كيفية توفير مياه موثوقة في عالم يزداد حرارة - تقوم هذه المدن باختبار أنظمة المعالجة وإعادة تدوير مياه الصرف الصحي

يمكن أن يحدث الكثير من الأخطاء في نظام المياه الحضري الكبير.عطل المضخات.تنكسر الصمامات.تسرب الأنابيب.حتى عندما يعمل النظام بشكل صحيح، يمكن أن تبقى المياه في الأنابيب لفترات طويلة من الزمن.نقص المياه هو أيضا مشكلة متزايدة في عالم الاحترار, ، كمجتمعات عبر جنوب غرب الولايات المتحدة.وفي العديد من الدول النامية تكتشف.

ولهذا السبب بدأت المدن في تجربة بدائل صغيرة النطاق - بما في ذلك إعادة تدوير مياه الصرف الصحي واستراتيجيات معالجة المياه المحلية المعروفة باسم الأنظمة اللامركزية أو الموزعة.

أنا دراسة أنظمة المياه الكبيرة والصغيرة الحجم, مع التركيز على تصميمات الأنظمة المبتكرة التي تسمح بالاستخدام المحلي لمصادر المياه التي قد تضيع لولا ذلك.مع تطور التكنولوجيا، تكتشف المدن شيئًا ما لقد عرفت المجتمعات الريفية منذ زمن طويل:معالجة المياه على نطاق صغير، مصممة بشكل صحيح, يمكن أن يكون أرخص وأسهل في الصيانة من النظام المركزي، ويمكنه تحسين الأمن المائي و حتى البيئة.

تنظيف المياه – دروس الطبيعة

جميع المياه تقريبًا لها قيمة ويمكن تنظيفها واستخدامها.

الطبيعة تفعل أ عمل عظيم لتنظيف المياه بشكل طبيعي كما يتدفق من خلال الأرض.تقوم التربة بتصفية المياه فعليًا، وتساعد العمليات الكيميائية والبيولوجية على إزالة الملوثات بمرور الوقت.

تلك العمليات يمكن تقليدها بواسطة محطات معالجة المياه والمرشحات التي أصبحت فعالة بشكل متزايد.

تقليديا، اعتمدت المدن على أنظمة المياه المركزية تعالج المياه العذبة من نهر أو طبقة مياه جوفية في منشأة مركزية، ثم تقوم بتوزيعها عبر شبكة كبيرة من الأنابيب.لكن هذه البنية التحتية تصبح عرضة بشكل متزايد للاضطرابات مع تقدم العمر.كما أن تغير المناخ وندرة المياه والنمو السكاني يزيد من الضغط على النظام.

لذلك، بعض المدن تجري التجارب مع ما يعرف بالأنظمة الموزعة.هذه محطات صغيرة لمعالجة المياه واستصلاحها وإعادة تدويرها، وهي مصممة لجمع ومعالجة وإعادة استخدام المياه على مقربة من المصدر والمستخدم. بعضها عمليات منفصلة.ويرتبط البعض الآخر بالنظام الأكبر في نموذج هجين.

على سبيل المثال، قد يقوم النظام اللامركزي بمعالجة مياه الصرف الصحي في منطقة حضرية وإعادة تدويرها لإعادة استخدامها داخل تلك المنطقة من قبل نفس المستخدمين، كما إل باسو، تكساس, ، يفعل.أو يمكن جمع جريان مياه الأمطار ومياه الصرف الصحي من المنازل و إعادة توجيهها خصيصًا للري أو لإعادة تغذية المياه الجوفية, ، مثل أوستن، تكساس, ، و سان فرانسيسكو يفعل.

ويندهوك، ناميبيا, تقوم مدينة يبلغ عدد سكانها حوالي 430,000 نسمة وتحيط بها مناظر طبيعية قاحلة، بمعالجة مياه الصرف الصحي لتحقيق مستوى الشرب وإعادتها إلى المنازل منذ عام 1968 لجميع أنواع الاستخدامات، بما في ذلك الطهي والشرب.جريان مياه الأمطار والمياه الصناعية ومياه الصرف الصحي وحتى الجريان السطحي الزراعي يمكن معالجتها وإعادة تدويرها بالتكنولوجيا الحديثة لتصبح صالحة للشرب.مجلس مراقبة الموارد المائية بولاية كاليفورنيا اللوائح المعتمدة في ديسمبر 2023 للسماح في نهاية المطاف لأنظمة المياه هناك بتحويل مياه الصرف الصحي إلى مياه الشرب، في أعقاب خطوة مماثلة في كولورادو.

كل هذه الأساليب، سواء كانت متصلة بالنظام الرئيسي أو كأنظمة مغلقة منفصلة، ​​يمكن أن تقلل من الطلب الإجمالي للمجتمع على المياه العذبة من الأنهار أو طبقات المياه الجوفية.

التكنولوجيا تجعل المزيد من المياه قابلة لإعادة الاستخدام

يمكن أن تتراوح المعالجة على نطاق صغير من المرشحات المتقدمة داخل المنازل الفردية إلى المعالجة في الخزانات التي تخدم مجموعات من المنازل أو المنشآت التجارية والصناعية والزراعية.

في كثير من الأحيان، تذهب المياه المعالجة إلى الاستخدامات غير الصالحة للشرب مثل تنظيف المرحاض أو لتجديد المياه الجوفية.لكن التقدم في التكنولوجيا تجعل أنظمة المياه اللامركزية هذه أكثر جدوى وتوسع استخداماتها.

