Oberflächenwassereinleitung

Die Vermischung des Konzentrats mit dem Vorfluter, also dem vorhandenen Seewasser, muss daher beschleunigt werden:

1) durch die Mischkapazität der lokalen Gezeitenzone (Brandungszone)

2) durch austragen der Sole hinter der Gezeitenzone und Installation von Verteilerdüsen, um die Mischung zu verbessern

Gezeitenzonen in Küstennähe sind normalerweise nur begrenzt in der Lage, die hochsalzhaltige Lösung zu transportieren und verteilen. Wenn die Salzfracht die Mischkapazität der Gezeitenzone überschreitet, akkumulieren sich die überschüssigen Salze, was zu einem langfristigen Anstieg des Salzgehalts führt, der über das Kapazitätsniveau des aquatischen Ökosystems hinausgeht. Die Mischkapazität der Gezeitenzonen kann mithilfe hydrodynamischer Modelle bestimmt werden.

Bei kleinen Entsalzungsanlagen (≤1.000 m3/ Tag) ist der Abfluss typischerweise als offenes Rohr ausgeführt, das sich über mehrere hundert Meter in den aufnehmenden Wasserkörper erstreckt. Es wird sich hierbei auf die Mischturbulenzen der Gezeitenzone gestützt, um die Sole zu verteilen und den Salzgehalt lokal zu reduzieren bis er an die Umgebungsbedingungen angepasst ist.

Die meisten großen Meerwasserentsalzungsanlagen dehnen ihren Soleabfluss normalerweise über die Gezeitenzone hinaus aus und statten ihre Rohre mit Diffusoren aus, um die notwendige Mischung zu gewährleisten, die verhindert, dass sich die schwere Salzwolke am Meeresboden ansammelt, wobei die Hydrodynamik des jeweiligen Standorts berücksichtigt wird.

2. Mögliche Umweltauswirkungen

Die Hauptaspekte für einen geeigneten Standort für die Soleeinleitung sind:

• ein Gebiet ohne gefährdete Arten und gestresste aquatische Ökosysteme
• einen Ort mit starken Unterwasserströmungen, der eine schnelle und effiziente Ableitung der hochsalzhaltigen Entladung ermöglicht
• einen Einleitungsort in relativ flachen Gewässern und in der Nähe der Küste, um die Baukosten zu minimieren
• Vermeiden Sie Bereiche mit Schiffsverkehr, die das Abflusssystem beschädigen und die Mischmuster verändern könnten

Wichtige umweltbezogene Probleme im Zusammenhang mit der Entsorgung von Sole in Oberflächengewässern sind:

•    Salztoleranz des lokalen aquatischen Ökosystems
•     Erhöhung der Konzentration einiger Wasserinhaltsstoffe auf schädliche Werte
•     Verfärbung und niedriger Sauerstoffgehalt

Die Durchführbarkeitsbewertung einer Soleeinleitung in ein Oberflächengewässer umfasst die folgenden Schlüsselaspekte

• Beurteilung der Ausbreitung und Rückzirkulation der Entladungswolke
•     Bewertung der Toxizität des Abflusses
•     Bewertung, ob die Qualität des Abwassers den Wasserqualitätsstandards durch die zuständigen Aufsichtsbehörden entspricht
•     Einschätzung der Salzaufnahmekapazität des lokalen aquatischen Ökosystems, um die Einleitung in einem minimalen Abstand zu gestalten

3. Potentielle Anforderungen an SWRO Konzentratbehandlung

In der Regel muss Konzentrat von Meerwasserentsalzungsanlagen, vor allem bei Entnahme direkt aus dem Meer, vor dem Einleiten nicht weiter behandelt werden, da es in seiner Ionenzusammensetzung ähnlich ist und daher keine Bedrohung für das lokale Ökosystem durch das Ionengleichgewicht darstellt. Das Konzentrat wird dann über ein Diffusersystem eingeleitet oder mit dem Meerwasser bis zu einem Salzgehalt vermischt, der für eine direkte Einleitung sicher ist (normalerweise ≤ 40.000 mg/ l), ohne dass eine weitere Mischung erforderlich ist.

