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May 29, 2023

Einschränkungen und neu auftretende Verunreinigungen erhöhen die Herausforderungen der AZ-Wasseraufbereitung

Veröffentlicht: 18. Mai 2023 Hören Sie sich diese Geschichte an. Ihr Browser unterstützt das nicht

Veröffentlicht: 18. Mai 2023

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Die Überwachung, Prüfung und Reinigung des Trinkwassers in Arizona ist eine gigantische Aufgabe. Das Arizona Department of Environmental Quality (ADEQ) reguliert 1.500 Wassersysteme im ganzen Bundesstaat, von etwas so Großem wie dem städtischen Netzwerk von Phoenix bis zu etwas so Kleinem wie einer Tankstelle im Mohave County.

„Unsere Verantwortung besteht darin, sicherzustellen, dass diese Wassersysteme regelmäßig Proben auf Wasserverunreinigungen nehmen“, sagte Trevor Baggiore, Direktor der Wasserqualitätsabteilung von ADEQ.

Diese Abteilung trägt dazu bei, dass öffentliche Wassersysteme die EPA-Standards für sicheres Trinkwasser für rund 90 Mikroben, Chemikalien und radiologische Partikel erfüllen. Aber die EPA kann keine Standards festlegen, bis die Forschung abgeschlossen ist – wenn überhaupt.

„Die Wissenschaft rund um neu auftretende Schadstoffe entwickelt sich ständig weiter“, sagte Baggiore.

Könnte – oder kann – die Wasseraufbereitung in Arizona mit neu auftretenden Schadstoffen umgehen?

Treavor Boyer, Professor an der School of Sustainable Engineering and the Built Environment der ASU und Programmleiter für den Studiengang Umweltingenieurwesen der Schule, hat seine Zweifel.

„Es ist nicht wirklich darauf ausgelegt, die gesamten gelösten Feststoffe zu entfernen; nicht darauf ausgelegt, Dinge wie Nitrat zu entfernen; nicht darauf ausgelegt, Pharmazeutika zu entfernen; nicht darauf ausgelegt, PFAS zu entfernen“, sagte er und bezog sich dabei auf Per- und Polyfluoralkylsubstanzen, die synthetischen „ewigen Chemikalien“, die verwendet werden in vielen antihaftbeschichteten, schmutzabweisenden und wasserbeständigen Produkten.

Anders ausgedrückt: Behandlung und Erkennung werden der Industrie immer hinterherhinken, und es könnte Jahre dauern, bis man die Auswirkungen dessen erkennt, was Pflanzen nicht entfernen.

Und Wasseraufbereitungsanlagen bewältigen bereits mehr als genug Schadstoffe.

Ein Blick in einen der vielen Überwachungsräume der Wasseraufbereitungsanlage 24th Street zeigt Diagramme, Grafiken und Kamerabilder, die alles vom chemischen Gleichgewicht über Wetter, Sicherheit bis hin zu möglichen Überläufen und Überschwemmungen abdecken.

Der zentrale Überwachungsknotenpunkt der Anlage wird als Bedienerraum bezeichnet. Das in der 24th Street verfügt über alles Notwendige: Probenbecken, Testwerkzeuge – und Goldfische.

„Wir haben tatsächlich Goldfische unten am Rohwasser, die uns warnen, wenn es irgendeine Art von Kontamination oder irgendetwas im Kanal gibt“, sagte Jeremy Smithson, Leiter der Wasseranlage, der Reporter von KJZZ News auf einen Rundgang durch die Anlage mitnahm.

Goldfische sind ideale Kanarienvögel in Kohlengruben zum Aufspüren von Kontaminationen, insbesondere da sie in Wasser überleben können, das mit Sedimenten aus großen Regenfällen, Schneeschmelzen oder Waldbränden belastet ist. Solche Ereignisse betreffen häufig die Flüsse Salt und Verde, die diese Pflanze speisen.

