Wasserrecycling-Technologien, die für den Weltraum entwickelt wurden, helfen einem ausgedörrten amerikanischen Westen

WEgal, ob Sie im schnell austrocknenden amerikanischen Westen leben oder für einen sechsmonatigen Aufenthalt an Bord der Internationalen Raumstation sind, genügend Wasser zum Leben zu haben, ist ein ständiges Anliegen. Während der Klimawandel weiterhin verheerende Schäden an den Grundwasserleitern des Westens anrichtet und die Menschheit immer weiter in das Sonnensystem vordringt, werden die Herausforderungen, denen wir uns heute gegenübersehen, nur noch größer. , kommt ein Teil der hochmodernen Wasserrecycling-Forschung der NASA auf die Erde zurück.

Auf der Erde

In Kalifornien beispielsweise bahnt sich der aus den Haushalten und Geschäften des Bundesstaates stammende Regenwasser- und Dachabfluss seinen Weg durch mehr als 100.000 Meilen Abwasserleitungen, wo er – abgesehen von – schließlich in einer der 900 Kläranlagen des Bundesstaates endet . Wie dieses Wasser verarbeitet wird, hängt davon ab, ob es für den menschlichen Verbrauch oder für nicht trinkbare Zwecke wie landwirtschaftliche Bewässerung, Verbesserung von Feuchtgebieten und Grundwasserauffüllung bestimmt ist.

verfolgt einen mehrstufigen Ansatz zur Rückgewinnung seines trinkbaren Abwassers. Große Feststoffe werden zunächst mithilfe mechanischer Siebe im Oberwerk der Kläranlage aus den einströmenden Flüssigkeiten herausgesiebt. Von dort fließt das Abwasser in ein Absetzbecken, wo die meisten verbleibenden Feststoffe entfernt werden – nach dem Absinken auf den Boden des Beckens in anaerobe Faulbehälter geschlammt. Das Wasser wird dann zur Weiterverarbeitung geleitet, wo es mit stickstofffixierenden Bakterien belüftet wird, bevor es in ein weiteres Absetz- oder Klärbecken geleitet wird. Schließlich wird es durch eine dritte Reinigungsstufe aus kationischen Polymerfiltern gefiltert, wo alle verbleibenden Feststoffe entfernt werden. Bis 2035, während Aurora, Colorado, und Atlanta, Georgia, beide bereits damit begonnen haben, ihre Trinkwasserversorgung durch Wiederverwendung von Trinkwasser zu erweitern.

„Über eine sichere Wasserversorgung hinaus gibt es weitere Vorteile. Wenn Sie sich nicht auf den Import von Wasser verlassen, bedeutet das, dass es mehr Wasser für die Ökosysteme in Nordkalifornien oder Colorado gibt“, sagte Stanford-Professor William Mitch in . „Sie reinigen das Abwasser und leiten daher kein Abwasser und potenzielle Verunreinigungen an die Strände Kaliforniens.“

Kläranlagen in Kalifornien stehen vor einer Reihe von Herausforderungen, so die Anmerkungen, darunter alternde Infrastruktur; Kontamination durch unsachgemäß entsorgte Arzneimittel und Abfluss von Pestiziden; Bevölkerungsbedarf kombiniert mit reduzierten Strömen aufgrund der durch den Klimawandel verursachten Dürre. Ihre Fähigkeit, reines Wasser zu liefern, übertrifft jedoch die Natur.

„Wir haben erwartet, dass wiederverwendbares Trinkwasser in einigen Fällen sauberer sein würde als herkömmliches Trinkwasser, da es viel umfassender behandelt wird“, argumentierte Mitch in einer Studie vom Oktober . „Aber wir waren überrascht, dass in einigen Fällen die Qualität des Wiederverwendungswassers, insbesondere des mit Umkehrosmose behandelten Wassers, mit Grundwasser vergleichbar war, das traditionell als Wasser mit der höchsten Qualität gilt.“

Auch die aus dem Abwasser gezogenen Feststoffe werden beim Recycling stark behandelt. Der Müll aus der ersten Stufe wird zu örtlichen Deponien geschickt, während die biologischen Feststoffe aus der zweiten und dritten Stufe in anaerobe Kammern geschickt werden, wo ihre Zersetzung entsteht, die für die Stromerzeugung verbrannt und in stickstoffreichen Dünger für die landwirtschaftliche Nutzung umgewandelt werden kann.

New York zum Beispiel von seinen mehr als 1.200 landesweiten Kläranlagen (WWTPs). Allerdings verwenden weniger als ein Zehntel der Anlagen (insbesondere 116) diesen Klärschlamm tatsächlich zur Herstellung von Biogas, wie aus einem Bericht der , aus dem Jahr 2021 hervorgeht, und wird „hauptsächlich zur Befeuerung der Anlagen und zur kombinierten Wärme- und Stromerzeugung der Kläranlagen verwendet“.

Nicht trinkbares Wasser kann noch direkter behandelt werden und in einigen Fällen . Abwasser, Regenwasser und können wie Wasser der Lobbyanlagen und Toilettenspülungen nach dem Auffangen und Aufbereiten in einem (ONWS).

GUT

„Zunehmender Druck auf die Wasserressourcen hat zu größerer Wasserknappheit und einer wachsenden Nachfrage nach alternativen Wasserquellen geführt“, so die . „Die Wiederverwendung von Brauchwasser vor Ort ist eine Lösung, die Gemeinden helfen kann, Wasser zurückzugewinnen, zu recyceln und dann für Nichttrinkwasserzwecke wiederzuverwenden.“

Im Orbit

An Bord der ISS haben Astronauten noch weniger Spielraum bei der Wassernutzung, da die Station ein im Weltraum isolierter geschlossener Kreislauf ist. Auch weil SpaceX 2.500 US-Dollar pro Pfund Fracht verlangt (nach den ersten 440 Pfund, für die 1,1 Millionen US-Dollar berechnet werden), um mit einer seiner Raketen in die Umlaufbahn zu schicken – und flüssiges Wasser ist es schwer.

