Spildevandsgenbrug er processen med at omdanne spildevand til vand, der kan genbruges til andre formål [1] . Disse kan omfatte kunstvanding af frugtplantager og landbrugsarealer eller genopfyldning af overflade- og grundvand . Genbrugsvand kan bruges til at opfylde specifikke behov i boliger (såsom toiletskyl), virksomheder og industri, og kan endda behandles for at nå drikkevandsstandarderne . Sidstnævnte mulighed betegnes enten som "direkte genbrug af drikkevand" eller "indirekte genbrug af drikkevand", afhængigt af den anvendte tilgang [2] .
Genvinding af vand til genbrug tjener til at spare penge, da mange lokaliteter og regioner oplever mangel på ferskvand . Når brugt vand til sidst frigives tilbage til naturlige vandkilder, kan det stadig give fordele ved at øge flodstrømmen , nære vegetationen og genopbygge vandførende lag gennem vandkredsløbet [3] .
Genbrug af spildevand er en etableret praksis, der bruges til kunstvanding , især i tørre lande. Dette reducerer knaphed og reducerer det pres, som menneskelige aktiviteter udøver på naturlige vandområder [4] . Et potentielt positivt aspekt er spildevandets næringsstofindhold i nogle tilfælde, hvilket kan reducere behovet for anden gødning.
En mulig fare er tilstedeværelsen af skadelige komponenter i spildevandet, såsom bakterier, tungmetaller eller organiske forurenende stoffer (herunder lægemidler, produkter til personlig pleje og pesticider). Vanding med spildevand kan have både positive og negative effekter på jord og planter afhængig af spildevandets sammensætning og jordens eller planternes karakteristika [5] .
Håndtering af spildevandssanering kræver opmærksomhed, men betaler sig med det positive, der er forbundet med at reducere omkostningerne ved bortskaffelse af menneskeligt affald. Fremskridt inden for spildevandsbehandlingsteknologi gør det muligt at genbruge vand til forskellige formål. Vand behandles forskelligt afhængigt af vandets kilde og anvendelse, og hvordan det leveres.
Alt vand på Jorden, som cirkulerer gentagne gange gennem den planetariske hydrosfære, er genbrugsvand, men udtrykkene "genbrugsvand" eller "genvundet vand" refererer normalt til spildevand, der sendes fra et hjem eller en virksomhed gennem et kloaksystem til et spildevandsrensningsanlæg , hvor det er behandlet på et niveau, der passer til deres tilsigtede formål.
Verdenssundhedsorganisationen har anerkendt følgende hovedfaktorer for genbrug af spildevand [6] [7] :
Genbrug af vand bliver stadig vigtigere, ikke kun i tørre områder, men også i byer og forurenede miljøer [8] .
I forvejen er underjordiske grundvandsmagasiner, som bruges af mere end halvdelen af verdens befolkning, i en tilstand af overudnyttelse [9] . Genbrug vil fortsætte med at stige, efterhånden som verdens befolkning bliver mere urbaniseret og koncentreret nær kystlinjer, hvor lokale ferskvandsforsyninger er begrænsede eller kun tilgængelige til høje kapitalomkostninger [10] [11] . En masse ferskvand kan spares ved at genbruge og genbruge spildevand, hvilket reducerer forureningen . FN- dokumenterne sætter målet om at "halvere andelen af urenset spildevand og øge genanvendelse og sikker genbrug betydeligt på verdensplan inden 2030" [12] .
Genbrug af vand/spildevand som en alternativ vandkilde kan give betydelige økonomiske, sociale og miljømæssige fordele til sådanne programmer. I landbruget kan spildevandsvanding forbedre afgrødeudbyttet, reducere det økologiske fodaftryk og øge de socioøkonomiske fordele [13] . Fordelene omfatter [14] [11] :
Ikke-drikkevandsvand distribueres ofte ved hjælp af et dobbeltrørsnet, der fuldstændigt adskiller genvundne vandrør fra drikkevandsrør.
I mange byer, der bruger genvundet vand, er det nu efterspurgt, at forbrugerne kun må bruge det på bestemte dage. Nogle byer, der tidligere tilbød ubegrænset genvundet vand til en fast sats, begynder nu at opkræve borgere for det beløb, de bruger.
