Jäteveden uudelleenkäyttö on prosessi, jossa jätevesi muunnetaan vedeksi, joka voidaan käyttää uudelleen muihin tarkoituksiin [1] . Näitä voivat olla hedelmä- ja viljelysmaan kastelu tai pinta- ja pohjaveden täydentäminen . Kierrätettyä vettä voidaan käyttää erityistarpeisiin kotitalouksissa (kuten wc-huuhtelu), yrityksissä ja teollisuudessa, ja se voidaan jopa käsitellä juomavesistandardien saavuttamiseksi.. Jälkimmäistä vaihtoehtoa kutsutaan joko "juomaveden suoraksi uudelleenkäytöksi" tai "juomaveden epäsuoraksi uudelleenkäytöksi" käytetystä lähestymistavasta riippuen [2] .
Veden talteenotto uudelleenkäyttöä varten säästää rahaa, koska monilla paikkakunnilla ja alueilla on makean veden puutetta . Kun käytetty vesi päästetään lopulta takaisin luonnollisiin vesilähteisiin, se voi silti tarjota etuja lisäämällä jokien virtausta , ravitsemalla kasvillisuutta ja täydentämällä pohjavesikerrostoja vedenkierron aikana [ 3] .
Jäteveden uudelleenkäyttö on vakiintunut käytäntö, jota käytetään kasteluun , erityisesti kuivissa maissa. Tämä vähentää niukkuutta ja ihmisen toiminnan luonnollisiin vesistöihin kohdistamaa painetta [4] . Mahdollisesti myönteinen puoli on jäteveden ravinnepitoisuus joissakin tapauksissa, mikä voi vähentää muiden lannoitteiden tarvetta.
Mahdollinen vaara on haitallisten komponenttien, kuten bakteerien, raskasmetallien tai orgaanisten epäpuhtauksien (mukaan lukien lääkkeet, henkilökohtaiset hygieniatuotteet ja torjunta-aineet) esiintyminen jätevesissä. Jätevedellä kastelulla voi olla sekä positiivisia että kielteisiä vaikutuksia maaperään ja kasveihin riippuen jäteveden koostumuksesta ja maaperän tai kasvien ominaisuuksista [5] .
Jätevesien puhtaanapito vaatii huomiota, mutta maksaa itsensä takaisin ihmisjätteen hävittämiskustannusten vähentämisessä. Jätevedenkäsittelytekniikan kehitys mahdollistaa veden uudelleenkäytön eri tarkoituksiin. Vettä käsitellään eri tavalla riippuen veden lähteestä ja käytöstä sekä toimitustavasta.
Kierrättäessä toistuvasti planeetan hydrosfäärin läpi, kaikki vesi maapallolla on kierrätettyä vettä, mutta termit "kierrätetty vesi" tai "kierrätetty vesi" viittaavat yleensä jäteveteen, joka lähetetään kodista tai yrityksestä viemärijärjestelmän kautta jätevedenkäsittelylaitokseen , jossa se on käsitellään tarkoitukseen sopivalla tasolla.
Maailman terveysjärjestö on tunnustanut seuraavat jäteveden uudelleenkäytön päätekijät [6] [7] :
Veden uudelleenkäytöstä on tulossa yhä tärkeämpää ei vain kuivilla alueilla, vaan myös kaupungeissa ja saastuneissa ympäristöissä [8] .
Yli puolet maailman väestöstä käyttää maanalaisia pohjavesikerrostoja, jotka ovat jo nyt liikakäytössä [9] . Uudelleenkäyttö lisääntyy edelleen, kun maailman väestö kaupungistuu ja keskittyy lähelle rannikkoa, jossa paikalliset makean veden resurssit ovat rajalliset tai saatavilla vain korkein pääomakustannuksin [10] [11] . Paljon makeaa vettä voidaan säästää käyttämällä jätevettä uudelleen ja kierrättämällä, mikä vähentää saastumista . YK :n asiakirjoissa asetetaan tavoitteeksi "puolittaa käsittelemättömän jäteveden osuus ja lisätä merkittävästi kierrätystä ja turvallista uudelleenkäyttöä maailmanlaajuisesti vuoteen 2030 mennessä" [12] .
