Wie man in einer sich erwärmenden Welt zuverlässiges Wasser bereitstellen kann – diese Städte testen Aufbereitungssysteme und Abwasserrecycling

In einem großen städtischen Wassersystem kann viel schiefgehen.Fehlfunktion der Pumpen.Ventile gehen kaputt.Rohre lecken.Selbst wenn das System ordnungsgemäß funktioniert, kann Wasser über längere Zeiträume in den Rohren verbleiben.Auch Wasserknappheit ist ein Problem wachsendes Problem in einer sich erwärmenden Welt, als Gemeinden im gesamten Südwesten der USA.und in vielen Entwicklungsländern entdecken sie.

Aus diesem Grund haben Städte begonnen, mit Alternativen im kleinen Maßstab zu experimentieren – einschließlich Abwasserrecycling und lokalen Wasseraufbereitungsstrategien, die als dezentrale oder verteilte Systeme bekannt sind.

ICH Studieren Sie große und kleine Wassersysteme, Dabei liegt der Schwerpunkt auf innovativen Systemdesigns, die die lokale Nutzung von Wasserquellen ermöglichen, die andernfalls verschwendet würden.Während sich die Technologie verbessert, entdecken Städte etwas ländliche Gemeinden wissen es schon lange:Wasseraufbereitung im kleinen Maßstab, richtig konstruiert, kann kostengünstiger und einfacher zu warten sein als ein zentralisiertes System und kann die Wassersicherheit verbessern sogar die Umwelt.

Wasser reinigen – Lehren aus der Natur

Fast alles Wasser hat einen Wert und kann gereinigt und genutzt werden.

Die Natur tut ein Tolle Arbeit, Wasser auf natürliche Weise zu reinigen wie es durch den Boden fließt.Der Boden filtert Wasser physikalisch und chemische und biologische Prozesse tragen dazu bei, Schadstoffe im Laufe der Zeit zu entfernen.

Diese Prozesse nachgeahmt werden kann durch Wasseraufbereitungsanlagen und Filter, die immer wirksamer werden.

Traditionell haben sich Städte darauf verlassen Zentralisierte Wassersysteme die Süßwasser aus einem Fluss oder Grundwasserleiter in einer zentralen Anlage aufbereiten und es dann über ein großes Rohrnetz verteilen.Allerdings wird diese Infrastruktur mit zunehmendem Alter immer anfälliger für Störungen.Und Klimawandel, Wasserknappheit und Bevölkerungswachstum erhöhen die Belastung des Systems.

Also einige Städte experimentieren mit sogenannten verteilten Systemen.Hierbei handelt es sich um kleine Wasseraufbereitungs-, Rückgewinnungs- und Recyclinganlagen, die darauf ausgelegt sind, Wasser in unmittelbarer Nähe der Quelle und des Benutzers zu sammeln, aufzubereiten und wiederzuverwenden. Bei einigen handelt es sich um separate Vorgänge.Andere werden in einem Hybridmodell an das größere System angeschlossen.

Beispielsweise könnte ein dezentrales System Abwasser in einem städtischen Gebiet aufbereiten und es zur Wiederverwendung in diesem Gebiet durch dieselben Benutzer recyceln, z El Paso, Texas, tut.Oder es könnte Sammeln Sie Sturmabwasser und Abwasser aus Häusern und gezielt zur Bewässerung oder Grundwasseranreicherung umleiten, als Austin, Texas, Und San Francisco Tun.

Windhoek, Namibia, eine Stadt mit etwa 430.000 Einwohnern, umgeben von einer trockenen Landschaft, bereitet seit 1968 Abwasser auf, um Trinkwasserqualität zu erreichen, und führt es seit 1968 für alle möglichen Zwecke, einschließlich Kochen und Trinken, in die Haushalte zurück.Regenwasserabfluss, Brauchwasser, Abwasser und sogar landwirtschaftlicher Abfluss können mit moderner Technologie aufbereitet und recycelt werden trinkbar werden.Kaliforniens State Water Resources Control Board genehmigte Vorschriften im Dezember 2023, um den dortigen Wassersystemen schließlich die Umwandlung von Abwasser in Trinkwasser zu ermöglichen, nach einem ähnlichen Schritt in Colorado.

Alle diese Ansätze können, unabhängig davon, ob sie mit dem Hauptsystem verbunden sind oder als separate geschlossene Systeme vorliegen, den Gesamtbedarf der Gemeinde an Süßwasser aus Flüssen oder Grundwasserleitern verringern.

Durch die Technologie wird mehr Wasser wiederverwendbar

Die Behandlung im kleinen Maßstab kann von fortschrittlichen Filtern in einzelnen Häusern bis hin zur Behandlung in Tanks reichen, die Gruppen von Häusern oder gewerbliche, industrielle und landwirtschaftliche Einrichtungen versorgen.

Oft geht das aufbereitete Wasser zu Nicht trinkbare Anwendungen wie Toilettenspülung oder um das Grundwasser wieder aufzufüllen.Aber Fortschritte in der Technologie machen diese dezentralen Wassersysteme praktikabler und erweitern ihre Nutzungsmöglichkeiten.