For mange typer genbrug skal spildevand gennemgå adskillige trin i spildevandsbehandlingsprocessen , før det kan bruges. Trinene kan omfatte screening, primær bundfældning, biologisk behandling, tertiær behandling (f.eks. omvendt osmose) og desinfektion. Det er muligt at få kvælstof fra spildevand og producere ammoniumnitrat [15] . Dette genererer indkomst og producerer nyttig gødning til landmændene. Der er flere teknologier, der bruges til at rense spildevand til genbrug. Kombinationen af disse teknologier kan opfylde strenge rensningsstandarder og sikre, at behandlet vand er hygiejnisk sikkert, det vil sige fri for bakterier og vira. Følgende er nogle af de typiske teknologier: ozonering , ultrafiltrering , aerob behandling (membranbioreaktor), direkte osmose , omvendt osmose , forlænget oxidation [2] .
Spildevand behandles generelt kun på sekundært rensningsniveau, når det bruges til kunstvanding. Kombinationen af disse teknologier kan opfylde strenge rensningsstandarder og sikre, at behandlet vand er hygiejnisk sikkert, det vil sige fri for bakterier og vira. Følgende er nogle af de typiske teknologier: ozonisering, ultrafiltrering, aerob behandling (membranbioreaktor), direkte osmose, omvendt osmose, avanceret oxidation.
Spildevand behandles generelt kun på sekundært rensningsniveau, når det bruges til kunstvanding.
Pumpestationen distribuerer genvundet vand til forbrugere i hele byen. Dette kan omfatte golfbaner, landbrugsbrug, køletårne eller jordfyldning.
I stedet for at rense spildevand til genbrug, kan andre muligheder opnå en lignende ferskvandsbesparende effekt:
Omkostningerne ved genvundet vand overstiger omkostningerne ved drikkevand i mange regioner i verden, hvor ferskvand er tilgængeligt i overflod. Men genvundet vand sælges normalt til en lavere pris til borgerne for at fremme brugen af det. Efterhånden som ferskvandsforsyningen bliver begrænset på grund af distributionsomkostninger, øget offentlig efterspørgsel eller reducerede kilder til klimaændringer, vil omkostningsforholdet også ændre sig. Ved vurdering af genvundet vand skal hele vandforsyningssystemet tages i betragtning, da dette kan tilføre en vigtig værdi af fleksibilitet til det samlede system [16] .
Genvundne vandsystemer kræver typisk et dobbelt rørnetværk, ofte med ekstra lagertanke, hvilket øger omkostningerne ved systemet.
Genvundet vand anses for sikkert, når det bruges korrekt. Genvundet vand, der er planlagt til brug i akvifergenopladning eller overfladevandsgenopladning, modtager tilstrækkelig og pålidelig behandling, før det blandes med naturligt vand og gennemgår naturlige genvindingsprocesser. Noget af dette vand bliver med tiden en del af drikkevandsforsyningen.
En vandkvalitetsundersøgelse offentliggjort i 2009 sammenlignede forskelle i kvalitet mellem genvundet/genvundet vand, overfladevand og grundvand [22] . Resultaterne viser, at genvundet vand, overfladevand og grundvand er mere ens end forskellige med hensyn til indholdsstoffer. Forskerne testede 244 repræsentative komponenter, der almindeligvis findes i vand. Da de blev fundet, var de fleste komponenter i dele pr. milliard og dele pr. trillion. DIT (insect repellent) og koffein blev fundet i alle typer vand og i næsten alle prøver. Triclosan (i antibakteriel sæbe og tandpasta) er fundet i alle typer vand, men findes i højere koncentrationer (parts per billion) i genvundet vand end i overflade- eller grundvand. Der blev fundet meget få hormoner/steroider i prøverne, og da de blev fundet, var niveauerne meget lave. Haloeddikesyrer (et biprodukt fra desinfektion) er fundet i alle typer prøver, selv i grundvandet. Den største forskel mellem genvundet vand og andet vand synes at være, at genvundet vand er blevet dekontamineret og derfor har dekontamineringsbiprodukter (på grund af brugen af klor).
En undersøgelse fra 2005 med titlen "Irrigation of Parks, Playgrounds and Schoolyards with Reclaimed Water" viste, at der ikke var nogen tilfælde af sygdom eller sygdom fra mikrobielle patogener eller kemikalier, og risikoen ved at bruge genvundet vand til kunstvanding er ikke meget anderledes end kunstvanding med drikkevand [ 23] .