Veden/jäteveden uudelleenkäyttö vaihtoehtoisena vesilähteenä voi tarjota merkittäviä taloudellisia, sosiaalisia ja ympäristöllisiä etuja tällaisille ohjelmille. Maataloudessa jäteveden kastelu voi parantaa satoa, pienentää ekologista jalanjälkeä ja lisätä sosioekonomisia hyötyjä [13] . Edut sisältävät [14] [11] :
Juomakelvoton talteenotettu vesi jaetaan usein kaksoisputkiverkostolla, joka erottaa talteenotetut vesiputket kokonaan juomavesiputkista.
Monissa talteenotettua vettä käyttävissä kaupungeissa on nyt niin suuri kysyntä, että kuluttajat saavat käyttää sitä vain tiettyinä päivinä. Jotkut kaupungit, jotka tarjosivat aiemmin rajattomasti talteenotettua vettä kiinteään hintaan, alkavat nyt veloittaa kansalaisilta käyttämänsä määrän.
Monentyyppisissä uudelleenkäytöissä jäteveden täytyy käydä läpi useita vaiheita jätevedenkäsittelyprosessissa , ennen kuin sitä voidaan käyttää. Vaiheisiin voi kuulua seulonta, ensisijainen laskeutus, biologinen käsittely, tertiäärinen käsittely (esim. käänteisosmoosi) ja desinfiointi. Jätevedestä on mahdollista saada typpeä ja tuottaa ammoniumnitraattia [15] . Tämä tuottaa tuloja ja tuottaa hyödyllisiä lannoitteita maanviljelijöille. Jäteveden käsittelyyn uudelleenkäyttöä varten käytetään useita tekniikoita. Näiden tekniikoiden yhdistelmä voi täyttää tiukat puhdistusstandardit ja varmistaa, että käsitelty vesi on hygieenisesti turvallista eli vapaata bakteereista ja viruksista. Seuraavassa on joitain tyypillisiä teknologioita: otsonointi , ultrasuodatus , aerobinen käsittely (kalvobioreaktori), suora osmoosi , käänteisosmoosi , pidennetty hapetus [2] .
Jätevesi käsitellään yleensä vain jälkikäsittelytasolla, kun sitä käytetään kasteluun. Näiden tekniikoiden yhdistelmä voi täyttää tiukat puhdistusstandardit ja varmistaa, että käsitelty vesi on hygieenisesti turvallista eli vapaata bakteereista ja viruksista. Seuraavassa on joitain tyypillisiä teknologioita: otsonointi, ultrasuodatus, aerobinen käsittely (kalvobioreaktori), suora osmoosi, käänteisosmoosi, edistynyt hapetus.
Jätevesi käsitellään yleensä vain jälkikäsittelytasolla, kun sitä käytetään kasteluun.
Pumppuasema jakaa talteen otettua vettä kuluttajille ympäri kaupunkia. Tämä voi sisältää golfkenttiä, maatalouskäyttöä, jäähdytystorneja tai kaatopaikkoja.
Jäteveden käsittelyn sijaan uudelleenkäyttöä varten muilla vaihtoehdoilla voidaan saavuttaa samanlainen makean veden säästövaikutus:
Talteenotetun veden hinta ylittää juomaveden hinnan monilla maailman alueilla, joilla makeaa vettä on saatavilla runsaasti. Kierrätettyä vettä myydään kuitenkin yleensä halvemmalla kansalaisille sen käytön kannustamiseksi. Kun makean veden saanti rajoittuu jakelukustannusten, lisääntyneen julkisen kysynnän tai ilmastonmuutoksen vähentyneiden lähteiden vuoksi, myös kustannussuhde muuttuu. Talteenotettua vettä arvioitaessa on otettava huomioon koko vesihuoltojärjestelmä, sillä se voi tuoda tärkeän joustavuuden arvon koko järjestelmään [16] .
Kierrätetyt vesijärjestelmät vaativat tyypillisesti kaksoisputkiverkon, usein lisäsäiliöillä, mikä lisää järjestelmän kustannuksia.