Flüsse sind die großen Sammler: Schlick und Erde, Asche und Algen, Mikroben und Schlamm sowie gefährliche Chemikalien und Feuerschutzmittel beladen sie und verursachen Trübungen, die Wissenschaftler in NTUs (Nephelometrische Trübungseinheiten – ein Maß für die Lichtstreuung) messen Partikel in einer Probe).

Bei Spitzenereignissen wie Waldbränden und Überschwemmungen erreichten die in die Anlage einströmenden Trübungen etwa 4.000 NTUs. Zum Vergleich: Alles über 100 NTU ist sehr hoch und kann, wenn man es zu lange anhält, eine große Gefahr für das Leben in Seen und Flüssen darstellen. Die EPA-Standards verlangen, dass aufbereitetes Wasser deutlich unter 1 NTU liegt.

Trübung stört auch Wasseraufbereitungsprozesse, daher bieten Pflanzen chemische Mittel zur Beseitigung an: in diesem Fall Eisenchlorid und das koagulierende Polymer C-308. Polymere sind lange, sich wiederholende Molekülketten, die unter anderem Fasersträngen von Seide bis Zellulose Struktur verleihen.

„Das Eisenchlorid, das sich an allen organischen Stoffen oder dem Schmutz festsetzt, und dann kommt das Polymer wie ein riesiges Spinnennetz herein, fängt alles ein und hilft, es auszuscheiden“, sagte Smithson.

Bei den meisten Grundwasserbehandlungen wird dieser Schritt übersprungen, da Brunnen hauptsächlich Stoffe enthalten, die gelöst sind, wie Zucker im Kaffee, und nicht suspendiert, wie Früchte in einem Smoothie.

„Sie möchten also unterschiedliche Prozesse auswählen, da Grundwasser und Oberflächenwasser unterschiedlich sind“, sagte Boyer. „Und dann behandeln die EPA-Vorschriften und die staatlichen Vorschriften auch Grundwasser und Oberflächenwasser unterschiedlich.“

Arizonas Reichtum an Mineralien füllte seine Schatzkammern und hüllte seine Hauptstadt in Kupfer. Es kann aber auch Arsen oder Uran in das Grundwasser auslaugen, das ebenfalls eher PFAS enthält.

„Aufgrund der Art und Weise, wie die Chemikalie auf der Landoberfläche verwendet wird, taucht sie an vielen Orten im ganzen Bundesstaat im Grundwasser auf“, sagte Boyer.

Ein häufigeres Problem für das Grundwasser ist die durch Kalzium und Magnesium verursachte Härte.

Ob Grund- oder Oberflächenwasser, Anlagen machen es typischerweise weich, bevor sie es aufbereiten oder an Kunden versenden.

„Wenn wir normales Trinkwasser verwenden, beginnt die Lauge mit dem natürlichen Wasser zu reagieren“, sagte Smithson.

„Ätzend“ ist ein Spitzname für Lauge oder Natriumhydroxid. Lauge dient nicht nur der Herstellung von Seife und Brezeln; Es kann dabei helfen, Partikel zu koagulieren und die Chlordesinfektion zu steigern, indem es den pH-Wert des Wassers ausgleicht. Ein unausgeglichener Säure- oder Alkalitätsgehalt kann das Aussehen, den Geschmack und den Geruch des Wassers beeinträchtigen und Rohre beschädigen.

Das Pflanzenpersonal verwendet manchmal auch Kalk, um den pH-Wert auszugleichen, was für Gärtner keine Überraschung sein dürfte.

Wenn es sich so anhört, als ob bei der Wasseraufbereitung eine Menge unheimlicher Dinge hineingeschüttet werden müssten, um andere unheimliche Dinge herauszubekommen, dann ist das so. Aber Pflanzen unterliegen strengen Vorschriften und werden streng überwacht. Chemiker prüfen auf Chemikalien, organischen Kohlenstoff und andere Faktoren, die den Betrieb beeinträchtigen oder die Gesundheit schädigen können.

