Comment fournir une eau fiable dans un monde qui se réchauffe : ces villes testent des systèmes de traitement et de recyclage des eaux usées

Beaucoup de choses peuvent mal tourner dans un grand système d’approvisionnement en eau urbain.Dysfonctionnement des pompes.Les valves se brisent.Les tuyaux fuient.Même lorsque le système fonctionne correctement, l’eau peut rester dans les canalisations pendant de longues périodes.Les pénuries d'eau sont également un problème croissant dans un monde qui se réchauffe, alors que les communautés du sud-ouest des États-Uniset dans de nombreux pays en développement, nous les découvrons.

C’est pourquoi les villes ont commencé à expérimenter des alternatives à petite échelle, notamment le recyclage des eaux usées et des stratégies localisées de traitement de l’eau connues sous le nom de systèmes décentralisés ou distribués.

je étudier les systèmes d’approvisionnement en eau à grande et à petite échelle, en se concentrant sur la conception de systèmes innovants permettant l’utilisation locale de sources d’eau qui autrement pourraient être gaspillées.À mesure que la technologie s'améliore, les villes découvrent quelque chose qui les communautés rurales savent depuis longtemps:Traitement de l'eau à petite échelle, correctement conçu, peut être moins cher et plus facile à entretenir qu’un système centralisé, et il peut améliorer la sécurité de l’eau et même l'environnement.

Nettoyer l’eau – les leçons de la nature

Presque toute l’eau a de la valeur et peut être nettoyée et utilisée.

La nature fait un excellent travail de nettoyage naturel de l'eau lorsqu'il traverse le sol.Le sol filtre physiquement l’eau et les processus chimiques et biologiques aident à éliminer les contaminants au fil du temps.

Ces processus peut être imité par des stations d'épuration et des filtres de plus en plus efficaces.

Traditionnellement, les villes s'appuient sur systèmes d'eau centralisés qui traitent l'eau douce d'une rivière ou d'un aquifère dans une installation centrale, puis la distribuent via un vaste réseau de canalisations.Mais cette infrastructure devient de plus en plus vulnérable aux perturbations à mesure qu’elle vieillit.Et le changement climatique, la pénurie d’eau et la croissance démographique augmentent la pression sur le système.

Alors, certains les villes expérimentent avec ce que l'on appelle des systèmes distribués.Il s’agit d’usines de traitement, de récupération et de recyclage de l’eau à petite échelle conçues pour collecter, traiter et réutiliser l’eau à proximité immédiate de la source et de l’utilisateur. Certaines sont des opérations distinctes.D'autres sont connectés au système plus vaste dans un modèle hybride.

Par exemple, un système décentralisé pourrait traiter les eaux usées dans une zone urbaine et les recycler pour les réutiliser dans cette zone par les mêmes utilisateurs, comme El Paso, Texas, fait.Ou ça pourrait collecter les eaux pluviales et les eaux usées des maisons et le rediriger spécifiquement pour l’irrigation ou pour recharger les nappes phréatiques, comme Austin, Texas, et San Francisco faire.

Windhoek, Namibie, une ville d'environ 430 000 habitants entourée d'un paysage aride, traite les eaux usées pour atteindre une norme de consommation et les renvoie dans les foyers depuis 1968 pour toutes sortes d'usages, y compris la cuisine et la boisson.Eaux pluviales, eaux industrielles, eaux usées et même ruissellement agricole peut être traité et recyclé avec la technologie moderne pour devenir buvable.Conseil de contrôle des ressources en eau de l’État de Californie règlements approuvés en décembre 2023 pour permettre à terme aux systèmes d'eau de convertir les eaux usées en eau potable, à la suite d'une démarche similaire au Colorado.

Toutes ces approches, qu’elles soient connectées au système principal ou en tant que systèmes fermés séparés, peuvent réduire la demande globale de la communauté en eau douce provenant des rivières ou des aquifères.

La technologie rend plus d’eau plus réutilisable

Le traitement à petite échelle peut aller des filtres avancés à l’intérieur des maisons individuelles au traitement dans des réservoirs desservant des groupes de maisons ou des installations commerciales, industrielles et agricoles.

Souvent, l'eau traitée va utilisations non potables comme la chasse d'eau des toilettes ou pour reconstituer les eaux souterraines.Mais avancées technologiques rendent ces systèmes d’eau décentralisés plus réalisables et élargissent leurs utilisations.

