Come fornire acqua affidabile in un mondo che si riscalda: queste città stanno testando sistemi di trattamento e riciclaggio delle acque reflue

Molte cose possono andare storte in un grande sistema idrico urbano.Malfunzionamento delle pompe.Le valvole si rompono.Perdite nei tubi.Anche quando il sistema funziona correttamente, l’acqua può rimanere nei tubi per lunghi periodi di tempo.Anche la carenza d'acqua è a problema crescente in un mondo che si riscalda, come comunità negli Stati Uniti sudoccidentalie in molte nazioni in via di sviluppo stanno scoprendo.

Ecco perché le città hanno iniziato a sperimentare alternative su piccola scala, tra cui il riciclaggio delle acque reflue e strategie di trattamento dell’acqua localizzate note come sistemi decentralizzati o distribuiti.

IO studiare sistemi idrici su larga e piccola scala, concentrandosi su progetti di sistemi innovativi che consentano l’uso locale di fonti idriche che altrimenti potrebbero andare sprecate.Con il miglioramento della tecnologia, le città stanno scoprendo qualcosa di simile le comunità rurali lo sanno da tempo:Trattamento dell'acqua su piccola scala, adeguatamente ingegnerizzato, può essere più economico e più facile da mantenere rispetto a un sistema centralizzato e può migliorare la sicurezza idrica e anche l'ambiente.

Depurare l’acqua: le lezioni della natura

Quasi tutta l’acqua ha valore e può essere pulita e utilizzata.

La natura fa a ottimo lavoro nel pulire l'acqua in modo naturale mentre scorre attraverso il terreno.Il terreno filtra fisicamente l’acqua e i processi chimici e biologici aiutano a rimuovere i contaminanti nel tempo.

Quei processi può essere imitato da impianti di depurazione e filtri sempre più efficaci.

Tradizionalmente, le città hanno fatto affidamento sistemi idrici centralizzati che trattano l'acqua dolce proveniente da un fiume o da una falda acquifera in un impianto centrale, quindi la distribuiscono attraverso un'ampia rete di tubazioni.Ma quell’infrastruttura diventa sempre più vulnerabile alle interruzioni man mano che invecchia.E il cambiamento climatico, la scarsità d’acqua e la crescita della popolazione aumentano lo stress sul sistema.

Quindi, alcuni le città stanno sperimentando con i cosiddetti sistemi distribuiti.Si tratta di impianti di trattamento, recupero e riciclaggio dell'acqua su piccola scala progettati per raccogliere, trattare e riutilizzare l'acqua in prossimità sia della fonte che dell'utente. Alcune sono operazioni separate.Altri sono collegati al sistema più ampio in un modello ibrido.

Ad esempio, un sistema decentralizzato potrebbe trattare le acque reflue in un’area urbana e riciclarle per il riutilizzo all’interno di quell’area da parte degli stessi utenti, come El Paso, Texas, sta facendo.Oppure potrebbe raccogliere le acque piovane e le acque reflue dalle case e reindirizzarlo specificamente per l'irrigazione o per ricaricare le falde acquifere, COME Austin, Texas, E San Francisco Fare.

Windhoek, Namibia, una città di circa 430.000 abitanti circondata da un paesaggio arido, tratta le acque reflue per raggiungere uno standard potabile e restituirle nelle case dal 1968 per tutti i tipi di usi, compresi cucinare e bere.Deflusso delle acque piovane, acque industriali, acque reflue e persino deflusso agricolo possono essere trattati e riciclati con la tecnologia moderna diventare bevibile.Comitato di controllo delle risorse idriche statali della California regolamenti approvati nel dicembre 2023 per consentire finalmente ai sistemi idrici locali di convertire le acque reflue in acqua potabile, seguendo una mossa simile in Colorado.

Tutti questi approcci, sia collegati al sistema principale che come sistemi chiusi separati, possono ridurre la domanda complessiva di acqua dolce della comunità da fiumi o falde acquifere.

La tecnologia sta rendendo più acqua più riutilizzabile

Il trattamento su piccola scala può variare da filtri avanzati all’interno di singole abitazioni al trattamento in serbatoi che servono gruppi di abitazioni o strutture commerciali, industriali e agricole.

Spesso l'acqua trattata va a usi non potabili come lo sciacquone dei WC o per ricostituire le falde acquifere.Ma progressi nella tecnologia stanno rendendo questi sistemi idrici decentralizzati più fattibili e ne stanno espandendo gli usi.

