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Wie stellt man Trinkwasser auch in Trockengebieten her?

Die Hände afrikanischer Männer werden gezeigt, wie sie einen Eimer mit schmutzigem Wasser halten. Cholera ist aufgrund des fehlenden Zugangs zu sauberem Trinkwasser ein großes Problem in Malawi.

Ungleich verteilt auf der Erde wird auch Süßwasser oft zweckentfremdet. Es gibt Verfahren zur Behebung dieser Zugangsschwierigkeiten mit vielversprechenden Ergebnissen, wie im Senegal.

Das Wasser auf unserem blauen Planeten besteht zu 97,2 % aus Salz; es kommt in den Ozeanen, den Meeren, aber auch in bestimmten Grundwässern vor. Süßwasser macht nur 2,8 % des gesamten Wassers der Welt aus. Polargletscher enthalten 2,1 %.

Das zugängliche Frischwasser entspricht nur 0,7 % der zu verteilenden Gesamtmenge zwischen der Landwirtschaft, ihrem größten Verbraucher (~70 % des entnommenen Wassers), der Industrie (~20 %) und dem häuslichen Gebrauch (~10 %).

Süßwasser ist nicht nur geographisch schlecht auf der Erde verteilt, sondern wird auch oft sehr schlecht genutzt.

Dieses Problem, das in unseren gemäßigten Ländern ernst ist, wird anderswo extrem ernst, wo die finanziellen und/oder technologischen Mittel fehlen: 11% der Weltbevölkerung hat somit keinen und fast keinen Zugang zu Trinkwasser 30 % dieser Bevölkerung keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser in ihren Häusern haben.

Uralte oder innovative Wasserreinigungsverfahren

Ursprünglich nicht trinkbares Wasser in trinkbares Wasser umzuwandeln, ist ein Kinderspiel geworden … oder fast. Technologien – einige davon inspiriert von alten Verfahren (Destillation, Bett aus Adsorptionsmitteln usw.) und andere sehr innovativ – sind alltäglich geworden und bieten eine Palette von Lösungen, die an fast alle Situationen angepasst werden können.

Hier können zwei große Technologiefamilien identifiziert werden: solche, die auf Destillation basieren und daher Wärme verbrauchen; solche, die Membranen verwenden und hauptsächlich mit elektrischer Energie arbeiten. Für die erste Familie sprechen wir beispielsweise von „Multiflash-Destillation“, „Dampfkompressionsdestillation“; von „Umkehrosmose“, „Nanofiltration“, „Elektrodialyse“ für die zweite.

Der Hauptnachteil dieser Techniken besteht darin, dass sie sehr ausgeklügelt sind und hohe Investitionen erfordern, die von Ländern ohne erhebliche finanzielle oder technische Mittel unmöglich zu gewährleisten sind, verbunden mit robusten und gut verzweigten Vertriebsinfrastrukturen.

Ist es möglich, in diesem Bereich kostengünstigere Lösungen anzubieten?

Das Beispiel von fluorhaltigem Wasser

Fluor ist ein Spurenelement, das im menschlichen Körper in sehr geringen Mengen (~2 Gramm) vorkommt. In niedrigen Dosen ist es sehr nützlich, um Zahnkaries vorzubeugen; Es hilft bei der Mineralisierung der Knochen, ebenso wie Kalzium und Phosphor.

Aber wenn die Fluoriddosis groß wird, kann sie Zahnfluorose verursachen; und in sehr hohen Dosen Skelettfluorose. Diese beiden Krankheiten sind in Afrika weit verbreitet, wo Trinkwasser aus Grundwasser mit einem hohen Fluoridgehalt stammt (mehr als 1,5 mgF-/L für Zahnfluorose und mehr als 4 mgF-/L für Knochenfluorose) .

Zähne mit Zahnfluorose.
Nizil Shah/Wikimedia, CC BY-NC-ND

Zahnfluorose führt zum Auftreten von weißen Flecken auf den Zähnen; sie verfärben sich mit zunehmendem Alter braun, was sogar zu einer Verkalkung der Zähne führen kann. Knochenfluorose, gekennzeichnet durch massive Knochenfixierung von Fluor, oft hydrotellurischen Ursprungs, führt zu Blockaden in den Gelenken, sogar zu schweren motorischen Behinderungen.

Grundwasserentfluoridierung im Senegal

Im Senegal besteht eine sehr alte Technik, die kürzlich im Rahmen des Projekts zur Verbesserung und Stärkung von Wasserstellen im Erdnussbecken wieder aufgegriffen wurde, darin, Fluorionen durch Adsorption an kalzinierten Knochen zu fixieren.

Das Grundwasser in diesem Becken (Kaolack, Diourbel und Fatick) ist in der Tat für seinen hohen Fluoridgehalt bekannt, der oft mehr als 5 mg F-/L beträgt. Dieses Projekt hatte zur Entwicklung und Produktion von Familien-Defluorierern geführt.

