Ein Student des Wirtschaftsingenieurwesens an der University of Miami hat Untersuchungen durchgeführt, die zeigen, welche Standorte in Miami-Dade County gefährdet sind, und Strategien vorschlagen, um diese Systeme widerstandsfähiger gegen den Anstieg des Meeresspiegels zu machen.
Es ist ein Szenario, das sich mindestens dreimal im Jahr in Matthew Lawrences Haus in Central Broward County abspielt: Sintflutartige Regenfälle sättigen das Abflussfeld in seinem Hinterhof, wodurch seine Kläranlage ineffizient arbeitet.
„Es ist nie so weit gekommen, dass Abwasser an die Oberfläche gelangt, und das liegt daran, dass ich mein System gut pflege und angemessene Vorsichtsmaßnahmen treffe“, sagte Lawrence, ein Gewerbe- und Wohnentwickler. „Aber was wird passieren, wenn die Stürme schlimmer werden und der Regen stärker wird?“
Für viele Bewohner der vom Klimawandel betroffenen Küstengebiete ist diese Frage bereits beantwortet. Da anhaltende Regenfälle und steigende Meeresspiegel den Grundwasserspiegel weiter ansteigen lassen, versagen ihre Abwassersysteme, was dazu führt, dass Abwasser in ihre Häuser zurückkehrt und Risiken für sauberes Wasser, Ökosysteme und die öffentliche Gesundheit schafft.
Laut einem Doktoranden des University of Miami College of Engineering liegt die Lösung nicht nur darin, bestehende Abwassersysteme an öffentliche Abwasserleitungen anzuschließen, sondern auch alternative Anpassungsstrategien zu finden, um diese Systeme widerstandsfähiger gegen die Auswirkungen des Klimawandels zu machen.
„Der Anschluss an eine städtische Abwasserleitung ist nicht immer eine praktikable Option, insbesondere für Anwohner, die außerhalb der städtischen Versorgungsgebiete leben, sodass sie sich auf Klärgruben verlassen müssen, um das Abwasser ihres Hauses zu entsorgen“, sagte Lamis Amer, promovierter Wirtschaftsingenieur im vierten Jahr Student.
„Aber heute, mit mehr Niederschlägen und Überschwemmungen, die den Grundwasserspiegel erhöhen, funktionieren einige septische Systeme nicht so, wie sie sollten. Daher müssen wir uns mit Anpassungsstrategien wie Hügelsystemen und Mikrokläranlagen befassen, um die Risiken des Klimawandels für septische Kläranlagen zu mindern Systeme.“
Amer hat die letzten drei Jahre damit verbracht, diese Risiken zu untersuchen und ein Entscheidungsfindungsmodell zu entwickeln, das den Gemeinden helfen könnte, septische Systeme als Reaktion auf den Klimawandel anzupassen.
Ihre Forschung ist Teil einer Studie, die von ihrem Mentor an der Fakultät, außerordentlichem Professor Murat Erkoc, geleitet wird, der Prinzipien der Systemtechnik anwendet, um Küstengemeinden in Florida und anderswo dabei zu helfen, mit den Auswirkungen des Meeresspiegelanstiegs umzugehen und diese abzuschwächen.
Mit etwa 2,6 Millionen Klärgruben in Florida – 120.000 allein in Miami-Dade County, laut der gemeinnützigen Umweltschutzorganisation Miami Waterkeeper – könnte Amers Forschung nicht aktueller sein, bemerkte sie.
Anhand von Aufzeichnungen aus dem Open Data Hub von Miami-Dade sowie anderen öffentlich zugänglichen Quellen identifizierte sie Grundstücke im Landkreis mit aktiven Abwassersystemen und entwarf dann eine Resilienzindexskala von 0 bis 1, um zu bestimmen, wie widerstandsfähig diese Abwassersysteme gegenüber den Auswirkungen sind des ansteigenden Grundwassers. Sie eliminierte septische Systeme, die aufgegeben worden waren.
Sie verwendete aktuelle Meeresspiegelraten und untersuchte andere Daten wie die Nähe eines Grundstücks zu Hochwasserrisikozonen und stellte fest, dass fast 32 % der bestehenden Standorte in ihrer Studie einen Resilienzindex unter 0,5 und etwa 18 % einen Resilienzindex von weniger als 0,5 aufweisen 0,1.
„Ein Resilienzindex von 1 bedeutet, dass das System keinem Ausfall unterliegt; oder wenn es eine Fehlfunktion hätte, wäre die Wahrscheinlichkeit, andere Süßwasserquellen zu verschmutzen, minimal“, erklärte Amer. „Niedrigere Belastbarkeitswerte bedeuten, dass diese Systeme die Mindestbetriebsanforderungen für Klärgruben nicht erfüllen und bereits das Grundwasser kontaminieren könnten.“
Da der Meeresspiegel weiter ansteigt, könnten septische Standorte, die derzeit widerstandsfähig sind, gefährdet werden, warnte sie.
Amer sagte, dass ihre Ergebnisse, die sie mit Miami-Dade und EPA-Beamten teilen möchte, dazu beitragen können, Entscheidungen darüber zu treffen, welche septischen Standorte für Anpassungsmaßnahmen priorisiert werden sollten.
Sie hofft auch, ihre Studie erweitern zu können, um zu untersuchen, wie der Klimawandel zu höheren Raten von Klärgrubenausfällen in ärmeren, unterversorgten Gemeinden beiträgt.
In einem Schritt zum Schutz der öffentlichen Gesundheit und von Naturgebieten wie Biscayne Bay geht Miami-Dade bereits das Problem des Versagens von Abwassersystemen an und implementiert sein Connect to Protect-Programm, das darauf abzielt, den sanitären Abwasserdienst auf Bewohner mit Abwassersystemen auszudehnen. Die Bürgermeisterin von Miami-Dade County, Daniella Levine Cava, erläuterte dieses Programm kürzlich auf dem Klima- und Gesundheitssymposium der Universität, bei dem Amers Studie den ersten Platz in einem Studentenforschungswettbewerb gewann.
Für Grundstücke, die nicht an Abwasserleitungen angeschlossen werden können, wären die in ihrer Studie vorgeschlagenen Anpassungsstrategien von Vorteil, betonte sie.
Das von Amer beschriebene Hügelsystem ist eine Option für Gebiete mit geringer Bodentiefe und hohem Grundwasser. Abfälle aus der Klärgrube fließen in eine Pumpenkammer, wo sie zu einem Hügel gepumpt werden. Die Behandlung des Abwassers erfolgt, wenn es in den Graben eingeleitet und durch den Sand gefiltert und dann im einheimischen Boden verteilt wird.
„Mikro-Abwasserbehandlungssysteme, auch als kommunale Abwassersysteme bekannt, sind kompakte, in sich geschlossene Kläranlagen, die eine begrenzte Anzahl von Haushalten versorgen“, erklärte Amer.
Der Doktorand, der auch Forschungen zur Minderung von Treibhausgasemissionen aus Kohleversorgungsnetzen durchgeführt hat, sagte, dass Industrie- und Systemingenieure wertvolle Aktivposten bei der Bekämpfung des Klimawandels sein können. „Wir entwickeln Entscheidungsmodelle, um Problemlösungen zu optimieren“, sagte sie. „Unsere Fähigkeiten können also sicherlich angewendet werden, um Probleme eines sich ändernden Klimas anzugehen.“