Kierrätettyä vettä pidetään turvallisena, kun sitä käytetään oikein. Kierrätysvesi, joka on suunniteltu käytettäväksi pohjavesi- tai pintavesivarastoissa, käsitellään asianmukaisesti ja luotettavasti ennen kuin se sekoitetaan luonnonveteen ja läpikäyvät luonnolliset talteenottoprosessit. Osa tästä vedestä tulee lopulta osaksi juomavesihuoltoa.
Vuonna 2009 julkaistussa vedenlaatututkimuksessa verrattiin regeneroidun/talteenotetun veden, pintaveden ja pohjaveden laatueroja [22] . Tulokset osoittavat, että talteenotettu vesi, pintavesi ja pohjavesi ovat aineosiltaan enemmän samankaltaisia kuin erilaisia. Tutkijat testasivat 244 edustavaa komponenttia, joita yleisesti löytyy vedestä. Kun se löydettiin, useimmat komponentit olivat osia per miljardi ja osat biljoonaa kohti. DIT (hyönteiskarkotetta) ja kofeiinia löytyi kaikentyyppisistä vesistä ja lähes kaikista näytteistä. Triklosaania (antibakteerisessa saippuassa ja hammastahnassa) on löydetty kaikentyyppisistä vesistä, mutta sitä löytyy suurempina pitoisuuksina (osia per biljoona) talteenotetusta vedestä kuin pinta- tai pohjavedestä. Näytteistä löytyi hyvin vähän hormoneja/steroideja ja kun ne löydettiin, tasot olivat erittäin alhaiset. Haloetikkahappoa (desinfioinnin sivutuote) on löydetty kaikenlaisista näytteistä, myös pohjavedestä. Suurin ero talteenotetun veden ja muiden vesien välillä näyttää olevan se, että talteenotettu vesi on dekontaminoitunut ja siksi siinä on dekontaminoinnin sivutuotteita (kloorin käytöstä johtuen).
Vuonna 2005 tehdyssä tutkimuksessa "Puistojen, leikkikenttien ja koulupihojen kastelu talteenotetulla vedellä" todettiin, että mikrobipatogeenien tai kemikaalien aiheuttamia sairauksia tai sairauksia ei esiintynyt, ja kierrätetyn veden kasteluun liittyvät riskit eivät eroa paljoakaan juomavedellä tapahtuvasta kastelusta. [23 ] .
Yhdysvaltain kansallisen tutkimusneuvoston vuonna 2012 tekemässä tutkimuksessa todettiin, että riski altistua tietyille mikrobi- ja kemiallisille epäpuhtauksille talteenotetusta juomavedestä ei näytä olevan suurempi kuin riski, joka koetaan ainakin joissakin olemassa olevissa juomaveden käsittelyjärjestelmissä ja voi olla suuruusluokkaa pienempi [24] . Tässä raportissa suositellaan muutoksia liittovaltion sääntelykehykseen, mikä voisi parantaa kansanterveyden suojelua sekä suunnitellussa että suunnittelemattomassa (tai todellisessa) veden uudelleenkäytössä ja lisätä yleisön luottamusta veden uudelleenkäyttöön.
Monet ihmiset yhdistävät inhon tunteen talteenotettuun veteen, ja 13 % kyselyyn vastanneista sanoi, että he eivät edes juo sitä [25] . Kierrätetyn veden juomisen suurin terveysriski on kuitenkin mahdollisuus, että veteen jää lääkkeitä ja muita kotitalouskemikaaleja tai niiden johdannaisia (pysyviä farmaseuttisia ympäristösaasteita) [26] . Tämä olisi pienempi ongelma, jos ihmisten ulosteita ei joutuisi jäteveteen kuivakäymälän tai järjestelmien kautta, jotka käsittelevät mustaa vettä erillään harmaasta vedestä.
Näiden lähdevesiongelmien ratkaisemiseksi talteenotetun veden toimittajat käyttävät moniesteisiä käsittelyprosesseja ja jatkuvaa seurantaa varmistaakseen, että talteenotettu vesi on turvallista ja käsitelty oikein sen aiottuun loppukäyttöön.