العمليات القائمة على الغشاء والكهروكيميائية أظهرت إمكانات كبيرة لاستعادة المياه العذبة والمواد المغذية - التي يمكن استخدامها للأسمدة - والطاقة من مياه الصرف الصحي.تشمل هذه العمليات التناضح العكسي، الذي يدفع الماء عبر غشاء نصف نافذ لإزالة الشوائب، والتحليل الكهربائي، الذي يستخدم مجالًا كهربائيًا.

وتذهب خلايا الوقود الميكروبية إلى أبعد من ذلك وتستخدم الميكروبات الموجودة في مياه الصرف الصحي لإنتاج الكهرباء وتسهيل معالجة مياه الصرف الصحي في وقت واحد.هناك طريقة أخرى لاستعادة الطاقة تتضمن التقاط الغاز الحيوي، وخاصة الميثان، من المواد العضوية المتحللة في مياه الصرف الصحي في غياب الأكسجين.

وعلى عكس تقنيات المعالجة التقليدية، التي تعمل على نطاق واسع، تستخدم عمليات المعالجة الناشئة هذه تصميمات معيارية يمكن توسيع نطاقها أو تقليلها بسهولة.

ويمكن استخدامها أيضًا لإنشاء أنظمة هجينة من خلال استكمال الأنظمة المركزية الكبيرة بالمياه المعالجة، خاصة في المناطق القاحلة حيث تندر إمدادات المياه.

كيف يمكن للنظام الهجين أن يساعد هيوستن

لاختبار كيف يمكن للنظام الهجين أن يساعد في تجنب نقص المياه بسبب تعطل النظام، قمت أنا وزملائي بإنشاء هذا المشروع نموذج من هيوستن, ، مدينة بها 7000 ميل من خطوط الأنابيب ويسكنها 2.2 مليون نسمة.لقد قمنا بمحاكاة التأثير الذي يمكن أن تحدثه أنواع مختلفة من انقطاعات المياه على إمدادات المياه المركزية الكبيرة وكيف يمكن للمصادر الموزعة أن تساعد في تقليل التأثير.

وبشكل عام، وجدنا أن تركيب الأنظمة الهجينة أدى عملاً أفضل في توفير المياه وتجنب التدفق المنخفض عبر المدينة مقارنة بالنظام المركزي وحده، لا سيما في المناطق التي يكون فيها ضغط المياه منخفضًا.

كما يمكن للتدفق المضغوط من المياه المستصلحة أن يحد من انتشار التلوث من مصادر مثل هجوم إرهابي بالقرب من مصدر المياه المستصلحة.

وهذا لا يعني أن مصادر المياه الجديدة خالية من المخاطر بالطبع.يمكن للمصادر الإضافية المتصلة بنظام مياه كبير أن تقدم أيضًا مصادر جديدة محتملة للتلوث، لذا فإن تصميم النظام مهم.

عديد تحدد العوامل مدى فعالية المياه الموزعة.وتلعب كثافة السكان والمباني، والطلب المحلي على المياه، وخصائص التربة، والظروف المناخية، والبنية التحتية، وحالة البنية التحتية للمياه الحالية دورًا.تشير الأبحاث إلى أن المناطق ذات متطلبات الطاقة العالية لتوزيع المياه، والاحتياجات المحلية الكبيرة من المياه والقدرة على إعادة استخدام مياه الصرف الصحي الوقوف لتحقيق أقصى استفادة.

والجدير بالذكر، لقد برزت سان فرانسيسكو كرائدة في اللامركزية الشديدة, ، مع مبادرات تمتد إلى مستوى المبنى الفردي.في بعض المباني، تقوم خزانات المياه والمرشحات والمعالجة في الطابق السفلي بتكوين المياه قابلة لإعادة الاستخدام لأنشطة مثل تنظيف المراحيض.

ما الذي يقف في الطريق؟

وعلى الرغم من الفوائد، فإن إعادة استخدام المياه تمثل أقل من 1% من إجمالي استخدام المياه في الولايات المتحدة.اليوم.

التصورات العامة بشأن المياه المعاد تدويرها هي تحدي واحد، بما في ذلك الشك الدائم فيما يتعلق بالسلامة والموثوقية والاستخدام المناسب للمياه المعالجة.

تعتبر مياه الصرف الصحي المعاد تدويرها بشكل صحيح آمنة للشرب و قد تحتوي على مخاطر أقل سمية من مصادر المياه التي نشربها بالفعل.ومع ذلك، فإن المياه التي لا تتم معالجتها إلى المستوى المناسب يمكن أن تشكل مخاطر كبيرة على صحة الإنسان.أ نموذج عمل قوي هو أيضا اللازمة لإنشاء أنظمة لامركزية فعالة من حيث التكلفة، إلى جانب وجود هيكل إداري داعم.

مثل الأموال الفيدرالية تتدفق لتنشيط البنية التحتية للمياه في أمريكا، الولايات المتحدةلدى المجتمعات المحلية فرصة ذهبية لتعزيز شبكات المياه الكبيرة لديها من خلال نهج لامركزي.على الصعيد العالمي، مع تسبب تغير المناخ في تأجيج العواصف الشديدة وجعل إمدادات المياه أقل موثوقية في العديد من المناطق، يمكن للأنظمة اللامركزية صغيرة النطاق أن توفر الأمن المائي وتزيد من إمكانية الوصول إلى المياه في المناطق التي تعاني من نقص الخدمات اليوم.

هذه المقالة، نشرت أصلا في ديسمبر.تم تحديث القانون رقم 15 لعام 2023 باللوائح الجديدة لولاية كاليفورنيا.