En undersøgelse fra 2012 foretaget af National Research Council i USA viste, at risikoen for eksponering for visse mikrobielle og kemiske kontaminanter fra genvundet drikkevand ikke ser ud til at være større end den risiko, der opleves i i det mindste nogle eksisterende drikkevandsbehandlingssystemer og kan være størrelsesordener lavere [24] . Denne rapport anbefaler justeringer af den føderale lovgivningsramme, der kan forbedre beskyttelsen af folkesundheden for både planlagt og uplanlagt (eller faktisk) vandgenbrug og øge offentlighedens tillid til vandgenbrug.
Mange mennesker forbinder følelser af afsky med genvundet vand, og 13 % af de adspurgte sagde, at de ikke engang ville drikke det [25] . Men den største sundhedsrisiko ved at drikke genvundet vand er muligheden for, at farmaceutiske og andre husholdningskemikalier eller deres derivater (persistente farmaceutiske miljøforurenende stoffer) bliver tilbage i dette vand [26] . Dette ville være mindre af et problem, hvis menneskelig afføring ikke blev indført i spildevandet via tørre toiletter eller systemer, der behandler sort vand adskilt fra gråt vand.
For at løse disse kildevandsproblemer anvender leverandører af genvundet vand behandlingsprocesser med flere barrierer og løbende overvågning for at sikre, at genvundet vand er sikkert og korrekt behandlet til dets tilsigtede slutanvendelse.
Der er debat om mulige sundheds- og miljøeffekter. For at løse disse problemer gennemførte WateReuse Research Foundation en undersøgelse for at vurdere de potentielle sundhedsrisici ved genbrugsvand og sammenlignede det med traditionelle lægemidler og produkter til personlig pleje. For hvert af de fire scenarier, hvor mennesker kommer i kontakt med genbrugsvand brugt til kunstvanding – børn på en legeplads, golfspillere, anlægsgartnere og landbrugsarbejdere – viser resultaterne af undersøgelsen, at det kan tage alt fra et par år til millioner af års eksponering for ikke-bæredygtigt genbrugsvand for at opnå den samme effekt, som vi får på én dag som følge af rutinemæssige aktiviteter.
Brugen af genvundet vand til ikke-drikkelige formål sparer drikkevand, fordi mindre drikkevand vil blive brugt til ikke-drikkelige formål [27] .
Det indeholder nogle gange højere niveauer af næringsstoffer såsom nitrogen , fosfor og ilt , som i nogen grad kan hjælpe med at befrugte have- og landbrugsplanter, når de bruges til kunstvanding.
Brugen af vandindvinding reducerer forurening rettet mod følsomme miljøer. Det kan også forbedre vådområder , hvilket gavner dyrelivet afhængigt af det økosystem . Det hjælper også med at stoppe muligheden for tørke, da vandgenanvendelse reducerer brugen af ferskvand fra underjordiske kilder. For eksempel har San Jose/Santa Clara Water Pollution Control Plant etableret et vandgenanvendelsesprogram for at beskytte naturlige strandenge i San Francisco Bay Area .
De vigtigste potentielle risici forbundet med genbrug af genvundet spildevand til kunstvandingsformål, når behandlingen ikke er tilstrækkelig, er følgende [28] [14] :
Mens der i øjeblikket ikke er nogen fuldskala direkte drikkevandsgenbrugsordninger på plads i Australien , undersøger Australian Antarctic Division muligheden for at installere en drikkevandsgenbrugsordning på sin Davis Research Base i Antarktis . En række forskellige gennemprøvede teknologier er blevet udvalgt til at forbedre kvaliteten af marine udledninger fra Davis-basen og vil blive brugt i fremtiden, såsom ozonering, UV-desinfektion, klorrensning, samt UV-filtrering, aktivt kulfiltrering og omvendt osmose [29] [20] .
Fra 2010 er Israel førende i verden med hensyn til den andel af vand, det genbruger [30] . Israel behandler 80 % af sit spildevand (400 milliarder liter om året), og 100 % af spildevandet fra Tel Avivs hovedstadsområde behandles og genbruges som kunstvandingsvand til landbrug og offentlige arbejder. Til dato bruges alt genvundet spildevand i Israel til landbrugs- og landvindingsformål.
