Die Rolle von Bakterien in der Abwasserbehandlung: Ein umfassender Überblick

Bakterien spielen eine integrale Rolle im Prozess des Zersetzens und Verarbeitens von Abwasser. Bakterien erfüllen diese Funktion in der Natur seit Jahrtausenden, und dennoch verlassen sich moderne Klärgruben und kommunale Abwasserbehandlungsanlagen trotz all unserer Technologie auf Bakterien, um einen Großteil der Arbeit zu erledigen. Nicht jede Art von Bakterien, die in Abwasser vorhanden ist, hilft dabei, es zu zersetzen; bestimmte Arten verwenden dieselbe Methode, um ihr Ziel zu erreichen.

Geschichte

Bakterien sind einzellige Lebensformen, die sehr spezifische Funktionen erfüllen. Es gibt sowohl „gute“ als auch „schlechte“ Bakterien: Bakterien in Ihrem Darm helfen Ihnen, Nahrung zu verdauen, während schlechte Bakterien auf Ihrer Haut in einen Schnitt gelangen und eine Infektion verursachen können. Nützliche und schädliche Bakterien gibt es auch in Abwasser. Bakterien fallen in zwei Hauptkategorien: aerobe und anaerobe, sowie einige, die beide Kategorien umfassen. Aerobe Bakterien benötigen Sauerstoff, um zu funktionieren, während anaerobe Bakterien dies nicht tun. Unterschiedliche Abwasserbehandlungssysteme verwenden beide Arten. Verschiedene Bacillus-Bakterien arbeiten besonders gut in beiden Systemtypen und sind nicht pathenogen (giftig).

Aerobe Bakterien

Aerobe Bakterien arbeiten in offenen Systemen, die eine leicht verfügbare Menge an Sauerstoff bereitstellen. Beispiele hierfür sind Komposttoiletten, Feuchtgebiete und Abwasserhaltebecken. Diese Bakterien verbrauchen organische Abfälle und Sauerstoff und stoßen Wasser und Kohlendioxid als Abfallprodukte aus. Diese Bakterien spielen eine wichtige Rolle in Ökosystemen wie Feuchtgebieten, weil sie das Kohlendioxid erzeugen, das für das Gedeihen von Wasserpflanzen benötigt wird, und helfen, durch Verdunstung verringerte Wasserstände aufrechtzuerhalten. In Abwasseranlagen durchläuft das Wasser einen umfangreichen Filterprozess, bevor es in die Haltebecken gelangt, und erhält eine chemische Desinfektion, bevor es die Anlage verlässt.

Anaerobe Bakterien

Anaerobe Bakterien arbeiten in geschlossenen Systemen wie Klärgruben. Sie verbrauchen organische Abfälle und scheiden Methan und Schwefelwasserstoffgas aus, die giftig oder septisch sind. Das Abwasser gelangt in die Klärgrube, wo es verweilt, während es sich in eine Schaumschicht, eine mittlere Schicht „sauberes“ Wasser und eine Schlamm Schicht trennt. Die Bakterien arbeiten in der Schlammschicht und fressen so viel der essbaren Teile des Abfalls wie möglich. Die ungenießbaren Überreste werden regelmäßig abgepumpt. Das Wasser in der mittleren Schicht bleibt voller schädlicher Bakterien und Viren, sodass es weiterhin gefiltert werden muss. Dieses Wasser gelangt in Sickerleitungen, eine schlängelnde Spur von perforierten Rohren unter der Erde, wo der Boden das Wasser filtert, während es in das Grundwasser versickert oder in die Luft verdunstet.

Potenzial

Wissenschaftler suchen ständig nach neuen Möglichkeiten, Bakterien zur effizienteren Verarbeitung von Abwasser zu nutzen, sodass kommunale Systeme weniger Energie verbrauchen und keinen Abfall produzieren. Die Anlagen müssen alle schädlichen Chemikalien wie Nitrate und Perchlorat sowie andere Toxine herausfiltern, indem sie Systeme verwenden, die viel Energie zum Betrieb verbrauchen und große Mengen Wasser verbrauchen. Zusätzlich muss der gefilterte Abfall entsorgt oder verbrannt werden, da er weiterhin giftig bleibt. Diese Bakterien benötigen Wasserstoff, um diese Chemikalien zu verarbeiten und sie in harmlose Formen umzuwandeln – ein schwieriger und manchmal unmöglicher Prozess. Forscher der Arizona State University haben einen praktischen Weg gefunden, Wasserstoff durch die Verwendung einer Membran bereitzustellen.

Funktion

Die experimentelle Membran, genannt Membran-Biofilm-Reaktor (MBfR), enthält Fasern, die Wasserstoff für die Bakterien pumpen, die auf ihrer Oberfläche sitzen. Das Endergebnis ist sauberes Wasser und harmlose Endprodukte wie Stickstoffgas und Chlorid-Ionen. Dieser Prozess erfolgt bei Raumtemperatur ohne schwere Pump- oder Filtermechanismen; daher kostet er weniger als andere Systeme.