温暖化が進む世界で信頼できる水を提供する方法 – これらの都市は処理システムと廃水リサイクルをテストしています

大規模な都市水道システムでは、多くの問題が発生する可能性があります。ポンプが故障している。バルブが壊れる。パイプが漏れる。システムが正常に機能している場合でも、水はパイプ内に長期間滞留する可能性があります。水不足も問題です 温暖化世界で深刻化する問題, 、米国南西部のコミュニティとしてそして多くの発展途上国では発見されつつあります。

そのため、都市は廃水のリサイクルや、分散型または分散型システムとして知られる局所的な水処理戦略など、小規模な代替案の実験を開始しています。

私 大規模および小規模の水システムを研究する, 、無駄になる可能性のある水源の地域利用を可能にする革新的なシステム設計に焦点を当てています。テクノロジーが進歩するにつれて、都市は何かを発見しつつあります。 田舎のコミュニティは昔から知っていた:小規模水処理、 適切に設計された, 集中システムよりも安価で維持が容易であり、水の安全性と安全性を向上させることができます。 環境さえも.

水をきれいにする – 自然の教訓

ほとんどすべての水には価値があり、浄化して使用することができます。

自然は 水を自然にきれいにする素晴らしい仕事 大地を流れるように。土壌は水を物理的にろ過し、化学的および生物学的プロセスにより時間をかけて汚染物質を除去します。

それらのプロセス 真似できる ますます効果が高まっている水処理プラントとフィルターによるものです。

従来、都市は次のものに依存してきました。 集中給水システム 川や帯水層からの淡水を中央施設で処理し、大規模なパイプネットワークを通じて分配します。しかし、そのインフラは老朽化が進むにつれて、混乱に対してますます脆弱になります。そして、気候変動、水不足、人口増加により、システムへのストレスが増大します。

それで、いくつか 都市は実験を行っている いわゆる分散システムを使用します。これらは、水源と使用者の両方のすぐ近くで水を収集、処理、再利用するように設計された小規模の水処理、再生、リサイクルプラントです。 一部は個別の操作です. 。その他は、ハイブリッド モデルのより大きなシステムに接続されます。

たとえば、分散型システムは都市部で廃水を処理し、同じユーザーがその地域内で再利用するためにリサイクルする可能性があります。 テキサス州エルパソ, 、やってます。あるいはそうかもしれない 雨水と廃水を集める 家々から、そして 特に灌漑や地下水の涵養に向けて方向転換する, 、 として テキサス州オースティン, 、 そして サンフランシスコ する。

ウィントフック、ナミビア, 乾燥した風景に囲まれた人口約43万人の都市であるこの都市は、1968年以来、飲料基準を達成するために廃水を処理し、調理や飲料を含むあらゆる種類の用途のために家庭に戻している。雨水の流出、工業用水、廃水、さらには農業排水まで 最新の技術で処理し、リサイクルすることができます 飲めるようになること。カリフォルニア州水資源管理委員会 承認された規制 コロラド州での同様の動きに続き、2023年12月には最終的に上水道システムが廃水を飲料水に変換できるようにする予定だ。

これらのアプローチはすべて、主要システムに接続されているか、独立した閉鎖システムとして接続されているかに関係なく、川や帯水層からの淡水に対するコミュニティ全体の需要を削減できます。

テクノロジーの進歩により、より多くの水が再利用可能になりました

小規模処理は、個々の家庭内での高度なフィルターから、集合住宅や商業、工業、農業施設にサービスを提供するタンクでの処理まで多岐にわたります。

多くの場合、処理された水は次の場所に送られます。 トイレの水洗などの非飲用用途 あるいは地下水を補充するためです。しかし 技術の進歩 これらの分散型給水システムの実現可能性を高め、その用途を拡大しています。

膜ベースおよび電気化学プロセス 廃水から淡水、肥料に使用できる栄養素、エネルギーを回収する大きな可能性を示しています。これらのプロセスには、水を半透膜に押し込んで不純物を除去する逆浸透や、電場を使用する電気透析が含まれます。

微生物燃料電池はさらに一歩進んで、廃水中に存在する微生物を利用して電気を生成し、同時に廃水の処理を促進します。別のエネルギー回収方法には、酸素の不在下で廃水中の有機物を分解してバイオガス、主にメタンを捕捉することが含まれます。

大規模に機能する従来の処理技術とは異なり、これらの新しい処理プロセスでは、簡単にスケールアップまたはスケールダウンできるモジュール設計が使用されています。

また、特に水の供給が不足している乾燥地域において、大規模な集中システムに処理水を補充することでハイブリッド システムを構築するために使用することもできます。

ハイブリッド システムがヒューストンにどのように役立つか

ハイブリッド システムがシステムの中断による水不足を回避するのにどのように役立つかをテストするために、同僚と私は ヒューストンのモデル, 、7,000マイルのパイプラインと220万人の住民がいる都市。私たちは、さまざまな種類の断水が大規模な集中給水に与える影響と、分散型給水源がその影響を軽減するのにどのように役立つかをシミュレーションしました。

全体として、特に低水圧が一般的である地域では、集中システムのみを使用するよりも、ハイブリッド システムを導入した方が都市全体に水を供給し、低水流を回避する効果が高いことがわかりました。

再生水からの加圧された流れは、再生水源付近でのテロ攻撃などの汚染源からの汚染の拡大を制限する可能性もあります。

もちろん、それは新しい水源にリスクがないという意味ではありません。大規模な水道システムに追加の発生源が接続されると、新たな潜在的な汚染源が発生する可能性があるため、システムの設計が重要です。

いくつかの 水をどれだけ効果的に分散できるかを決定する要因. 。人口と建物の密度、地域の水需要、土壌の特性、気候条件、インフラストラクチャー、既存の水インフラの状態がすべて影響します。研究によると、 高いエネルギー需要 配水、地域の重要な水需要、廃水の再利用能力 最大限の利益を得るために立つ.

特に、 サンフランシスコは先駆者として浮上した で 極端な分散化, 、取り組みは個々の建物レベルにまで及びます。一部の建物では、地下で水タンク、濾過、処理が行われて水を製造しています。 トイレを流すなどの活動に再利用可能.

何が邪魔になっているのでしょうか？

このような利点があるにもかかわらず、水の再利用が米国における総水使用量に占める割合は 1% 未満です。今日。

リサイクル水に関する社会の認識 が 1 つの課題です。 永続的な懐疑論 再生水の安全性、信頼性、適切な利用について。

適切にリサイクルされた廃水は、飲んでも安全であると考えられています。 毒性のリスクが低い場合もあります 私たちがすでに飲んでいる水源よりも。ただし、適切なレベルまで処理されていない水は、 人間の健康に重大なリスクをもたらす可能性がある. 。あ 強固なビジネスモデル もです 分散型システムを作るために必要な 費用対効果が高く、サポート的なガバナンス構造も備えています。

として 連邦資金 アメリカの水インフラを活性化するために注ぎ込む、米国地域社会には、分散型アプローチで大規模な水道システムを強化する絶好の機会が与えられています。世界的には、気候変動により極端な暴風雨が発生し、多くの地域で水供給の信頼性が低下しているため、小規模分散型システムは水の安全を確保し、現在サービスが十分に行き届いていない地域で水へのアクセスを増やすことができる可能性があります。

この記事はもともと 12 月に公開されました。2023 年 15 日、カリフォルニア州の新しい規制に更新されました。