Keskustelua käydään mahdollisista terveys- ja ympäristövaikutuksista. Näiden ongelmien ratkaisemiseksi WateReuse Research Foundation suoritti tutkimuksen arvioidakseen kierrätetyn veden mahdollisia terveysriskejä ja vertasi sitä perinteisiin lääkkeisiin ja henkilökohtaiseen hygieniatuotteisiin. Jokaisen neljän skenaarion osalta, joissa ihmiset joutuvat kosketuksiin kasteluun käytetyn kierrätetyn veden kanssa – lapset leikkikentällä, golfaajat, maisemanhoitajat ja maataloustyöntekijät – tutkimuksen tulokset osoittavat, että se voi kestää muutamasta vuodesta miljooniin vuosia kestämättömälle kierrätetylle vedelle, jotta saavutetaan sama vaikutus, jonka saamme yhdessä päivässä rutiinitoimien seurauksena.
Talteenotetun veden käyttö ei-juomakäyttöön säästää juomavettä, koska juomakelpoista vettä käytetään vähemmän juomakelpoisiin tarkoituksiin [27] .
Se sisältää joskus korkeampia ravintoaineita, kuten typpeä , fosforia ja happea , jotka voivat jossain määrin auttaa lannoittamaan puutarha- ja maatalouskasveja, kun niitä käytetään kasteluun.
Veden talteenoton käyttö vähentää herkkiin ympäristöihin kohdistuvaa saastumista. Se voi myös parantaa kosteikkoja , mikä hyödyttää villieläimiä kyseisestä ekosysteemistä riippuen . Se auttaa myös pysäyttämään kuivuuden mahdollisuuden, koska veden kierrätys vähentää maanalaisista lähteistä tulevan makean veden käyttöä. Esimerkiksi San Jose/Santa Clara Water Pollution Control Plant on perustanut veden kierrätysohjelman suojellakseen luonnollisia suolamaita San Franciscon lahden alueella .
Tärkeimmät mahdolliset riskit, jotka liittyvät talteenotetun jäteveden uudelleenkäyttöön kastelutarkoituksiin, kun käsittely ei ole riittävä, ovat seuraavat [28] [14] :
Vaikka Australiassa ei tällä hetkellä ole täysimittaisia suoria juomaveden uudelleenkäyttöjärjestelmiä , Australian Etelämanner-divisioona tutkii mahdollisuutta asentaa juomaveden uudelleenkäyttöjärjestelmä Davis-tutkimustukikohtaansa Etelämantereella . Davisin tukikohdan meripäästöjen laadun parantamiseksi on valittu useita erilaisia testattuja teknologioita, joita käytetään jatkossakin, kuten otsonointi, UV-desinfiointi, klooripuhdistus sekä UV-suodatus, aktiivihiilisuodatus ja käänteisosmoosi . [29] [20] .
Vuodesta 2010 lähtien Israel on maailman kärjessä kierrättämänsä veden osuudella [30] . Israel käsittelee 80 % jätevesistään (400 miljardia litraa vuodessa) ja 100 % Tel Avivin suurkaupunkialueen jätevesistä käsitellään ja käytetään uudelleen kasteluvedenä maataloudessa ja julkisissa töissä. Tähän mennessä kaikki Israelissa kerätyt jätevedet on käytetty maatalous- ja maanparannustarkoituksiin.
Esimerkki suorasta juomaveden uudelleenkäytöstä on Windhoekin tapaus ( Namibia , New Gorangab Water Reclamation Plant (NGWRP)), jossa käsiteltyä jätevettä on sekoitettu juomaveteen yli 40 vuoden ajan. Se perustuu useiden käsittelyesteiden konseptiin (esim. otsonointi, tehostettu koagulaatio / liuenneen ilman vaahdotus / nopea hiekkasuodatus ja otsonoinnin jälkeinen, biologinen aktiivihiili / rakeinen aktiivihiili, ultrasuodatus (UV), klooraus) niihin liittyvien riskien vähentämiseksi ja parantaa veden laatua. Kierrätetty jätevesi muodostaa tällä hetkellä noin 14 % kaupungin juomaveden tuotannosta [31] .
Singaporessa talteenotettua vettä kutsutaan nimellä NEWater, ja se pullotetaan suoraan parannetusta vedenkäsittelylaitoksesta koulutus- ja lomatarkoituksiin. Suurin osa uudelleenkäytetystä vedestä käytetään Singaporessa korkean teknologian teollisuudessa, mutta pieni määrä palautetaan juomavesisäiliöihin.