Processi a membrana ed elettrochimici hanno mostrato un grande potenziale per il recupero di acqua dolce, sostanze nutritive – che possono essere utilizzate come fertilizzanti – ed energia dalle acque reflue.Questi processi includono l’osmosi inversa, che spinge l’acqua attraverso una membrana semipermeabile per rimuovere le impurità, e l’elettrodialisi, che utilizza un campo elettrico.

Le celle a combustibile microbiche fanno un ulteriore passo avanti e utilizzano i microbi presenti nelle acque reflue sia per produrre elettricità che per facilitare contemporaneamente il trattamento delle acque reflue.Un altro metodo di recupero energetico prevede la cattura del biogas, principalmente metano, dalla decomposizione della materia organica nelle acque reflue in assenza di ossigeno.

A differenza delle tecnologie di trattamento convenzionali, che funzionano su larga scala, questi processi di trattamento emergenti utilizzano progetti modulari che possono essere facilmente ampliati o ridotti.

Possono anche essere utilizzati per creare sistemi ibridi integrando grandi sistemi centralizzati con acqua trattata, in particolare nelle regioni aride dove le risorse idriche sono scarse.

Come un sistema ibrido potrebbe aiutare Houston

Per testare come un sistema ibrido potrebbe aiutare a evitare la carenza d'acqua dovuta a interruzioni del sistema, io e i miei colleghi abbiamo creato un modello di Houston, una città con 7.000 miglia di condutture e 2,2 milioni di residenti.Abbiamo simulato l’impatto che diversi tipi di interruzioni idriche possono avere su quella grande fornitura idrica centralizzata e il modo in cui le fonti distribuite potrebbero contribuire a ridurre l’impatto.

Nel complesso, abbiamo riscontrato che l’installazione di sistemi ibridi ha svolto un lavoro migliore nel fornire acqua ed evitare bassi flussi in tutta la città rispetto al solo sistema centralizzato, in particolare nelle aree in cui è comune la bassa pressione dell’acqua.

Il flusso pressurizzato dell'acqua bonificata potrebbe anche limitare la diffusione della contaminazione da fonti come un attacco terroristico in prossimità della fonte d'acqua bonificata.

Ciò non significa, ovviamente, che le nuove fonti d’acqua siano prive di rischi.Ulteriori fonti collegate a un grande sistema idrico possono anche introdurre nuove potenziali fonti di contaminazione, quindi la progettazione del sistema è importante.

Parecchi I fattori determinano l’efficacia dell’acqua distribuita.Giocano un ruolo importante la densità della popolazione e degli edifici, la domanda locale di acqua, le caratteristiche del suolo, le condizioni climatiche, le infrastrutture e lo stato delle infrastrutture idriche esistenti.La ricerca indica che le regioni con elevate richieste energetiche per la distribuzione idrica, il significativo fabbisogno idrico locale e la capacità di riutilizzare le acque reflue avere la possibilità di guadagnare di più.

In particolare, San Francisco è emersa come pioniera In decentramento estremo, con iniziative che si estendono fino al livello del singolo edificio.In alcuni edifici, i serbatoi dell'acqua, i filtri e il trattamento nel seminterrato producono l'acqua riutilizzabile per attività come lo sciacquone dei WC.

Cosa c’è nel mezzo?

Nonostante i vantaggi, il riutilizzo dell’acqua rappresenta meno dell’1% del consumo totale di acqua negli Stati Uniti.Oggi.

Percezioni del pubblico riguardo all’acqua riciclata sono una sfida, inclusa persistente scetticismo riguardanti la sicurezza, l’affidabilità e l’uso appropriato dell’acqua depurata.

Le acque reflue riciclate correttamente sono considerate sicure da bere e può anche contenere un rischio meno tossico rispetto alle fonti d’acqua che già beviamo.Tuttavia, l'acqua non viene trattata al livello appropriato possono comportare rischi significativi per la salute umana.UN modello di business robusto è anche necessari per realizzare sistemi decentralizzati economicamente vantaggioso, abbinato ad una struttura di governance di supporto.

COME fondi federali versare fondi per rivitalizzare le infrastrutture idriche americane, gli Stati Unitile comunità hanno un’occasione d’oro per rafforzare i loro grandi sistemi idrici con un approccio decentralizzato.A livello globale, con i cambiamenti climatici che alimentano tempeste estreme e rendono le forniture idriche meno affidabili in molte aree, sistemi decentralizzati su piccola scala potrebbero garantire la sicurezza idrica e aumentare l’accesso all’acqua nelle aree che oggi sono scarsamente servite.

Questo articolo, originariamente pubblicato a dicembre15, 2023, è stato aggiornato con il nuovo regolamento della California.