ISS-Wassersystem

ESA

Während die ISS gelegentlich Wasserlieferungen in Form von 90-Pfund-Seesack-förmigen Notwasserbehältern erhält, um das zu ersetzen, was ausnahmslos an den Weltraum verloren geht, verlassen sich ihre Bewohner auf das komplizierte Netz aus Hebeln und Rohren, die Sie oben und unten sehen, um es zurückzugewinnen jedes mögliche Dram Feuchtigkeit und verarbeite es in Trinkbarkeit. Die Water Processing Assembly der Station kann täglich bis zu 36 Gallonen trinkbares Wasser aus Schweiß, Atem und Urin der Besatzung produzieren. Als es 2008 installiert wurde, benötigte die Wasserversorgung der Station. Es arbeitet in Verbindung mit der Urine Processor Assembly (UPA), der Oxygen Generation Assembly (OGA), dem Sabatier-Reaktor (der durch die OGA gespaltenen freien Sauerstoff und Wasserstoff wieder zu Wasser rekombiniert) und Regenerative Environmental Control and Life Support Systems (ECLSS) Systemen Pflegen Sie die Sender “” und . Kosmonauten im russischen Segment der ISS verlassen sich auf ein separates Filtersystem, das nur Duschabfluss und Kondenswasser sammelt, und benötigen daher regelmäßigere Wasserlieferungen, um ihre Tanks aufgefüllt zu halten.

ISS-Wassersystem 2

ESA

Im Jahr 2017 rüstete die NASA die WPA mit einem neuen Umkehrosmosefilter auf, um „die Nachschubmasse des WPA-Multifiltrationsbetts zu reduzieren und den Katalysator für den WPA-Katalysereaktor zu verbessern, um die Betriebstemperatur und den Betriebsdruck zu senken“, kündigte die Agentur an dieses Jahr. „Obwohl die WRS [water recovery system] seit Aufnahme des Betriebs im November 2008 gut funktioniert hat, wurden mehrere Modifikationen identifiziert, um die Gesamtleistung des Systems zu verbessern. Diese Modifikationen zielen darauf ab, den Nachschub zu reduzieren und die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems zu verbessern, was sowohl für die laufende ISS-Mission als auch für zukünftige bemannte NASA-Missionen von Vorteil ist.

Eine dieser Verbesserungen ist die verbesserte Brine Processor Assembly (BPA), die 2021 geliefert wird, ein Filter, der mehr Salz aus Astronautenurin heraussiebt, um mehr aufbereitetes Wasser als sein Vorgänger zu produzieren. Aber es ist noch ein langer Weg, bevor wir Besatzungen sicher durch den interplanetaren Raum transportieren können. Die NASA stellt fest, dass das WPA, das 2008 geliefert wurde, ursprünglich für die Rückgewinnung von 85 Prozent des Wassers im Urin der Besatzung ausgelegt war, obwohl sich seine Leistung seitdem auf 87 Prozent verbessert hat.

BPA-Diagramm

NASA

„Um den erdnahen Orbit zu verlassen und eine lang andauernde Exploration weit von der Erde zu ermöglichen, müssen wir den Wasserkreislauf schließen“, fügte Caitlin Meyer, stellvertretende Projektmanagerin für Advanced Exploration Systems Life Support Systems am Johnson Space Center der NASA in Houston, hinzu. „Gegenwärtige Systeme zur Rückgewinnung von Urinwasser verwenden eine Destillation, die eine Sole erzeugt. Das [BPA] wird dieses wasserhaltige Abwasser annehmen und das restliche Wasser extrahieren.“

Wenn der nachbearbeitete Urin dann mit zurückgewonnenem Kondensat gemischt wird und erneut durch die WPA läuft, “beträgt unsere Gesamtwasserrückgewinnung etwa 93,5 Prozent”, sagte Layne Carter, Manager des Wassersubsystems der Internationalen Raumstation bei Marshall, . Um sicher zum Mars zu gelangen, benötigt die NASA eine Rückgewinnungsrate von 98 Prozent oder besser.

Aber selbst wenn die derzeitige hochmoderne Recyclingtechnologie der ISS nicht ganz ausreicht, um uns zum Mars zu bringen, hat sie bereits Auswirkungen auf den Planeten. Beispielsweise entwickelte das Unternehmen Argonide in den frühen 2000er Jahren mit Unterstützung der NASA für Kleinunternehmen ein „NanoCeram“-Nanofaser-Wasserfiltersystem. Der Filter verwendet positiv geladene mikroskopisch kleine Aluminiumoxidfasern, um praktisch alle Verunreinigungen zu entfernen, ohne die Durchflussrate übermäßig einzuschränken und schließlich zu laichen.

“Die Dusche beginnt mit weniger als einer Gallone Wasser und zirkuliert es mit einer Geschwindigkeit von drei bis vier Gallonen pro Minute, mehr Durchfluss als die meisten herkömmlichen Duschen liefern”, . „Das System überprüft die Wasserqualität 20 Mal pro Sekunde, und das am stärksten verschmutzte Wasser, wie z. B. Shampoospülung, wird abgelassen und ersetzt. Der Rest geht durch den NanoCeram-Filter und wird dann mit ultraviolettem Licht beschossen, bevor er rezirkuliert wird.“ Laut dem schwedischen Institut für die Kontrolle übertragbarer Krankheiten ist das daraus resultierende Wasser sauberer als der Wasserhahn.

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