Procédés membranaires et électrochimiques ont montré un grand potentiel pour récupérer l’eau douce, les nutriments – qui peuvent être utilisés comme engrais – et l’énergie des eaux usées.Ces processus comprennent l'osmose inverse, qui pousse l'eau à travers une membrane semi-perméable pour éliminer les impuretés, et l'électrodialyse, qui utilise un champ électrique.

Les piles à combustible microbiennes vont encore plus loin et utilisent les microbes présents dans les eaux usées pour produire de l’électricité et faciliter simultanément le traitement des eaux usées.Une autre méthode de valorisation énergétique consiste à capter le biogaz, principalement le méthane, issu de la décomposition des matières organiques présentes dans les eaux usées en l'absence d'oxygène.

Contrairement aux technologies de traitement conventionnelles, qui fonctionnent à grande échelle, ces processus de traitement émergents utilisent des conceptions modulaires qui peuvent être facilement agrandies ou réduites.

Ils peuvent également être utilisés pour créer des systèmes hybrides en complétant les grands systèmes centralisés avec de l’eau traitée, en particulier dans les régions arides où l’approvisionnement en eau est rare.

Comment un système hybride pourrait aider Houston

Pour tester comment un système hybride pourrait aider à éviter les pénuries d'eau dues à des perturbations du système, mes collègues et moi avons créé un modèle de Houston, une ville avec 7 000 milles de pipelines et 2,2 millions d'habitants.Nous avons simulé l'impact que différents types de pannes d'eau peuvent avoir sur cet important approvisionnement en eau centralisé et comment les sources distribuées pourraient contribuer à réduire cet impact.

Dans l’ensemble, nous avons constaté que l’installation de systèmes hybrides permettait de mieux approvisionner en eau et d’éviter les faibles débits dans la ville que le système centralisé seul, en particulier dans les zones où la faible pression de l’eau est courante.

Le débit sous pression de l'eau récupérée pourrait également limiter la propagation de la contamination provenant de sources telles qu'une attaque terroriste à proximité de la source d'eau récupérée.

Bien entendu, cela ne signifie pas que les nouvelles sources d’eau soient sans risque.Des sources supplémentaires connectées à un grand système d’eau peuvent également introduire de nouvelles sources potentielles de contamination, c’est pourquoi la conception du système est importante.

Plusieurs les facteurs déterminent l’efficacité de la distribution de l’eau.La densité de population et de construction, la demande locale en eau, les caractéristiques des sols, les conditions climatiques, les infrastructures et l’état des infrastructures hydrauliques existantes jouent tous un rôle.La recherche indique que les régions avec demandes énergétiques élevées pour la distribution de l’eau, des besoins locaux importants en eau et la capacité de réutiliser les eaux usées avoir le plus à gagner.

Notamment, San Francisco est devenue pionnière dans décentralisation extrême, avec des initiatives s'étendant jusqu'au niveau des bâtiments individuels.Dans certains bâtiments, les réservoirs d'eau, les filtres et le traitement au sous-sol rendent l'eau réutilisable pour des activités telles que la chasse d'eau des toilettes.

Qu’est-ce qui fait obstacle ?

Malgré ses avantages, la réutilisation de l’eau représente moins de 1 % de la consommation totale d’eau aux États-Unis.aujourd'hui.

Perceptions du public concernant l’eau recyclée constituent un défi, notamment un scepticisme persistant concernant la sécurité, la fiabilité et l’utilisation appropriée de l’eau récupérée.

Les eaux usées correctement recyclées sont considérées comme potables et peut même contenir moins de risques toxiques que les sources d’eau que nous buvons déjà.Cependant, l'eau qui n'est pas traitée au niveau approprié peut présenter des risques importants pour la santé humaine.UN modèle économique robuste est aussi nécessaire pour créer des systèmes décentralisés rentable, associé à une structure de gouvernance favorable.

Comme fonds fédéraux investir pour revitaliser l’infrastructure hydraulique américaine, les États-Unisles communautés ont une occasion en or de renforcer leurs grands systèmes d’approvisionnement en eau grâce à une approche décentralisée.À l’échelle mondiale, alors que le changement climatique alimente des tempêtes extrêmes et rend l’approvisionnement en eau moins fiable dans de nombreuses régions, des systèmes décentralisés à petite échelle pourraient assurer la sécurité de l’eau et accroître l’accès à l’eau dans des zones aujourd’hui mal desservies.

Cet article, initialement publié en décembre.Le 15 décembre 2023 a été mis à jour avec la nouvelle réglementation californienne.