Die in zugelassenen Schlachthöfen gesammelten Tierknochen werden kalziniert, zerkleinert, gesiebt und unter Beimischung anderer Materialien (Kies, Kohle) in Form einer Säule gebracht. Brunnenwasser, reich an F-, fließt dann durch diese Säule, die einen guten Teil des F- durch Adsorption an den feinen Körnern des kalzinierten Knochens fixiert.

Diese Technik ermöglicht die Behandlung eines großen Wasservolumens (Fluorkonzentration < 1,5 mgF-/L) zu einem Preis von 780 bis 2500 CFA-Franken/m3 aufbereitetes Wasser (d. h. 1,20 €/m3 bei 3,80 €/m3).

Seine großtechnische Verwendung war jedoch aufgrund von Geschmacks- und Geruchsproblemen, die während der Verarbeitung beobachtet wurden, nicht möglich.

Es ist die Technik der Umkehrosmose, die bisher von den lokalen Behörden mit einigen festen Installationen in den größten Städten gefördert wurde. Zugegeben, diese Technik ermöglicht eine bessere Wasserqualität, aber zu einem sehr hohen Preis von etwa 8 €/m3 ; das ist für die Bevölkerung extrem kostspielig.

Verbrennung von Knochen im Dorf Ndiago (Kaolack, Senegal) im Jahr 2008. Fotos aufgenommen von M. Ndong und E. Ngom.
M. Ndong / E. Ngom, Zur Verfügung gestellt vom Autor
Defluoridator auf Basis von kalziniertem Knochenpulver in Betrieb (Dorf Ndiago in Senegal, 2008).
M. Ndong / E. Ngom, Zur Verfügung gestellt vom Autor

Ein vielversprechendes neues Verfahren

Innerhalb das Institut für Chemie und Materialien Paris-Esthaben wir eine andere Technik entwickelt. Dies ist eine sehr einfache Membrantechnik, zugänglich und gesundheitlich viel weniger riskant, aber zu einem Preis, der mit dem der Adsorption an kalzinierten Knochen sehr vergleichbar ist.

Lasaad Dammak, CC BY-NC-ND

Diese Technik, die in der nebenstehenden Abbildung beschrieben ist, wird Kreuzionendialyse genannt. Es wird eine Anionenaustauschermembran (MEA) verwendet, die nur negative Ionen passieren lässt. Es besteht aus einer Folie aus einem speziellen Polymer mit einer Dicke von ~150 µm, die zwischen zwei Kompartimente gelegt wird; einer (mit F bezeichnet) wird mit zu behandelndem Wasser versorgt, der andere (mit C bezeichnet) enthält eine Lösung aus demselben Wasser, angereichert mit Kochsalz (NaCl) in einer Konzentration von 5 g NaCl/l.

Aufgrund ihres Konzentrationsunterschiedes durchqueren die Cl--Ionen die MEA. Da positive Natriumionen die MEA nicht passieren können, muss eine äquivalente Menge an F-Anionen von Kammer F nach C passieren, um die elektrischen Ladungen auszugleichen.

Dadurch wird das Wasser an F- abgereichert und an Cl- angereichert, einem vom Körper sehr gut verträglichen Anion, solange seine Konzentration im Trinkwasser weniger als ~250 mgCl-/L beträgt (Europäische Richtlinie 98/83 vom 3. November 1998). ).

Um die Lösungen der Kompartimente F und C mit sehr geringem Durchfluss umzuwälzen, genügt hier ein wenig Strom geringer Leistung, um die Aquarienpumpen zu aktivieren. In Ermangelung eines Stromnetzes können diese mit Gleichstrom arbeitenden Pumpen von Photovoltaikmodulen gespeist werden. Wir können auch einfach die Schwerkraft nutzen, um das zu behandelnde Wasser in Richtung Kammer F fließen zu lassen.

Dreißig Liter Wasser jede Nacht

Labortests mit rekonstituiertem Wasser erwiesen sich als sehr aussagekräftig und ermöglichten eine Optimierung der Prozessparameter. Diese Tests werden durch Tests mit echtem Wasser auf einem Piloten im A4-Format bestätigt.

Dieses Format ermöglicht es, über Nacht genug Wasser für den täglichen Verbrauch einer Familie mit etwa zehn Personen zu produzieren, also etwa dreißig Liter pro Nacht. Der Anschaffungspreis bleibt recht niedrig, da kein nennenswerter Energieaufwand anfällt und sich die verwendete Membran als recht effektiv erwiesen hat.

Wie bei jeder Installation muss der Ionendialysator jedoch alle zwei Wochen gewartet werden. Dabei wird mit ziemlich verdünnten Lösungen von Zitronensäure oder Essig gewaschen, gefolgt von einem Waschen mit Soda oder Kalk.

Das Projekt ist auf technischer Ebene vollständig fertig und wartet derzeit auf die Finanzierung, um diese ionischen Dialysatoren an die Benutzer zu verteilen.


Lasad Dammak, Professor für Werkstoffwissenschaften und Verfahrenstechnik, Universität Paris-Est Créteil Val de Marne (UPEC)

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