Vuoden 2002 lopussa NEWater-niminen ohjelma saavutti 98 prosentin hyväksynnän, ja 82 prosenttia vastaajista ilmoitti juovansa kierrätettyä vettä suoraan ja 16 prosenttia vain säiliöveteen sekoitettuna [32] . Syntyvä uusi vesi stabiloinnin (emäksisten kemikaalien lisäämisen) jälkeen täyttää WHO:n vaatimukset ja sitä voidaan käyttää moniin eri sovelluksiin (esim. uudelleenkäyttö teollisuudessa, tyhjennys juomavesisäiliöön) [33] . Tällä hetkellä NEWaterin osuus Singaporen kokonaiskäytöstä on noin 30 % , ja vuoteen 2060 mennessä Singaporen kansallinen vesivirasto suunnittelee kolminkertaistavansa NEWaterin nykyisen kapasiteetin täyttääkseen 50 % Singaporen tulevasta vedentarpeesta [34] .
Etelä -Afrikassa kuivat olosuhteet ovat tärkeä tekijä jäteveden uudelleenkäytössä [20] . Esimerkiksi Beaufort Westissä Etelä-Afrikassa rakennettiin vuoden 2010 lopulla suora jäteveden talteenottolaitos (WRP) tuottamaan juomavettä akuutin vesipulan vuoksi (tuotanto 2300 m 3 päivässä) [35] [36] . Prosessikonfiguraatio perustuu moniestekonseptiin ja sisältää seuraavat käsittelyprosessit: hiekkasuodatus, UV, kaksivaiheinen käänteisosmoosi ja ultraviolettivalon (UV) permeaatin desinfiointi.
Georgen kaupunki kärsii vesipulasta, ja se on päättänyt IPR-strategiasta (2009/2010), jossa sen Outeniquan jäteveden loppuvesi käsitellään erittäin laadukkaasti UV-valolla ja desinfioimalla ennen kuin ne palautetaan päävarastoon, Garden Routeen. Pato, jossa ne yhdistetään nykyiseen raakavesivarastoon. Tämä aloite lisää nykyistä tarjontaa 10 000 m 3 vuorokaudessa, mikä on noin kolmannes juomaveden tarpeesta. Teknologinen kokoonpano sisältää seuraavat käsittelyprosessit: rumpuseula, UV- ja klooridesinfiointi. Tarvittaessa George WTW:hen lisättiin jauhemaista aktiivihiiltä (PAC) lisätoiminnallisena esteenä.
Kierrätetyn veden uudelleenkäyttö on yhä yleisempi vastaus veden niukkuuteen monissa osissa Yhdysvaltoja. Kierrätettyä vettä käytetään suoraan useisiin juomakelvottomiin käyttötarkoituksiin Yhdysvalloissa, mukaan lukien kaupunkimaiseman kastelu puistoissa, koulupihoissa, moottoriteillä ja golfkentillä; palontorjunta; kaupalliseen käyttöön, kuten ajoneuvojen pesuun; teollinen uudelleenkäyttö, kuten jäähdytysvesi, kattilavesi ja prosessivesi; ympäristö- ja virkistyskäyttö, kuten kosteikkojen luominen tai ennallistaminen; sekä maatalouden kastelu [37] . Joissakin tapauksissa, kuten Irvine Ranch Water District Orange Countyssa , sitä käytetään myös wc-istuinten huuhteluun [38] .
On arvioitu, että vuonna 2002 yhteensä 1,7 miljardia gallonaa (6 400 000 m 3 ) päivässä eli lähes 3 % julkisesta vesihuollosta käytettiin suoraan uudelleen. Kalifornia käytti uudelleen 0,6 ja Florida 0,5 miljardia gallonaa (1 900 000 m 3 ) päivässä. Vuonna 2002 25 osavaltiossa oli määräyksiä kierrätetyn veden käytöstä. Talteenotetun veden suunniteltu suora uudelleenkäyttö alkoi vuonna 1932, kun San Franciscon Golden Gate Parkiin rakennettiin kierrätysvesilaitos . Kierrätetty vesi jaetaan yleensä käyttämällä värillistä kaksoisputkiverkostoa, joka erottaa talteenotetut vesiputket kokonaan juomavesiputkista [39] .