Como fornecer água fiável num mundo em aquecimento – estas cidades estão a testar sistemas de tratamento e reciclagem de águas residuais

Muita coisa pode dar errado em um grande sistema de água urbano.Mau funcionamento das bombas.As válvulas quebram.Vazamento nas tubulações.Mesmo quando o sistema está funcionando corretamente, a água pode permanecer nas tubulações por longos períodos de tempo.A escassez de água também é um problema crescente num mundo em aquecimento, como comunidades em todo o sudoeste dos EUAe em muitos países em desenvolvimento estão descobrindo.

É por isso que as cidades começaram a experimentar alternativas de pequena escala – incluindo a reciclagem de águas residuais e estratégias localizadas de tratamento de água conhecidas como sistemas descentralizados ou distribuídos.

EU estudar sistemas de água de grande e pequena escala, concentrando-se em projetos de sistemas inovadores que permitem o uso local de fontes de água que, de outra forma, poderiam ser desperdiçadas.À medida que a tecnologia melhora, as cidades estão descobrindo algo que as comunidades rurais conhecem há muito tempo:Tratamento de água em pequena escala, adequadamente projetado, pode ser mais barato e mais fácil de manter do que um sistema centralizado e pode melhorar a segurança hídrica e até mesmo o ambiente.

Limpeza de água – lições da natureza

Quase toda a água tem valor e pode ser limpa e utilizada.

A natureza faz um ótimo trabalho de limpeza de água naturalmente à medida que flui pelo solo.O solo filtra fisicamente a água e os processos químicos e biológicos ajudam a eliminar os contaminantes ao longo do tempo.

Esses processos pode ser imitado por estações de tratamento de água e filtros que estão se tornando cada vez mais eficazes.

Tradicionalmente, as cidades contam com sistemas de água centralizados que tratam a água doce de um rio ou aquífero em uma instalação central e depois a distribuem através de uma grande rede de tubulações.Mas essa infraestrutura torna-se cada vez mais vulnerável a perturbações à medida que envelhece.E as alterações climáticas, a escassez de água e o crescimento populacional aumentam a pressão sobre o sistema.

Então, alguns as cidades estão experimentando com o que é conhecido como sistemas distribuídos.Estas são estações de tratamento, recuperação e reciclagem de água em pequena escala, projetadas para coletar, tratar e reutilizar água nas proximidades da fonte e do usuário. Algumas são operações separadas.Outros estão conectados ao sistema maior em um modelo híbrido.

Por exemplo, um sistema descentralizado pode tratar águas residuais numa área urbana e reciclá-las para reutilização nessa área pelos mesmos utilizadores, como El Paso, Texas, está fazendo.Ou poderia coletar escoamento de tempestades e águas residuais de casas e redirecioná-lo especificamente para irrigação ou para recarregar águas subterrâneas, como Austin, Texas, e São Francisco fazer.

Windhoek, Namíbia, uma cidade com cerca de 430 mil habitantes rodeada por uma paisagem árida, trata as águas residuais para atingir um padrão de consumo e devolve-as às casas desde 1968 para todos os tipos de uso, incluindo cozinhar e beber.Escoamento de águas pluviais, águas industriais, águas residuais e até escoamento agrícola pode ser tratado e reciclado com tecnologia moderna para se tornar potável.Conselho de Controle de Recursos Hídricos do Estado da Califórnia regulamentos aprovados em dezembro de 2023 para eventualmente permitir que os sistemas de água convertam águas residuais em água potável, seguindo um movimento semelhante no Colorado.

Todas estas abordagens, quer estejam ligadas ao sistema principal ou como sistemas fechados separados, podem reduzir a procura global da comunidade por água doce proveniente de rios ou aquíferos.

A tecnologia está tornando mais água mais reutilizável

O tratamento em pequena escala pode variar desde filtros avançados dentro de residências individuais até tratamento em tanques que atendem grupos de residências ou instalações comerciais, industriais e agrícolas.

Muitas vezes, a água tratada vai para usos não potáveis, como descarga de vasos sanitários ou para reabastecer as águas subterrâneas.Mas avanços em tecnologia estão a tornar estes sistemas de água descentralizados mais viáveis ​​e a expandir a sua utilização.