„Wir testen das Rohwasser, das aus dem Kanal kommt, wir testen es an verschiedenen Probenahmestellen innerhalb der Anlage und dann das Endprodukt, das austritt“, sagte Kelly Smith, Chemikerin im Werk 24th Street.

Am Ende muss herauskommen, was reinkommt, auch wenn sich Pflanzen in den Methoden und Technologien, die sie verwenden, unterscheiden. In Deer Valley drückt der Druck Wasser durch Sandfilter, wo Kollisionen, Diffusionen und elektromagnetische Anziehungskräfte dazu führen, dass Partikel an Sandkörnern haften bleiben.

Solche Anlagen zeichnen sich durch einen geringeren Platzbedarf und eine höhere Geschwindigkeit aus. Aber Smithson sagt, dass Schnelligkeit in beide Richtungen wirkt: Wenn etwas schief geht, bleibt weniger Zeit zum Reagieren.

„Das ist ein sehr sensibler Prozess; man kann sehr schnell Dinge verlieren, weil alles darauf ausgelegt ist, sehr schnell voranzukommen und schneller zum Endprodukt zu gelangen“, sagte er.

Im Vergleich dazu ist die Anlage in der 24th Street ziemlich kugelsicher: Die langsame, durch die Schwerkraft angetriebene Absetzanlage findet über eine Kette geneigter Tanks statt, die mit untergetauchten Sammelrechen ausgestattet sind, die den Schlamm in Sümpfe leiten. Natürlich gibt es einen Kompromiss: Eine so träge Strömung lässt den Algen in der warmen Jahreszeit ausreichend Zeit zum Wachstum. Die Pflanze bekämpft es mit Kupfersulfat, einem gängigen Herbizid.

„Normalerweise beginnen wir etwa vom 1. April bis Ende Oktober“, sagte Smithson. „Das hält unsere Filter wirklich sauber.“

Die entfernten Feststoffe durchlaufen eine Zentrifuge – einen Schleudergang mit Steroiden, der das restliche Wasser herausdrückt – und werden dann per Lastwagen zur Deponie State Route 85 in der Nähe von Buckeye transportiert. Smithson sagt, es sei ein großer Unterschied zu vor ein paar Jahrzehnten, als die Anlagen keine Schlammtanks hatten und stattdessen über Genehmigungen des National Pollutant Discharge Elimination System (NPDES) verfügten, die es ihnen erlaubten, Feststoffe zurück in den Kanal zu leiten.

Laut Smithson gelangen giftige Chemikalien und gefährliche Abfälle nur selten in die Anlage. Wenn dies der Fall ist, geschieht dies in der Regel über einen Überlauf, der von Straßen und Stadtvierteln in den Arizona Canal Diversion Channel fließt, der auch Sturzflutabfluss von den Highways in Phoenix auffängt.

„Wir fangen es ein und beauftragen einen Drittunternehmer, der es in einer Entsorgungsanlage für uns entsorgt“, sagte Smithson.

An anderen Orten wird das klare Wasser durch Aktivkohlefilter geleitet, die Gerüche, schlechten Geschmack, Pestizide, Herbizide und einige industrielle Schadstoffe entfernen können. Es ist möglich, dass Filter langkettige PFAS einfangen, kurzkettige Moleküle jedoch trotzdem durchschlüpfen.

„Diese werden weniger effektiv absorbiert. Das bedeutet also, dass Ihr Aktivkohlebett häufiger ausgetauscht werden muss“, sagte Boyer.

Diese Filterbetten kosten Zehntausende bis Hunderttausende Dollar. Ein billigerer und umweltfreundlicherer Ansatz besteht darin, sie durch Entfernen von Verunreinigungen und Reaktivieren des Kohlenstoffs zu regenerieren. In jedem Fall handelt es sich um einen störenden Prozess innerhalb eines vernetzten Systems, der bereits, wenn schon nicht nach Schweizer Uhrwerk, so doch zumindest nach etwas Square-Dance-Choreographie verlangt.

„Wenn Sie Prozesse nicht einhalten, können Sie eine Anlage problemlos sichern“, sagte Smithson.

