ivóvíztermelésének mintegy 14%-át teszi ki [31] .
Szingapúrban a visszanyert vizet NEWaternek hívják, és közvetlenül egy továbbfejlesztett vízkezelő üzemből palackozzák oktatási és nyaralási célokra. Míg az újrafelhasznált víz nagy részét Szingapúrban a csúcstechnológiás iparban használják fel, kis mennyiséget visszavezetnek az ivóvíztartályokba.
2002 végén a sikeresen NEWater névre keresztelt program 98 százalékos elfogadottságot ért el, a válaszadók 82 százaléka jelezte, hogy közvetlenül, további 16 százalékuk pedig csak tartályvízzel keverve fogyasztana újrahasznosított vizet [32] . Az így létrejövő új víz stabilizálás (lúgos vegyszerek hozzáadása) után megfelel a WHO előírásainak, és sokféle alkalmazási területen használható (pl. ipari újrafelhasználás, ivóvíztartályba ürítés) [33] . Jelenleg a NEWater Szingapúr teljes felhasználásának körülbelül 30%-át teszi ki , és 2060-ra a Szingapúri Nemzeti Vízügyi Ügynökség azt tervezi, hogy megháromszorozza a NEWater jelenlegi kapacitását, hogy Szingapúr jövőbeni vízigényének 50%-át kielégítse [34] .
Dél-Afrikában a száraz körülmények a szennyvíz újrafelhasználásának fő tényezője [20] . Például a dél-afrikai Beaufort Westben 2010 végén egy közvetlen szennyvízvisszanyerő (WRP) üzem épült, amely akut vízhiány miatt ivóvizet állít elő ( napi 2300 m 3 termelés) [35] [36]. . A folyamat konfigurációja a többrétegű koncepción alapul, és a következő kezelési folyamatokat tartalmazza: homokszűrés, UV, kétlépcsős fordított ozmózis és ultraibolya fény (UV) permeátum fertőtlenítés.
George városa vízhiánnyal küzd, és egy szellemi tulajdonjog-stratégia mellett döntött (2009/2010), amelynek értelmében az Outeniqua szennyvíztisztító telepének végső szennyvizét UV-fénnyel és fertőtlenítéssel nagyon jó minőségűre kezelik, mielőtt visszakerülnek a fő tárolóba, a Garden Route-ba. Gát, ahol egyesítik a jelenlegi nyersvízkészletekkel. Ez a kezdeményezés napi 10 000 m 3 -rel növeli a meglévő készletet , ami az ivóvízszükséglet mintegy harmada. A technológiai konfiguráció a következő feldolgozási folyamatokat tartalmazza: dobszita, UV és klóros fertőtlenítés. Szükség esetén a George WTW-hez porított aktív szenet (PAC) adtunk további működési akadályként.
A visszanyert víz újrafelhasználása egyre gyakoribb válasz a vízhiányra az Egyesült Államok számos részén. A visszanyert vizet közvetlenül használják különféle, nem ivásra alkalmas célokra az Egyesült Államokban, beleértve a parkok, iskolaudvarok, autópályák és golfpályák városi tájöntözését; tűzvédelem; kereskedelmi felhasználás, például járműmosás; ipari újrafelhasználás, például hűtővíz, kazánvíz és technológiai víz; környezeti és rekreációs felhasználások, mint például vizes élőhelyek létrehozása vagy helyreállítása; valamint a mezőgazdasági öntözés [37] . Egyes esetekben, például az Orange megyei Irvine Ranch Water Districtben , WC-k öblítésére is használják [38] .
Becslések szerint 2002-ben összesen napi 1,7 milliárd amerikai gallont (6 400 000 m 3 ), vagyis a közüzemi vízellátás közel 3%-át használták fel közvetlenül újra. Kalifornia 0,6, Florida pedig 0,5 milliárd gallont (1 900 000 m 3 ) használt fel újra naponta. 2002-ben 25 állam rendelkezett szabályozással a visszanyert víz használatára vonatkozóan. A visszanyert víz tervezett közvetlen újrafelhasználása 1932-ben kezdődött a San Francisco -i Golden Gate Parkban egy regenerált víz létesítmény megépítésével . A visszanyert víz elosztása általában színes duplacsöves hálózaton keresztül történik, amely teljesen elválasztja a visszanyert vízvezetékeket az ivóvízvezetékektől [39] .