Processos baseados em membrana e eletroquímicos demonstraram um grande potencial para recuperar água doce, nutrientes – que podem ser utilizados como fertilizantes – e energia a partir de águas residuais.Esses processos incluem a osmose reversa, que empurra a água através de uma membrana semipermeável para remover impurezas, e a eletrodiálise, que utiliza um campo elétrico.

As células de combustível microbianas vão um passo além e utilizam os micróbios presentes nas águas residuais para produzir eletricidade e facilitar o tratamento das águas residuais simultaneamente.Outro método de recuperação de energia envolve a captura de biogás, principalmente metano, da matéria orgânica em decomposição nas águas residuais na ausência de oxigênio.

Ao contrário das tecnologias de tratamento convencionais, que funcionam em larga escala, estes processos de tratamento emergentes utilizam designs modulares que podem ser facilmente ampliados ou reduzidos.

Também podem ser utilizados para criar sistemas híbridos, complementando grandes sistemas centralizados com água tratada, especialmente em regiões áridas onde o abastecimento de água é escasso.

Como um sistema híbrido pode ajudar Houston

Para testar como um sistema híbrido pode ajudar a evitar escassez de água devido a interrupções no sistema, meus colegas e eu criamos um modelo de Houston, uma cidade com 7.000 milhas de oleodutos e 2,2 milhões de habitantes.Simulámos o impacto que diferentes tipos de cortes de água podem ter nesse grande abastecimento de água centralizado e como as fontes distribuídas poderiam ajudar a reduzir o impacto.

No geral, descobrimos que a instalação de sistemas híbridos fez um melhor trabalho no fornecimento de água e evitando fluxos baixos na cidade do que o sistema centralizado sozinho, especialmente em áreas onde a baixa pressão da água é comum.

O fluxo pressurizado da água recuperada também poderia limitar a propagação da contaminação de fontes como um ataque terrorista nas proximidades da fonte de água recuperada.

Isso não significa que novas fontes de água estejam isentas de riscos, é claro.Fontes adicionais ligadas a um grande sistema de água também podem introduzir novas fontes potenciais de contaminação, pelo que a concepção do sistema é importante.

Diversos fatores determinam quão eficaz a água distribuída pode ser.A densidade populacional e de edifícios, a procura local de água, as características do solo, as condições climáticas, as infra-estruturas e o estado das infra-estruturas hídricas existentes desempenham um papel importante.Pesquisas indicam que regiões com altas demandas de energia para distribuição de água, necessidades locais significativas de água e capacidade de reutilização de águas residuais ficar para ganhar mais.

Notavelmente, São Francisco emergiu como pioneira em extrema descentralização, com iniciativas que se estendem ao nível do edifício individual.Em alguns edifícios, os tanques de água, os filtros e o tratamento na cave fazem com que a água reutilizável para atividades como descarga de vasos sanitários.

O que está atrapalhando?

Apesar dos benefícios, a reutilização de água representa menos de 1% do uso total de água nos EUA.hoje.

Percepções públicas sobre a água reciclada são um desafio, incluindo ceticismo duradouro em relação à segurança, confiabilidade e uso apropriado de água para reutilização.

As águas residuais recicladas adequadamente são consideradas seguras para beber e pode até conter menos risco tóxico do que as fontes de água que já bebemos.Contudo, a água que não é tratada ao nível adequado pode representar riscos significativos para a saúde humana.UM modelo de negócios robusto também é necessários para tornar os sistemas descentralizados eficaz em termos de custos, juntamente com uma estrutura de governação de apoio.

Como fundos federais despeje para revitalizar a infraestrutura hídrica da América, EUAas comunidades têm uma oportunidade de ouro para reforçar os seus grandes sistemas de água com uma abordagem descentralizada.A nível global, com as alterações climáticas a alimentarem tempestades extremas e a tornarem o abastecimento de água menos fiável em muitas áreas, os sistemas descentralizados de pequena escala poderiam proporcionar segurança hídrica e aumentar o acesso à água em áreas que hoje são mal servidas.

Este artigo, publicado originalmente em dezembro.15 de outubro de 2023 foi atualizado com o novo regulamento da Califórnia.