Cómo proporcionar agua confiable en un mundo que se calienta: estas ciudades están probando sistemas de tratamiento y reciclaje de aguas residuales

Muchas cosas pueden salir mal en un gran sistema de agua urbano.Mal funcionamiento de las bombas.Las válvulas se rompen.Las tuberías tienen fugas.Incluso cuando el sistema funciona correctamente, el agua puede permanecer en las tuberías durante largos períodos de tiempo.La escasez de agua también es un Problema creciente en un mundo que se calienta, como comunidades en todo el suroeste de EE. UU.y en muchos países en desarrollo lo están descubriendo.

Es por eso que las ciudades han comenzado a experimentar con alternativas a pequeña escala, incluido el reciclaje de aguas residuales y estrategias localizadas de tratamiento de agua conocidas como sistemas descentralizados o distribuidos.

I estudiar sistemas hídricos a pequeña y gran escala, centrándose en diseños de sistemas innovadores que permitan el uso local de fuentes de agua que de otro modo se desperdiciarían.A medida que la tecnología mejora, las ciudades descubren algo que Las comunidades rurales saben desde hace mucho tiempo:Tratamiento de agua a pequeña escala, diseñado adecuadamente, puede ser más barato y más fácil de mantener que un sistema centralizado, y puede mejorar la seguridad hídrica y incluso el medio ambiente.

Limpiar el agua: lecciones de la naturaleza

Casi toda el agua tiene valor y se puede limpiar y utilizar.

La naturaleza hace un gran trabajo limpiando el agua de forma natural mientras fluye por el suelo.El suelo filtra físicamente el agua y los procesos químicos y biológicos ayudan a eliminar los contaminantes con el tiempo.

Esos procesos puede ser imitado por plantas de tratamiento de agua y filtros que cada vez son más eficaces.

Tradicionalmente, las ciudades han dependido de sistemas de agua centralizados que tratan el agua dulce de un río o acuífero en una instalación central y luego la distribuyen a través de una gran red de tuberías.Pero esa infraestructura se vuelve cada vez más vulnerable a las interrupciones a medida que envejece.Y el cambio climático, la escasez de agua y el crecimiento demográfico aumentan la presión sobre el sistema.

Entonces, algunos las ciudades están experimentando con los llamados sistemas distribuidos.Se trata de plantas de tratamiento, recuperación y reciclaje de agua a pequeña escala que están diseñadas para recolectar, tratar y reutilizar agua muy cerca tanto de la fuente como del usuario. Algunas son operaciones separadas.Otros están conectados al sistema más grande en un modelo híbrido.

Por ejemplo, un sistema descentralizado podría tratar las aguas residuales en un área urbana y reciclarlas para su reutilización dentro de esa área por los mismos usuarios, como El Paso, Texas, está haciendo.O podría recoger escorrentías pluviales y aguas residuales desde hogares y redirigirlo específicamente para riego o para recargar aguas subterráneas, como Austin, Texas, y san francisco hacer.

Windhoek, Namibia, una ciudad de unos 430.000 habitantes rodeada de un paisaje árido, ha estado tratando aguas residuales para alcanzar un nivel de consumo adecuado y devolviéndolas a los hogares desde 1968 para todo tipo de usos, incluidos cocinar y beber.Escurrimientos de aguas pluviales, aguas industriales, aguas residuales e incluso escurrimientos agrícolas Puede ser tratado y reciclado con tecnología moderna. para volverse potable.Junta Estatal de Control de Recursos Hídricos de California normativa aprobada en diciembre de 2023 para eventualmente permitir que los sistemas de agua allí conviertan las aguas residuales en agua potable, luego de una medida similar en Colorado.

Todos estos enfoques, ya sea conectados al sistema principal o como sistemas cerrados separados, pueden reducir la demanda general de agua dulce de ríos o acuíferos de la comunidad.

La tecnología está haciendo que más agua sea más reutilizable

El tratamiento a pequeña escala puede variar desde filtros avanzados dentro de viviendas individuales hasta tratamientos en tanques que abastecen a grupos de viviendas o instalaciones comerciales, industriales y agrícolas.

A menudo, el agua tratada va a usos no potables como la descarga del inodoro o para reponer las aguas subterráneas.Pero avances en la tecnologia están haciendo que estos sistemas de agua descentralizados sean más viables y ampliando sus usos.

