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Nov 03, 2023

Forscher von Cape Cod erwägen einen Sensor als Instrument zum Schutz des lokalen Meereslebens

Erin Brereton hat über Technologie, Wirtschaft und anderes geschrieben

Erin Brereton hat für mehr als 50 Zeitschriften, Zeitungen und Online-Publikationen über Technologie, Wirtschaft und andere Themen geschrieben.

Mehr als 80 Prozent der Abwasserbehandlungslösungen in Cape Cod, Massachusetts, sind Kläranlagen vor Ort.

Während ihre Einführung dazu beigetragen hat, viele der Gefahren für die öffentliche Gesundheit, die durch menschlichen Kontakt mit Abwasser entstehen können, wie z. B. Cholera, zu verringern, haben in den letzten Jahren die Bedenken zugenommen, dass überschüssiger Stickstoff – ein häufiger Schadstoff, der im Abwasser vorkommt – in die Salzwasserumgebung der Region gelangt.

Ein erhöhter Stickstoffgehalt kann dazu führen, dass Algen schneller wachsen und der Sauerstoffgehalt im Wasser sinkt, sagt Brian Baumgaertel, leitender Umweltspezialist beim Ministerium für Gesundheit und Umwelt des Barnstable County und Direktor des Massachusetts Alternative Septic System Test Center des Ministeriums (MASSTC).

Die verringerte Sauerstoffmenge kann die Lebensräume der Meereslebewesen ersticken und schrumpfen lassen, Fische töten und andere schädliche Auswirkungen haben – ein möglicherweise alarmierendes Szenario in einem Gebiet wie Cape Cod, das von Hunderten Kilometern Küste umgeben ist.

„Leider entfernt ein normales, einfaches Abwassersystem Stickstoff nicht sehr effektiv“, sagt Baumgaertel. „Damals wurden sie in großen Mengen installiert, das war für niemanden wirklich ein Problem. Jetzt haben wir eine ganze Reihe anderer Probleme, die entstanden sind.“

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Die am Kap verwendeten Kläranlagen können im Allgemeinen durch neue Versionen ersetzt oder mit Komponenten nachgerüstet werden, um die Fähigkeit zur Denitrifizierung zu erhöhen, sagt Baumgaertel – ein Prozess, der dabei hilft, den im Urin ausgeschiedenen Harnstoff in Ammoniak umzuwandeln, das dann weiter abgebaut und schließlich verteilt wird Stickstoffgas.

Um jedoch zu bestätigen, dass der Prozess dauerhaft funktioniert und die empfohlenen maximalen täglichen Gesamtbelastungsgrenzen für Stickstoff nicht überschritten werden, benötigt das System ein Überwachungselement – ​​beispielsweise einen neuen Sensor, den MASSTC kürzlich in seiner Testanlage analysiert hat – einen von Qingzhi entwickelten Sensor Zhu, außerordentlicher Professor an der School of Marine and Atmospheric Sciences der Stony Brook University in New York.

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„Die maximale tägliche Gesamtbelastung ist im Grunde ein Maß dafür, wie viel man in ein Gewässer einbringen kann, bevor es zu einer wirklich starken negativen Auswirkung kommt“, sagt Baumgaertel. „Die Absicht besteht darin, die von Ihnen verwendeten Technologien gezielt einzusetzen, um diese Anzahl Kilogramm Stickstoff pro Jahr zu entfernen. Der Sensor würde Ihnen die Möglichkeit geben, dies besser einzuschätzen.“

Der kastenförmige Prototyp misst 1 Kubikfuß und ist mit kleinen Röhrchen zum Sammeln von Proben ausgestattet.

„Der Sensor ist ein hübsches kleines Paket“, sagt Baumgaertel. „Es ist so konzipiert, dass es eine Verbindung zur Cloud herstellt und Ergebnisse hochlädt, sodass ein Systembetreiber oder eine Regulierungsbehörde die Daten in Echtzeit einsehen und beurteilen kann, ob das einzelne Klärsystem die Menge an Stickstoff entfernt, die wir erwartet hatten.“

Die Anzahl bestehender Kläranlagen, die möglicherweise zur Stickstoffbehandlung aufgerüstet werden können

Angesichts der zunehmenden Fokussierung auf Klimabelange kann die auf dem Internet der Dinge basierende Sensortechnologie eine Reihe von Umweltanwendungen haben, sagt Alan Shark, Geschäftsführer des Public Technology Institute.

„Ein Teil davon hat mit der Compliance zu tun“, sagt Shark. „Soweit staatliche oder sogar lokale oder bundesstaatliche Gesetze zur Gewährleistung der Luft- und Wasserqualität vorhanden sind, obliegt es den lokalen und staatlichen Regierungen, Wege zur Einhaltung durch Messungen zu finden. Es ist wirklich das regulatorische Umfeld, das dies weiter vorangetrieben hat.“

Die Environmental Protection Agency schätzt, dass mehr als 2,6 Millionen bestehende Kläranlagen in umweltsensiblen Gebieten auf fortschrittliche Versionen aufgerüstet werden könnten, um den beteiligten Stickstoff zu behandeln und wertvolle Küstengebiete zu schützen.

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Am Kap arbeitet MASSTC derzeit mit dem Erfinder des Stickstoffsensors an einem neuen, umfassenderen Pilotprojekt, bei dem in Abwassersystemen der Nachbarschaft installierte Sensoren getestet werden, um zu messen, wie sie in Situationen wie sehr kaltem Wetter funktionieren.

Vorausgesetzt, dass die Ergebnisse weiterhin vielversprechend sind, erwägt Barnstable County, wo Cape Cod liegt, Möglichkeiten, wie der Sensor der Gemeinde dabei helfen könnte, die verfügbaren Klärtechnologien zur Entfernung von Stickstoff aus dem Abwasser einzusetzen, sagt Baumgaertel.

„Wir versuchen herauszufinden, wie wir Systeme wie diesen Stickstoffsensor integrieren können, um einen Teil der Betriebskosten auszugleichen“, sagt er. „Anstatt ein System einmal im Monat von jemandem physisch überprüfen zu lassen, könnten wir vielleicht einen Sensor einsetzen, der es überwacht, sodass wir den Mitarbeitern Zeit sparen – und niemanden auf der Straße haben, sodass wir Treibhausgasemissionen einsparen.“ Wir sind gerade dabei, herauszufinden, wie wir das alles zusammenbringen können.