Nach der Sedimentation erfolgt die Desinfektion mit Chlordioxid, die Viren und Parasiten abtötet. Giardia, ein Parasit, der in mit Fäkalien kontaminiertem Boden, Nahrungsmitteln und Wasser vorkommt, ist eine leichte Beute; Aber ein anderer Parasit, Kryptosporidium, widersteht Chlor und erfordert einen vielschichtigen Ansatz und stärkere Maßnahmen wie Ozon oder UV-Licht.

Andere von Pflanzen verwendete Desinfektionstechniken umfassen Wasserstoffperoxid und UV-Licht sowie Membranen und Umkehrosmose.

Alle haben ihre Vor- und Nachteile, Kosten und Verschleiß. Smithson sagte, er habe Schwierigkeiten, diesen Punkt den Vorgesetzten zu vermitteln, die darauf drängen, die Compliance-Standards zu übertreffen.

„Compliance wird immer an erster Stelle stehen, aber zu welchem ​​Preis?“ er sagte. „Solange Sie die Compliance einhalten, müssen wir die Compliance nicht vorantreiben, um sie noch besser zu machen, wenn wir der Anlage schaden.“

Aber Smithson sagt, dass die Wasseraufbereitung in Phoenix auch Probleme mit untergeordnetem Personal hat: Sie können nicht genug von ihnen einstellen.

„Alle Städte haben Probleme, Leute einzustellen. Niemand will mehr Betreiber sein“, sagte er. „Und es ist der beste Job, den man sich nur wünschen kann. Man wird ausgebildet, kommt rein oder arbeitet hier draußen an der Ausrüstung. Weißt du, du wirst nie arbeitslos sein.“

Water Systems Operations pumpt aufbereitetes Wasser in das Verteilungssystem, das dank der Dürrepipeline, die am 1. Juni in Betrieb genommen werden soll, bald zum ersten Mal SRP-Wasser nach Nord-Phoenix liefern wird. Das Gebiet erhält normalerweise CAP-Wasser aus dem oft umstrittenen Colorado River.

„Es ist eine Art Backup für den Fall, dass unsere Wasserkredite nicht ausreichen“, sagte Smithson. „Und es schafft mehr Flexibilität für uns, Wasser zu übertragen.“

Gegen aufkommende Schadstoffe wie Mikroplastik – winzige Plastikreste mit einer Länge von weniger als 5,0 mm (0,2 Zoll) – haben die Behörden noch keine so mutigen Maßnahmen ergriffen. Mikroplastik stammt beispielsweise aus synthetischen Stoffen und Mikrokügelchen-Peelings.

Baggiore sagt, es handele sich „eher um ein Oberflächenwasserproblem“ als um ein Grundwasserproblem.

„Die Wassersysteme, die Oberflächenwasser nutzen, sind größtenteils ziemlich hochentwickelt – Stadt Phoenix, Stadt Tucson – und sie kennen viele dieser Arten von Mikroplastik oder anderen neu auftretenden Schadstoffen und haben sie überwacht“, sagte er.

Aber Troy Hayes, Wasserversorgungsdirektor der Stadt Phoenix, sagt, dass sie derzeit keine Tests auf sie durchführen, weil sie derzeit nicht reguliert sind und weil die Flüsse Salt und Verde „nicht unter dem Einfluss irgendwelcher Industrie- oder Abwasserströme stehen“.

Dennoch gibt es in Ozeanen und Seen reichlich Mikroplastik, und trotz des Mangels an Studien, die das Problem bisher untersucht haben, konnten die Schadstoffe im Boden und im Grundwasser nachgewiesen werden.

„Alle Chemikalien, die unser Haus und gewerbliche und institutionelle Gebäude verlassen, gelangen auch zurück in die Wasserversorgung“, sagte Boyer.

Einige aktuelle Technologien entfernen möglicherweise bereits einige Mikroplastik- und Pharmazeutika. Wir wissen es nicht, weil dem zuständigen Personal die Mittel, Methoden und vielleicht auch die Motivation fehlen, die Frage zu stellen.

