Cirkulär ekonomi, kostnadsminskningar och begränsning av växthusgaser diskuteras i artikeln som intressant nog kommer från ett universitet i Saudiarabien och utgår från Gulfregionens miljö.
Av: Jörgen Hanaeus
Synsättet på avloppsvatten som avfall bör lämnas och ersättas av en utveckling mot återanvändning av ingående ämnen. Avloppsverk föreslås döpas om till vattenfabriker (RRF, Resource Recovery Factory). I vattenfattiga områden som Gulfregionen bör särskilt vattenkomponenten återanvändas.
Bland lovande tekniker för vattenbehandlingen föreslås: Aerob, granulär slamteknik med gravitationsdriven membranteknik; Anaerob, elektrokemisk membranreaktor och Anaerob membranbioreaktor.
Bakgrund
Den linjära ekonomin beskrivs med Take-Use-Treat-Dispose medan den cirkulära, som bör eftersträvas, lyder Take-Use-Recover-Return.
Vatten är den mest använda av alla naturresurser; hundra gånger mer än övriga ämnen tillsammans, och hushållens, jordbrukets och industrins behov för jordens ca 8 miljarder människor ska tillfredsställas. Ungefär 2 miljarder människor lever i länder eller regioner med ”absolut vattenbrist”, < 500 m3/p, år och 2/3 av jordens befolkning kan bedömas vara under stress-förhållanden (mellan 500 och 1000 m3/p, år) (FAO).
Situationen är ännu värre i Gulf-regionen Bahrain, Kuwait, Oman, Qatar, Kungadömet Saudiarabien och Förenade Arabemiraten (UAE). Regionen karakteriseras av låg nederbörd, < 100 mm/år, och hög potentiell avdunstning, 2,5-3 m/år.
Vattenförbrukning
I KSA (Kungariket Saudiarabien, 37 miljoner invånare) förlitar man sig mycket på icke förnybart grundvatten (35 %) medan avsaltat havsvatten står för 59 %. Totalt används närmare 24 miljarder m3/år, varav jordbruket konsumerar 82 % och industri och hushåll 18 %. Hushållskonsumtionen är nu 3,4 miljarder m3/år varav två kommer från avsaltat vatten. Landets grundvattenresurser har nästan förbrukats på en generation.
Ministeriet MEWA har nyligen satt ett direktiv om att nå en dricksvattenfördelning 90-10 % mellan avsaltat vatten och icke förnybart grundvatten. År 2026 bedöms 2,2 miljarder m3 avsaltat vatten att åtgå. KSA är en av toppkonsumenterna för dricksvatten med ett behov av 360 L/p,d.
Havsvatten, avsaltat med omvänd osmos, bedöms dra 3-8 kWh/m3 för större anläggningar; för små kan det röra sig upp mot 15 kWh/m3. För närvarande emitterar avsaltningsanläggningarna 2,5 kg CO2/m3 avsaltat vatten. Gulfregionens vatten är från början 25 % saltare än genomsnittet på jorden och gör alltså avsaltningen extra resurskrävande. Den koncentrerade saltlösningen (brine) som återförs till havet håller > 10 % i salthalt och kan vara störande för det marina livet. Återföringen av brine är ännu mer problematisk vid avsaltning av grundvatten. Sex nya avsaltningsanläggningar är planerade.
Alternativ användning
Havsvatten till toalettspolning är ett sätt att reducera sötvattenanvändning; mer än hälften av jordens befolkning lever inom 6 km från kusten. Dock måste beaktas att inte salthalten in till avloppsverk blir för hög. Även behandlat avloppsvatten är ett intressant vattenalternativ där inte dricksvattenkvalitet är nödvändig.
Avsaltningsprocessen kan och bör utvecklas ytterligare. Biofoulingen bör bearbetas, särskilt där näringsrikt havsvatten används. Spolvattenförbrukningen kan troligen reduceras. Omvänd osmos kan integreras med solenergi för driften. Brinebehandling kan nyttja membrandestillation.
Plastlakan har använts som avdunstningshämmare men landar de på avfallsdeponi är hållbarheten ett problem.
Superhydrofob sand är ett intressant tillskott till näringsfattig mark. Paraffinvax påförs i 5-10 mm lager, vilket minskar avdunstningen påtagligt (visat i experiment) och markfuktigheten kan hållas gynnsamt hög för växtlighet med hjälp av t ex behandlat avloppsvatten.
Avloppsvatten
Avloppsvatten är en illa utnyttjad resurs i den cirkulära ekonomin. Näring (fosfat, kväve), lipider och cellulosa är exempel på ämnen som kan tas tillvara i en resursfabrik. Vissa steg har tagits. Biogas från rötning är en stabil teknik, fosfat är i ett expanderande skede och cellulosa och bio-ALE (alginatlik polymer) är i en inledande fas. Potentiellt värde bedöms vara ca 30 miljarder SEK/år.
KSA har f n 91 avloppsverk med en samlad kapacitet av 4,5 miljoner m3/d. Aktivslamtekniken använder hälften av energiåtgången (0,6 kWh/m3) till luftning och det behandlade vattnet skickas åter till havet utan att nyttjas mer. Nyare teknik, t ex Aerobic Granular Sludge (AGS) bör kunna sänka energiåtgången avsevärt, f n kalkyleras med 0,2 kWh/m3. Den avloppsvattenmängd som genereras i KSA idag är 213 L/p,d. Dricksvattennätets längd är 12 300 mil medan avloppsnätet mäter knappa 5 000 mil. Ett sätt att täcka differensen är att bygga decentraliserade avloppsverk med lokalt resursutnyttjande.
En teknik som testas nu är AGS-GDM där GDM står för Gravity Driven Membrane. Den ingår i forskningsprogrammet vid KAUST.
Mikrobiella Elektrolysceller (MEC) med aktivitet från Geobacter sulfurreducens och Desulforomonas acetexigens är också en teknik som diskuteras för framtiden. MEC-assisterad anaerobi kan vara aktuellt för slambehandling, t ex. Slamproduktionen kan också reduceras tidigt om avloppsvattenbehandlingen sker med anaerobi + membran.
Slutsatser
Det är intressant och lovvärt att begrepp som sustainability och cirkulär ekonomi stimulerar utvecklingen i rika Saudiarabien. Planeringsetapp 1 ska nås 2030.
Källa: Ali, M. a,b), Hong P.-Y.a,b)., Mishra, H.b,c) ,Vrouvenwelder, J.b,c) & Saikaly, P.E.b,c). Adopting the circular model:opportunities and challenges of transforming wastewater treatment plants into resource recovery factories in Saudi Arabia. Water Reuse Research Journal 2022 12 (3): 346–365.
Department of Civil, Structural & Environmental Engineeering, Trinity College Dublin, Dublin, Ireland
Water Desalination and Reuse Center (WDRC), King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Thuwai, Saudi Arabia
Environmental Science and Engineering Program, Biological and Environmental Science and Engineering (BESE) Division, King Abdullah University of Science and Technology, Thuwai, Saudi Arabia.
Kontakt: pascal.saikaly@kaust.edu.sa