Wenn die Entsalzungsanlage jedoch einen Brunnen in Küstennähe zur Speisewasserzufuhr verwendet, kann das anschließende Konzentrat eine niedrige Sauerstoffkonzentration aufweisen oder aufgrund einer erhöhten Eisenkonzentration verfärbt sein oder andere Bestandteile enthalten, die vor dem Einleiten in den Ozean behandelt werden müssen.

Speisewasser aus Strandbrunnen, die küstennahe Grundwasserleiter anzapfen, kann hohe Mengen an Eisen (Fe) und Mangan (Mn) in reduzierter Form enthalten. Wenn das Eisen und Mangan nicht in der Vorbehandlung entfernt wird, so wird die gesamte Vorbehandlung so ausgeführt, dass das Wasser keinen Kontakt zu Luft oder Sauerstoff bekommt, wodurch das Eisen und Mangan in der reduzierten, also gelösten, Form bleibt. Die Verfärbung bildet sich erst durch die Oxidation der Stoffe, die hierbei ausfallen und die Membran verblocken könnten.  Die gelösten Ionen werden von der Umkehrosmosemembran leicht abgestoßen und verbleiben auf der Konzentratseite. Bei der anschließenden Entsorgung wird das Konzentrat jedoch der Luft ausgesetzt, hierbei wandelt sich das Eisen von der reduzierten Form, zB. Eisensulfid (Fe2S3), in die oxidierte Form Eisenhydroxid (FeO (OH)) um. Eisenhydroxid hat eine rote Farbe und beeinträchtigt den Auslaufbereich. Daher muss das Eisen in der Vorbehandlung oxidiert und entfernt werden, oder das Konzentrat muss durch Belüftung und Sedimentation behandelt werden, um das Eisen zu entfernen.

Auch kann eine große Menge an Konzentrat mit wenig gelöstem Sauerstoff (DO) zu Sauerstoffmangel und Stress im lokalen aquatischen Ökosystem führen. In diesem Fall muss das Konzentrat vor der Einleitung erneut belüftet werden.

4. Oberflächenwassereinleitungkosten

Die Kosten für den Bau einer Konzentrateinleitung in Oberflächengewässer ergeben sich aus den folgenden standortspezifischen Faktoren:

• Durchflussrate des Konzentratabflusses
• Küstennah- oder Offshore- Einleitung
• Baumaterialien
• Komplexität und Umfang des Einleitungsverteilersystems
• Kosten für den Transport des Konzentrats von der Entsalzungsanlage bis zur Abgabestelle
• Konzentratnachbehandlungskosten (wenn erforderlich)
• Instrumentelle Überwachung und Monitoring

Es müssen vor allem auch die Installationskosten der Abflussleitung (ober- oder unterirdisch) berücksichtigt werden, die sich auf die Gesamtkosten auswirken. Ungewöhnliche Bodenverhältnisse können die Kosten für die Installation des Rohrleitungssystems erheblich erhöhen. Unterwassergräben sind in der Regel drei- bis fünfmal so teuer wie Grabenaushub an Land. Anstatt den Abfluss in einem Graben zu installieren, wird er häufig auf dem Meeresboden abgelegt und über die gesamte Länge des Abflusses in Abständen von 5 bis 10 m mit Betonsteinen gesichert.

Die Kosten für den Transport des Konzentrates sind proportional zum Volumenstrom und der Entfernung zwischen Entsalzungsanlage und Auslauf. Die Baukosten für den Abfluss, die Größe des Abflusses und die Konfiguration des Verteilersystems sind standortspezifisch. Das Verteilersystem ist abhängig von dem Solevolumen, dem Salzgehalt und den hydrodynamischen Bedingungen.

Eine grobe Annäherung der Baukosten für küstennahe Ozeaneinleitung in Abhängigkeit von der Soleflussrate ist in Abbildung 1 dargestellt. Abbildung 2 zeigt die Baukosten für HDPE-Rohrleitung und Betontunnel in USD/ Längeneinheit ohne Berücksichtigung der Kosten für den Transport von der Entsalzungsanlage zum Auslauf, für eine weitere Nachbehandlung (falls erforderlich) oder für die Offshore-Überwachung der Einleitewerte. Die Kosten für das Monitoring können erheblich sein, insbesondere wenn sich die Einleitung in einem umweltsensiblen Bereich befindet.