OC Sanitation stellt Technologie vor, die Chemikalien für immer vernichtet und Abfall in Wasser und saubere Energie verwandelt

Was passiert nach der Toilettenspülung? Für 2,6 Millionen Einwohner des Landkreises kann die Antwort auf diese Frage in einer 110 Hektar großen Anlage in Fountain Valley gefunden werden, die vom Orange County Sanitation District betrieben wird.

Auf dem Industriegelände werden zusammen mit einer ähnlichen Anlage in Huntington Beach etwa 185 Millionen Gallonen Abwasser in einem komplexen Prozess behandelt, bei dem biologisches Material im Wesentlichen in seine Grundbestandteile zerlegt wird.

Zu den Nebenprodukten dieses Prozesses gehören Trinkwasser – etwa 130 Millionen Gallonen pro Tag dank eines Grundwasserauffüllungssystems –, Methangas und Kohlendioxid, Salz, nährstoffreicher Dünger, der zu kommerziellen Farmen transportiert wird, sowie eine kleine Menge Plastik, Schutt und Sand das landet auf einer Mülldeponie.

„Die Leute nutzen das Wasser und geben, wie ich beschönigend sage, Dinge ins Wasser“, sagte der stellvertretende Generaldirektor Rob Thompson kürzlich in einem Interview über den Prozess. „Unsere Aufgabe ist es, das Wasser wieder in seinen reinen Zustand zu versetzen und so gut wie möglich zu recyceln.“

Es ist eine schmutzige Arbeit und eine mit einem ziemlich großen ökologischen Fußabdruck. Doch seit einigen Jahren arbeiten Thompson und der Bezirk an der Einführung einer neuen Technologie, die die Art und Weise, wie die Branche ihre Geschäfte abwickelt, verändern könnte.

Beamte von OC Sanitation haben sich mit dem in North Carolina ansässigen Cleantech-Unternehmen 374Water zusammengetan, um im Rahmen eines Demonstrationsprojekts eine überkritische Wasseroxidationsanlage, AirSCWO, mit der bis zu 6 Tonnen Nassschlamm pro Tag behandelt werden können, in die Fountain Valley-Anlage zu bringen. Der Vorstand des Bezirks genehmigte das Projekt im Jahr 2021 mit Kosten von 8,7 Millionen US-Dollar.

Gemeinsam wollen sie zeigen, wie eine neue Technologie in einer Abwasseraufbereitungsumgebung eingesetzt und schließlich im Laufe der Zeit vergrößert werden kann, von einer Einheit mit einer Kapazität von 6 Tonnen über 30 Tonnen bis hin zu potenziell 200 Tonnen, dem Punkt, an dem zwei Einheiten benötigt werden könnten auf die gesamte Belastung des Bezirks.

„Sechs Tonnen sind ein Wendepunkt für die Branche, denn für die meisten Kläranlagen in Amerika würde das ausreichen“, sagte Thompson kürzlich bei einem Rundgang durch die Fountain Valley-Anlage. „Wir versuchen, uns zu einer 200-Tonnen-Einheit vorzuarbeiten, die für uns bahnbrechend sein würde.“

Anders als der derzeitige Prozess, der äußerst arbeits- und maschinenintensiv ist, hätte die neue Technologie letztendlich einen viel kleineren physischen Platzbedarf und eine unbestreitbar sauberere Produktion, nämlich sauberes Wasser und, in ausreichend großem Maßstab, Strom.

Biosolide, Bakterien und Viren, sogar schädliche PFAS – Per- und Polyfluoralkyl-„ewige Chemikalien“, die in Konsumgütern wie antihaftbeschichteten Bratpfannen, schmutzabweisenden Teppichen und Kosmetika verwendet werden, die sich nicht so leicht zersetzen – würden in harmlose Mineralien umgewandelt.

Verschwunden wäre das Methangas, das von riesigen anaeroben Fermentern erzeugt wird, die den Schlamm wie riesige Mägen aufwühlen und verbrennen, die Energie, die für den Betrieb riesiger Zentrifugen erforderlich ist, die täglich Nassschlamm in 500 Tonnen vergorene Feststoffe entwässern, und die Reihe von 25-Tonnen-Lkw-Ladungen mit Düngemitteln, die dorthin transportiert werden kommerzielle landwirtschaftliche Betriebe im ganzen Land.

„In 40 Jahren könnte das alles verschwunden sein“, sagte Thompson.