Procesos electroquímicos y basados ​​en membranas. han demostrado un gran potencial para recuperar agua dulce, nutrientes (que pueden utilizarse como fertilizante) y energía a partir de aguas residuales.Estos procesos incluyen la ósmosis inversa, que empuja el agua a través de una membrana semipermeable para eliminar las impurezas, y la electrodiálisis, que utiliza un campo eléctrico.

Las pilas de combustible microbianas van un paso más allá y utilizan los microbios presentes en las aguas residuales para producir electricidad y facilitar el tratamiento de las aguas residuales simultáneamente.Otro método de recuperación de energía consiste en capturar biogás, principalmente metano, procedente de la descomposición de la materia orgánica en las aguas residuales en ausencia de oxígeno.

A diferencia de las tecnologías de tratamiento convencionales, que funcionan a gran escala, estos procesos de tratamiento emergentes utilizan diseños modulares que pueden ampliarse o reducirse fácilmente.

También se pueden utilizar para crear sistemas híbridos complementando grandes sistemas centralizados con agua tratada, particularmente en regiones áridas donde el suministro de agua es escaso.

Cómo un sistema híbrido podría ayudar a Houston

Para probar cómo un sistema híbrido podría ayudar a evitar la escasez de agua debido a interrupciones en el sistema, mis colegas y yo creamos un modelo de houston, una ciudad con 7.000 millas de oleoductos y 2,2 millones de habitantes.Simulamos el impacto que diferentes tipos de cortes de agua pueden tener en ese gran suministro de agua centralizado y cómo las fuentes distribuidas podrían ayudar a reducir el impacto.

En general, descubrimos que la instalación de sistemas híbridos funcionó mejor al suministrar agua y evitar flujos bajos en toda la ciudad que el sistema centralizado por sí solo, particularmente en áreas donde la baja presión del agua es común.

El flujo presurizado del agua recuperada también podría limitar la propagación de la contaminación procedente de fuentes como un ataque terrorista en las proximidades de la fuente de agua recuperada.

Por supuesto, eso no significa que las nuevas fuentes de agua estén libres de riesgos.Las fuentes adicionales que se conectan a un sistema de agua grande también pueden introducir nuevas fuentes potenciales de contaminación, por lo que el diseño del sistema es importante.

Varios Los factores determinan qué tan efectiva puede ser la distribución del agua..La densidad de población y construcción, la demanda local de agua, las características del suelo, las condiciones climáticas, la infraestructura y el estado de la infraestructura hídrica existente juegan un papel importante.Las investigaciones indican que las regiones con altas demandas de energía para la distribución de agua, importantes necesidades locales de agua y la capacidad de reutilizar las aguas residuales pueden ganar más.

Notablemente, San Francisco se ha convertido en un pionero en descentralización extrema, con iniciativas que se extienden hasta el nivel de edificio individual.En algunos edificios, los tanques de agua, los filtros y el tratamiento en el sótano hacen que el agua Reutilizable para actividades como la descarga de inodoros..

¿Qué se interpone en el camino?

A pesar de los beneficios, la reutilización del agua representa menos del 1% del uso total de agua en los EE. UU.hoy.

Percepciones públicas sobre el agua reciclada son un desafío, incluyendo escepticismo duradero en materia de seguridad, confiabilidad y uso adecuado del agua regenerada.

Las aguas residuales recicladas adecuadamente se consideran seguras para beber y incluso puede contener menos riesgo tóxico que las fuentes de agua que ya bebemos.Sin embargo, el agua que no se trata al nivel adecuado puede plantear importantes riesgos para la salud humana.A modelo de negocio robusto también es necesario para hacer sistemas descentralizados rentable, junto con una estructura de gobernanza de apoyo.

Como fondos federales Inviertan para revitalizar la infraestructura hídrica de Estados Unidos, EE.UU.Las comunidades tienen una oportunidad de oro para reforzar sus grandes sistemas de agua con un enfoque descentralizado.A nivel mundial, dado que el cambio climático alimenta tormentas extremas y hace que el suministro de agua sea menos confiable en muchas áreas, los sistemas descentralizados a pequeña escala podrían brindar seguridad hídrica y aumentar el acceso al agua en áreas que hoy están desatendidas.

Este artículo, publicado originalmente en diciembreEl 15 de enero de 2023 se actualizó con la nueva regulación de California.