Avancerad avloppsvattenrening för återvinning

Klimatförändringar och en stadig befolkningsökning globalt innebär ett högre tryck på färskvattenresurserna och intensifierar behovet av att bevara denna livsnödvändiga resurs. Tillsammans med hushållningsåtgärder, blir processer för vattenåtervinning – i vilka avloppsvatten renas för att uppfylla kvalitetsstandarder för ändamålsenlig användning – en allt viktigare strategi för att förstärka färskvattenförsörjningen.

Under ett drygt årtionde har vanliga användningsområden för vattenåtervinning varit industriella kylprocesser, toalettspolning och konstbevattning av grönytor. De senaste åren har dock avancerade reningsmetoder gjort dricksvattenåteranvändning – både direkt och indirekt dricksvattenåteranvändning – mer bärkraftigt och säkert och denna trend får snabbt genomslag i den kommunala sfären.

Efter att större fasta substanser och mikroorganismer har avlägsnats från ett inkommande flöde med återvunnet vatten med hjälp av traditionella reningsmetoder, riktar avancerad rening in sig på de mindre partiklar och virus som finns kvar. Detta kräver metoder som filtrering, omvänd osmos och desinficering, som gör att man kan uppfylla stränga standarder gällande vattenkvalitet för dricksvattenåteranvändning.

Filtrering används vanligtvis för att avlägsna suspenderade ämnen, bakterier och vissa större organiska molekyler. Filtreringsmaterial kan innefatta sand, granulat och fina membran.

Membranfiltrering har länge varit en vanlig metod inom dricksvattenrening och används för att avlägsna föroreningar genom att vattnet trycksätts och pressas genom fina membran. Membranens porstorlek varierar beroende på kraven, och ofta används olika membran med mindre och mindre porstorlek ju längre nedströms i processen de sitter.

Mikrofiltrering används vanligtvis i början av tertiär rening, med porstorlekar på mellan 0,1 och 10 mikroner. Ultrafiltrering (UF), med porer med en diameter på 0,01 till 0,1 mikroner, är effektivt för att avlägsna suspenderade ämnen, bakterier och många virus. Båda dessa membrantyper fungerar som fysiska barriärer och fångar föroreningar på membranytan samtidigt som rent vatten passerar igenom. Eftersom föroreningar ansamlas på membranytan måste man utföra returspolning regelbundet för att filtreringen ska fortsätta vara effektiv och för att förhindra att porerna sätts igen. På så sätt kan vatten fortsätta passera genom membranet.

Med nanofiltrering blir filtreringen ännu finare – till denna metod används membran med porer som har en diameter på ungefär 0,001 mikroner. De fina öppningarna gör att nanofiltrering kan användas för att avlägsna ett större spektrum föroreningar, bland annat lösta organiska ämnen, hårdhetsjoner – som kalcium och magnesium – bekämpningsmedel och vissa tungmetaller. Det används ofta som ett mellansteg mellan ultrafiltrering och omvänd osmos och ger en hög grad av rening utan den höga energianvändning som krävs vid omvänd osmos för att avlägsna lösta salter.

När vattenrenhet är en kritisk aspekt, vilket är fallet vid direkt dricksvattenåteranvändning och i många industriella applikationer, kan membran för omvänd osmos användas för att avlägsna de finaste föroreningarna. Dessa membran har porer med en diameter på ungefär 0,0001 mikroner som fångar upp salter, mineraler, spårföroreningar, bakterier och virus. Så små porer och det osmotiska trycket gör att omvänd osmos behöver betydande mängder energi för att trycksätta och pumpa vattnet genom membranen.

Eftersom porerna är så små använder system för omvänd osmos vanligtvis korsflödesfiltrering, där filtrerat permeat leds en väg, medan förorenat koncentrat tar en annan väg genom kärlet. Korsflödesfiltrering gör att koncentratflödet kan avlägsna ansamlingar med föroreningar på membranet och skapa tillräckligt med turbulens för att ytan inte ska bli igensatt.

Koncentratflödet består av saltlösning och andra föreningar som inte kan passera genom membranet. För att öka vattenåtervinningen består system för omvänd osmos ofta av flera steg, där koncentratet från ett steg pressas genom ett andra membran för omvänd osmos eller förs tillbaka genom det första membranet.

Efter filtrering är desinficering vanligtvis det sista steget inom tertiär rening. Vanliga desinficeringsmetoder är klorering och avancerade oxidationsmetoder som UV-oxidation och ozonering. Dessa processer inaktiverar kvarvarande patogener, däribland bakterier, virus och protozoa för att säkerställa att stränga krav på vattenkvalitet uppfylls.

För att ett vattenåtervinningsprogram ska vara framgångsrikt krävs mer än avancerad teknik – minutiös processtyrning, rigorös övervakning av matarvattenkvaliteten och robusta underhållsrutiner är avgörande. Processtyrsystem måste vara utformade för att kontinuerligt övervaka och justera reningsparametrar för att säkerställa en konsekvent produktvattenkvalitet. Samtidigt måste det finnas miljöledningsåtgärder för att förhindra att det kommer in föroreningar i processen som kan äventyra reningen.

Det rättsliga landskapet utvecklas snabbt i takt med att regeringar inser att vattenåtervinning blir allt viktigare för att säkerställa säker vattenförsörjning. Tillståndsförfaranden för indirekt och direkt dricksvattenåteranvändning blir allt vanligare i många regioner och fastställer villkor för vattenåtervinningsprojekt samtidigt som de bemöter allmänhetens oro gällande hur säkra systemen är. I takt med att reningstekniker fortsätter att utvecklas bör regelverk anpassas för att främja innovation samtidigt som de värnar om folkhälsa och miljömässig integritet.

Säker vattenförsörjning hänger på möjligheten att införliva hållbara metoder – och fortsatta investeringar i forskning, infrastruktur och utbildning av allmänheten kommer att bidra till att säkerställa hållbar vattenförsörjning för framtida generationer.