Wie es funktioniert

Die Technologie, die den überkritischen Wasseroxidationsanlagen von 374Water zugrunde liegt, wurde vom Bau- und Umweltingenieurprofessor Marc Deshusses der Duke University entwickelt und später patentiert, der das Verfahren entwickelte, als er auf eine von der Gates Foundation herausgegebene Herausforderung „Reinvent the Toilet“ reagierte.

Ziel des 2011 ins Leben gerufenen Aufrufs war es, Lösungen für verarmte Gemeinden auf der ganzen Welt zu finden, die unter einem Mangel an sicheren Sanitäranlagen litten.

Deshusses entdeckte, dass Wasser in einen vierten „überkritischen“ Zustand übergeht, wenn es extrem hoher Hitze und Druck ausgesetzt wird – über 374 Grad Celsius (705 Grad Fahrenheit) und 3.210 Pfund pro Quadratzoll.

Laut Doug Hatler, Chief Revenue Officer von 374Water, dem Unternehmen, das 2018 von Deshusses und seinem Duke-Ingenieurkollegen Kobe Nagar gegründet wurde, ist es weder ein Feststoff noch eine Flüssigkeit oder ein Gas, es verhält sich anders und organische Materialien sind löslich, anorganische Materialien dagegen nicht.

„Wenn Sauerstoff unter überkritischen Wasserbedingungen mit dem organischen Material vermischt wird, kommt es zu einer exothermen Oxidationsreaktion, bei der die Kohlenstoffbindungen aufgebrochen werden und viel Wärme freigesetzt wird“, erklärte Hatler am Donnerstag.

„Die organischen Stoffe sind mineralisiert und es gibt keine Krankheitserreger, weil bei diesem Druck und dieser Temperatur nichts überleben kann – man erhält also sauberes Wasser und Mineralien.“

Die während des Prozesses entstehende intensive Wärme kann durch den Anschluss einer Turbine auch in größeren Einheiten in Strom umgewandelt werden, sodass OC Sanitation eines Tages nicht nur die Methanproduktion einstellen, sondern auch saubere Energie gewinnen könnte.

Thompson, der zuvor in der Entsorgung chemischer Waffen gearbeitet hatte, las in einer Fachzeitschrift von Deshusses‘ Patent und wandte sich an 374Water, um mehr über seine Anwendungen in der Wasseraufbereitung zu erfahren.

„Ich habe die Physik des Prozesses verfolgt“, erinnert er sich. „Als ich sah, wie dieses Unternehmen es machte und wie vereinfacht es geworden war, schien es, dass es viel möglicher war. Also rief ich sie an.“

Eine bessere Mausefalle

Die 6-Tonnen-Einheit, die irgendwann in diesem Sommer in der Fountain Valley-Anlage von OC Sanitation installiert werden soll, wird in zwei 40-Fuß-Schiffscontainern untergebracht sein – einer, in dem die Magie geschieht, und der andere mit einem Entwässerungssystem, das den Schlamm eindickt und ihm zuführt die AirSCWO 6-Einheit.

Abgesehen von der Budgetzuweisung des Vorstands in Höhe von 8,7 Millionen US-Dollar gaben die Abgeordneten US-Senator Alex Padilla und Abgeordnete Lou Correa (D-Santa Ana) im Dezember bekannt, dass sie erfolgreich 3,45 Millionen US-Dollar zur Unterstützung des Projekts bereitgestellt haben.

Diese Ankündigung erfolgte etwa sechs Monate, nachdem die Environmental Protection Agency das akzeptable Risiko von PFAS im Trinkwasser auf nahezu Null gesenkt hatte, was die Exposition des Menschen mit Unfruchtbarkeit, niedrigem Geburtsgewicht und bestimmten Krebsarten in Verbindung bringt.

Die Agentur forderte die Staaten auf, im Rahmen des neuen Bundesinfrastrukturgesetzes 1 Milliarde US-Dollar zu beantragen, um PFAS und andere Trinkwasserverunreinigungen zu bekämpfen, berichtete Associated Press im Juni.

In Fountain Valley ist Thompson zuversichtlich, dass die Demonstration der AirSCWO 6-Einheit ein entscheidender erster Schritt hin zu einem grundlegenden Wandel in der Branche sein könnte.

„Ich denke, diese Jungs haben eine großartige Mausefalle und ich denke, dass sie große Erfolgsaussichten hat“, sagte er. „Es kommt nur darauf an, die Mausefalle richtig zu machen.“

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