Et eksempel på direkte genbrug af drikkevand er tilfældet med Windhoek ( Namibia , New Gorangab Water Reclamation Plant (NGWRP)), hvor renset spildevand er blevet blandet med drikkevand i over 40 år. Det er baseret på konceptet med flere behandlingsbarrierer (dvs. præ-ozonering, forbedret koagulering / flotation i opløst luft /hurtig sandfiltrering og postozonering, biologisk aktivt kul/granulært aktivt kul, ultrafiltrering (UV), chlorering) for at reducere de tilknyttede risici og forbedre vandkvaliteten. Genvundet spildevand tegner sig i øjeblikket for omkring 14 % af drikkevandsproduktionen i byen [31] .
I Singapore kaldes genvundet vand NEWater og tappes direkte fra et forbedret vandbehandlingsanlæg til uddannelses- og ferieformål. Mens det meste af det genbrugte vand bruges i Singapore til højteknologiske industrier, returneres en lille mængde til drikkevandstanke.
I slutningen af 2002 opnåede programmet, med succes døbt NEWater, 98 procent accept, hvor 82 procent af de adspurgte angav, at de ville drikke genbrugsvand direkte og yderligere 16 procent kun, når de blev blandet med tankvand [32] . Det resulterende nye vand efter stabilisering (tilsætning af alkaliske kemikalier) overholder WHO's krav og kan bruges i en lang række anvendelser (f.eks. genbrug i industrien, udledning i drikkevandstank) [33] . I øjeblikket tegner NEWater sig for omkring 30% af Singapores samlede brug , og i 2060 planlægger National Water Agency of Singapore at tredoble NEWaters nuværende kapacitet for at imødekomme 50% af Singapores fremtidige vandbehov [34] .
I Sydafrika er tørre forhold en vigtig faktor for genbrug af spildevand [20] . For eksempel blev der i Beaufort West , Sydafrika bygget et anlæg til direkte spildevandsgenvinding (WRP) i slutningen af 2010 for at producere drikkevand som følge af en akut vandmangel (produktion på 2300 m 3 pr. dag) [35] [36] . Proceskonfigurationen er baseret på multibarriere-konceptet og omfatter følgende behandlingsprocesser: sandfiltrering, UV, to-trins omvendt osmose og ultraviolet lys (UV) permeat desinfektion.
Byen George står over for vandmangel og har besluttet sig for en IPR-strategi (2009/2010), hvor det endelige spildevand fra dets spildevandsanlæg Outeniqua behandles til meget høj kvalitet med UV-lys og desinfektion, før det returneres til hovedlageret, Garden Route. Dæmning, hvor de kombineres med nuværende råvandsforsyninger. Dette tiltag øger den eksisterende forsyning med 10.000 m 3 om dagen, hvilket er omkring en tredjedel af drikkevandsbehovet. Den teknologiske konfiguration omfatter følgende forarbejdningsprocesser: tromleskærm, UV- og klordesinfektion. Der blev truffet foranstaltninger til at tilføje pulveriseret aktivt kul (PAC) til George WTW, hvis det var nødvendigt som en yderligere operationel barriere.
Genbrug af genvundet vand er en stadig mere almindelig reaktion på vandknaphed i mange dele af USA. Genvundet vand bruges direkte til en række ikke-drikkelige anvendelser i USA, herunder kunstvanding i bylandskaber til parker, skolegårde, motorveje og golfbaner; brandbeskyttelse; kommerciel brug, såsom bilvask; industriel genbrug såsom kølevand, kedelvand og procesvand; miljømæssige og rekreative anvendelser såsom oprettelse eller restaurering af vådområder; samt landbrugsvanding [ 37] . I nogle tilfælde, såsom Irvine Ranch Water District i Orange County , bruges det også til at skylle toiletter [38] .
Det er blevet anslået, at i 2002 blev i alt 1,7 milliarder amerikanske gallons (6.400.000 m 3 ) om dagen, eller næsten 3 % af den offentlige vandforsyning, direkte genbrugt. Californien genbrugte henholdsvis 0,6 og Florida 0,5 milliarder amerikanske gallons (1.900.000 m 3 ) om dagen. Femogtyve stater havde regler vedrørende brugen af genvundet vand i 2002. Planlagt direkte genbrug af genvundet vand begyndte i 1932 med opførelsen af et genvundet vandanlæg i San Franciscos Golden Gate Park . Genvundet vand distribueres normalt ved hjælp af et farvet dobbeltrørsnetværk, der fuldstændigt adskiller genvundne vandrør fra drikkevandsrør [39] .