Gemäß der Unregulated Contaminant Monitoring Rule (UCMR) kann die EPA ADEQ auffordern, von öffentlichen Wassersystemen die Überwachung auf bestimmte nicht regulierte Substanzen, einschließlich PFAS, zu verlangen. Laut Hayes hat Phoenix in den beiden jüngsten UCMRs keine PFAS entdeckt.

Baggiore sagt jedoch, dass UCMR3 nur sechs PFAS auflistete und Experten derzeit nur etwa 27 PFAS-Verbindungen messen können. Darüber hinaus legen die derzeit in Betracht gezogenen EPA-Standards die PFAS-Grenzwerte nahe am unteren Ende dessen, was Tests nachweisen können.

„Es gibt keine Methoden, um die anderen vorhandenen Schadstoffe zu messen. Deshalb müssen spezielle Techniken eingesetzt werden, die sowohl die EPA als auch Arizona in begrenztem Umfang erforschen“, sagte Baggiore.

Derzeit besteht eine der besten Möglichkeiten, Arzneimittel aus dem Wasser fernzuhalten, darin, sie ordnungsgemäß zu entsorgen, über Rücknahmeprogramme, Mail-Back-Programme oder die Entsorgung gefährlicher Haushaltsabfälle.

In der Zwischenzeit könnte Unwissenheit ein Luxus sein, den sich Arizona nicht mehr leisten kann, wenn das Abwasser endlich die Krümmung umgeht und vom Abfallstrom zum SodaStream fließt.

„Früher haben wir Trinkwasser nur in einer Kiste und Abwasser in einer anderen Kiste aufbewahrt, aber sie sind wirklich sehr eng miteinander verbunden“, sagte Boyer.

Mit der Verschärfung der Wasserbeschränkungen hat sich der Verbrauch von der Toilette bis zum Wasserhahn – von den Behörden in „Direct Potable Reuse“ (DPR) umbenannt – von einem unangenehmen NIMBY-Problem zu einer ernstzunehmenden Option gewandelt.

„Das ist ein Vorrat, der derzeit in den Salt River eingeleitet wird, der möglicherweise an eine moderne Wasseraufbereitungsanlage weitergeleitet werden könnte, um dort aufbereitet und schließlich wieder als Trinkwasser eingespeist zu werden“, sagte Hayes bei einer von KJZZ veranstalteten Wassertafel.

Hayes sagte, ein solcher Schritt könnte bis zu 60 Millionen Gallonen pro Tag liefern, verglichen mit 125 Millionen Gallonen Wasser aus dem Colorado River, die täglich in die Wasserhähne gelangen.

Im Jahr 2022 beauftragte der Gesetzgeber von Arizona ADEQ mit der Fertigstellung seiner DPR-Vorschriften. Nach einer bevorstehenden öffentlichen Kommentierungsfrist und einer Überprüfung durch den Regulatory Review Council des Gouverneurs streben sie an, dass die Regeln bis zum nächsten Juli in Kraft treten. Staaten wie Kalifornien, Colorado und Texas verfolgen bereits ähnliche Pläne.

Hayes sagt, das alarmierende Tempo des Klimawandels zwinge uns zum Handeln.

„Es geht schneller voran, als ich erwartet hätte, und deshalb hoffe ich, dass jeder das versteht und die richtigen Entscheidungen trifft, um schnell genug reagieren zu können“, sagte er.

Am Ende – Fluss oder Brunnen, Zufluss oder Abfluss – ist alles ein und dasselbe Wasser. Ohne bessere Antworten und vorsichtiges, aber mutiges Handeln könnte dieser „runde Fluss“ – um einen Begriff des Naturschützers Aldo Leopold zu übernehmen – die Wasserinfrastruktur Arizonas nicht unähnlich machen wie einige Stromschnellen der Klasse VI: gefährlich, überlastet und oft nicht befahrbar.