Neue Oregon-Forschung: Abwasser für die Bewässerung nutzbar machen

Die Forscher entwickeln eine zweistufige Hybridmembranfiltrationstechnologie zur Behandlung des trüben Flüssigkeitsaustrags aus anaeroben Fermentern, einer Art Bioreaktor, der in Wasseraufbereitungsanlagen und auf einigen größeren landwirtschaftlichen Betrieben eingesetzt wird.

Forscher am Oregon State University College of Engineering entwickeln eine Technologie, um Abwasser in ein Produkt umzuwandeln, das gleichzeitig Pflanzen bewässert und düngt.

Das dreijährige Projekt unter der Leitung von Xue Jin, Assistenzprofessor für Umweltingenieurwesen, wird vom US-Landwirtschaftsministerium mit 750.000 US-Dollar gefördert und umfasst Partnerschaften mit Landwirten, Kläranlagen und USDA-Wissenschaftlern.

„Landwirtschaftliche Aktivitäten machen 70 % des gesamten verfügbaren Süßwassers aus“, sagte Jin. „Weltweit wächst mit der Bevölkerung auch die Nachfrage nach Nahrungsmitteln. Da Dürren immer häufiger und schwerwiegender werden, besteht ein dringender Bedarf an wirksamen Aufbereitungstechnologien, die sicheres aufbereitetes Wasser für die landwirtschaftliche Bewässerung bereitstellen.“

Das Projekt zielt auch darauf ab, die Abhängigkeit von chemischen Düngemitteln zu verringern, die durch Bergbau- und Herstellungsprozesse entstehen, die begrenzte natürliche Ressourcen verbrauchen und erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt haben. Weitere Auswirkungen treten nach der Ausbringung von Düngemitteln auf den Feldern auf.

„Düngemittelabfluss ist eine Hauptverschmutzungsquelle für Oberflächenwasser“, sagte Jin. „Dies führt zu Algenblüten, die Trinkwasserquellen verunreinigen und weitere schädliche ökologische Auswirkungen flussabwärts haben.“

Die Forscher entwickeln eine zweistufige Hybridmembranfiltrationstechnologie zur Behandlung des trüben Flüssigkeitsaustrags aus anaeroben Fermentern, einer Art Bioreaktor, der in Wasseraufbereitungsanlagen und auf einigen größeren landwirtschaftlichen Betrieben eingesetzt wird. Die Fermenter sind darauf angewiesen, dass Bakterien organische Stoffe in Abwesenheit von Sauerstoff abbauen.

Im ersten Schritt zieht eine elektrisch geladene Membran Ionen wie Ammonium, Phosphor und Kalium an und konzentriert sie zu einer düngerreichen Sole. In der zweiten Stufe entfernt eine Vorwärtsosmosemembran Verunreinigungen wie Bakterien, und das bakterienfreie Wasser wird dann wieder mit der Sole kombiniert, um eine nährstoffreiche Lösung zu erzeugen, die auf Nutzpflanzen ausgebracht werden kann.

„Bei Tests im Labormaßstab konnten wir 80 % des Wassers zurückgewinnen“, sagte Quang Ngoc Tran, ein Doktorand, der maßgeblich an der Forschung beteiligt war. „Wenn die Technologie unter optimalen Betriebsbedingungen skaliert wird, könnte diese Zahl sogar noch höher liegen. Das Ergebnis ist im Wesentlichen reines Wasser mit etwas gelösten Salzen, den Pflanzennährstoffen.“

Tala Navab-Daneshmand, außerordentliche Professorin für Umwelttechnik an der Oregon State, und David Bryla, Forschungsgärtner beim USDA Agricultural Research Service in Corvallis, werden Gewächshausstudien durchführen, um sowohl die Wirksamkeit des aufbereiteten Wassers beim Pflanzenwachstum als auch die biologische Sicherheit zu bewerten der resultierenden Ernten.

Das Team wird auch wirtschaftliche Machbarkeitsstudien durchführen. Laut Jin könnte die Technologie möglicherweise direkt auf landwirtschaftlichen Betrieben eingesetzt werden, die ihre eigenen anaeroben Fermenter betreiben, oder sogar auf vertikalen High-Tech-Farmen, die an kommunale Kläranlagen angrenzen. Unter vertikaler Landwirtschaft versteht man den Anbau von Pflanzen in gestapelten Schichten und nicht nur die Nutzung des Bodens.

„Wir prüfen mehrere potenzielle Anwendungsszenarien“, sagte Jin. „Die steuerlichen Auswirkungen dieser Technologie werden ein entscheidender Faktor dafür sein, ob sie sich in großem Umfang durchsetzen wird. Ziel ist es, die Landwirtschaft nicht nur ökologisch, sondern auch wirtschaftlich nachhaltiger zu machen. Wenn wir ein erschwingliches System entwickeln können, das die Kosten der Pflanzenproduktion effektiv senkt, könnte das für Landwirte sehr attraktiv sein.“

Keith Hautala ist leitender Redakteur/Autor am Oregon State University College of Engineering. Er kann unter [email protected] oder unter 541-737-1478 erreicht werden.

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