Membranbasierte und elektrochemische Prozesse haben großes Potenzial für die Rückgewinnung von Frischwasser, Nährstoffen – die als Dünger genutzt werden können – und Energie aus Abwasser gezeigt.Zu diesen Prozessen gehören die Umkehrosmose, bei der Wasser durch eine semipermeable Membran gedrückt wird, um Verunreinigungen zu entfernen, und die Elektrodialyse, bei der ein elektrisches Feld verwendet wird.

Mikrobielle Brennstoffzellen gehen noch einen Schritt weiter und nutzen die im Abwasser vorhandenen Mikroben, um gleichzeitig Strom zu erzeugen und die Abwasserbehandlung zu erleichtern.Eine weitere Methode zur Energierückgewinnung besteht in der Gewinnung von Biogas, hauptsächlich Methan, aus der Zersetzung organischer Stoffe im Abwasser unter Abwesenheit von Sauerstoff.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Behandlungstechnologien, die im großen Maßstab funktionieren, nutzen diese neuen Behandlungsverfahren modulare Designs, die leicht vergrößert oder verkleinert werden können.

Sie können auch zur Schaffung von Hybridsystemen verwendet werden, indem große zentrale Systeme mit aufbereitetem Wasser ergänzt werden, insbesondere in trockenen Regionen, in denen die Wasserversorgung knapp ist.

Wie ein Hybridsystem Houston helfen könnte

Um zu testen, wie ein Hybridsystem dazu beitragen könnte, Wasserknappheit aufgrund von Störungen im System zu vermeiden, haben meine Kollegen und ich ein System entwickelt ein Modell von Houston, eine Stadt mit 7.000 Meilen Pipelines und 2,2 Millionen Einwohnern.Wir haben die Auswirkungen simuliert, die verschiedene Arten von Wasserausfällen auf diese große zentrale Wasserversorgung haben können, und wie verteilte Quellen dazu beitragen können, die Auswirkungen zu verringern.

Insgesamt haben wir herausgefunden, dass die Installation von Hybridsystemen bei der Wasserversorgung und der Vermeidung geringer Abflüsse in der ganzen Stadt besser funktioniert als das zentrale System allein, insbesondere in Gebieten, in denen niedriger Wasserdruck üblich ist.

Der unter Druck stehende Fluss des aufbereiteten Wassers könnte auch die Ausbreitung von Kontaminationen aus Quellen wie einem Terroranschlag in der Nähe der aufbereiteten Wasserquelle begrenzen.

Das bedeutet natürlich nicht, dass neue Wasserquellen risikofrei sind.Zusätzliche Quellen, die an ein großes Wassersystem angeschlossen sind, können auch neue potenzielle Kontaminationsquellen schaffen, daher ist die Gestaltung des Systems wichtig.

Mehrere Faktoren bestimmen, wie effektiv verteiltes Wasser sein kann.Bevölkerungs- und Bebauungsdichte, lokaler Wasserbedarf, Bodenbeschaffenheit, Klimabedingungen, Infrastruktur und der Zustand der bestehenden Wasserinfrastruktur spielen eine Rolle.Untersuchungen zeigen, dass Regionen mit hoher Energiebedarf für die Wasserverteilung, erheblicher lokaler Wasserbedarf und die Fähigkeit zur Wiederverwendung von Abwasser werden am meisten davon profitieren.

Vor allem, San Francisco hat sich als Pionier herausgestellt In extreme Dezentralisierung, wobei die Initiativen bis auf die Ebene der einzelnen Gebäude reichen.In einigen Gebäuden erzeugen Wassertanks, Filter und Aufbereitungsanlagen im Keller Wasser wiederverwendbar für Aktivitäten wie Toilettenspülung.

Was steht im Weg?

Trotz der Vorteile macht die Wasserwiederverwendung weniger als 1 % des gesamten Wasserverbrauchs in den USA aus.Heute.

Öffentliche Wahrnehmung bezüglich recyceltem Wasser sind eine Herausforderung, darunter anhaltende Skepsis hinsichtlich der Sicherheit, Zuverlässigkeit und angemessenen Verwendung von aufbereitetem Wasser.

Ordnungsgemäß recyceltes Abwasser gilt als trinkbar und sicher kann sogar ein geringeres toxisches Risiko beinhalten als die Wasserquellen, die wir bereits trinken.Allerdings Wasser, das nicht ausreichend aufbereitet ist können erhebliche Risiken für die menschliche Gesundheit darstellen.A robustes Geschäftsmodell ist auch benötigt, um dezentrale Systeme zu schaffen kosteneffektiv, gepaart mit einer unterstützenden Governance-Struktur.

Als Bundesmittel Wir investieren in die Wiederbelebung der amerikanischen Wasserinfrastruktur, die USA.Gemeinden haben eine einmalige Gelegenheit, ihre großen Wassersysteme mit einem dezentralen Ansatz zu stärken.Da der Klimawandel weltweit zu extremen Stürmen führt und die Wasserversorgung in vielen Gebieten weniger zuverlässig macht, könnten kleine dezentrale Systeme für Wassersicherheit sorgen und den Wasserzugang in Gebieten verbessern, die heute unterversorgt sind.

Dieser Artikel wurde ursprünglich im Dezember veröffentlicht.15, 2023, wurde mit der neuen kalifornischen Verordnung aktualisiert.