Тестируются системы очистки и переработки сточных вод

Прочитано: 51 раз(а)


Чтобы обеспечить надежную воду в условиях потепления, города тестируют небольшие системы очистки и переработки сточных вод.

В большой городской системе водоснабжения многое может пойти не так. Насосы выходят из строя. Клапаны ломаются. Трубы текут. Даже если система работает правильно, вода может оставаться в трубах в течение длительного времени. Нехватка воды также является растущей проблемой в условиях потепления, как это обнаруживают жители юго-запада США и многих развивающихся стран.

Вот почему города начали экспериментировать с мелкомасштабными альтернативами, включая переработку сточных вод и стратегии локализованной водоподготовки, известные как децентрализованные. или распределенные системы.

Я изучаю крупные и мелкие водные системы, уделяя особое внимание инновационным конструкциям систем, позволяющим локально использовать источники воды, которые в противном случае могли бы тратить. По мере совершенствования технологий города открывают для себя то, что давно известно сельским сообществам: мелкомасштабную очистку воды, правильно спроектированную может быть дешевле и проще в обслуживании, чем централизованная система, и может улучшить водную безопасность и .даже окружающая среда

Очистка воды: уроки природы

Почти вся вода имеет ценность, ее можно очистить и использовать.

Природа отлично очищает воду естественным путем, когда она течет через землю. Почва физически фильтрует воду, а химические и биологические процессы помогают со временем удалять загрязнения.

Эти процессы можно имитировать с помощью станций водоочистки и фильтры, которые становятся все более эффективными.

Традиционно города полагались на централизованные системы водоснабжения, которые очищают пресную воду из реки или водоносного горизонта на центральном объекте, а затем распределяют ее через большая сеть труб. Но по мере старения эта инфраструктура становится все более уязвимой к сбоям. А изменение климата, дефицит воды и рост населения увеличивают нагрузку на систему .

Итак, некоторые города экспериментируют с так называемыми распределенными системами. Это небольшие установки по очистке, рекультивации и переработке воды, которые предназначены для сбора, очистки и повторного использования воды в непосредственной близости как к источнику, так и к потребителю. Некоторые из них представляют собой отдельные операции. Другие подключены к более крупной системе по гибридной модели.

Например, децентрализованная система может очищать сточные воды в городском районе и перерабатывать их для повторного использования в пределах этой территории теми же пользователями, как Эль-Пасо, штат Техас, дела идут. Или он мог бы собирать ливневые стоки и сточные воды из домов и перенаправлять их специально для орошения или пополнения запасов грунтовых вод.

Виндхук, Намибия, город с населением около 430 000 человек, окруженный засушливым ландшафтом, с 1968 года очищает сточные воды для достижения питьевых стандартов и возвращает их в дома для всех видов использования, включая приготовление пищи и питье. Ливневые, промышленные, сточные воды и даже сельскохозяйственные стоки могут быть очищены и переработаны с помощью современных технологий, чтобы стать пригодными для питья.

Все эти подходы, независимо от того, подключены ли они к основной системе или как отдельные закрытые системы, могут снизить общую потребность сообщества в пресной воде из рек или водоносных горизонтов.

Технологии делают больше воды более пригодной для повторного использования

Мелкомасштабная очистка может варьироваться от усовершенствованных фильтров внутри отдельных домов до очистки в резервуарах, обслуживающих группы домов или коммерческих, промышленных и сельскохозяйственных объектов.

Часто очищенная вода идет на непитьевые нужды, например, для смыва туалетов или для пополнения запасов грунтовых вод. Но технологические достижения делают эти децентрализованные системы водоснабжения более осуществимыми и расширяют возможности их использования.

Мембранные и электрохимические процессы продемонстрировали большой потенциал для извлечения пресной воды, питательных веществ, которые можно использовать для удобрений, и энергии из сточных вод. Эти процессы включают обратный осмос, при котором вода проталкивается через полупроницаемую мембрану для удаления примесей, и электродиализ, при котором используется электрическое поле.

Микробные топливные элементы идут еще дальше и используют микробы, присутствующие в сточных водах, для производства электроэнергии и одновременного облегчения очистки сточных вод. Другой метод рекуперации энергии предполагает улавливание биогаза, в первую очередь метана, образующегося в результате разложения органических веществ в сточных водах в отсутствие кислорода.

В отличие от традиционных технологий очистки, которые работают в больших масштабах, в этих новых процессах очистки используются модульные конструкции, которые можно легко увеличивать или уменьшать.

Их также можно использовать для создания гибридных систем путем дополнения крупных централизованных систем очищенной водой, особенно в засушливых регионах, где водоснабжение недостаточно.

Как гибридная система может помочь Хьюстону

Чтобы проверить, как гибридная система может помочь избежать нехватки воды из-за сбоев в работе системы, мы с коллегами создали модель Хьюстона, города с 7000 милями трубопроводов и 2,2 миллиона жителей. Мы смоделировали влияние, которое различные типы отключений воды могут оказать на крупное централизованное водоснабжение, и то, как распределенные источники могут помочь снизить это воздействие.

В целом мы обнаружили, что установка гибридных систем лучше справляется с подачей воды и предотвращает низкий расход воды в городе, чем только централизованная система, особенно в районах, где низкое давление воды является обычным явлением.

Поток очищенной воды под давлением также может ограничить распространение загрязнения из таких источников, как террористическая атака в непосредственной близости от источника очищенной воды.

Это, конечно, не означает, что новые источники воды безопасны. Дополнительные источники, подключаемые к крупной системе водоснабжения, также могут стать источником новых потенциальных источников загрязнения, поэтому конструкция системы важна.

Несколько факторов определяют, насколько эффективным может быть распределение воды. Плотность населения и застройки, местная потребность в воде, характеристики почвы, климатические условия, инфраструктура и состояние существующей водной инфраструктуры — все это играет свою роль. Исследования показывают, что регионы с высокими потребностями в энергии для распределения воды, значительными местными потребностями в воде и возможностями повторного использования сточных вод выдерживают чтобы получить максимальную пользу.

Примечательно, что Сан-Франциско стал пионером в области крайней децентрализации, причем инициативы распространяются на уровень отдельных зданий. В некоторых зданиях резервуары для воды, фильтры и очистные сооружения в подвалах позволяют использовать воду многоразово для таких действий, как смыв в туалетах.

Что стоит на пути?

Несмотря на преимущества, повторное использование воды сегодня составляет менее 1% от общего потребления воды в США.

Представление общественности относительно переработанной воды является одной из проблем, включая устойчивый скептицизм в отношении безопасности, надежности и надлежащее использование очищенной воды.

Правильно переработанные сточные воды считаются безопасными для питья и могут даже содержать меньший токсичный риск, чем источники воды, которые мы уже пьем. Однако вода, не очищенная до соответствующего уровня может представлять значительный риск для здоровья человека. надежная бизнес-модель также необходима для того, чтобы сделать децентрализованные системы экономически эффективными, а также поддерживающая структура управления.

Поскольку федеральные средства направляются на возрождение водной инфраструктуры Америки, у сообществ США появляется прекрасная возможность поддержать свои крупные водные системы с децентрализованным подходом. Во всем мире, поскольку изменение климата приводит к сильным штормам и делает водоснабжение менее надежным во многих регионах, небольшие децентрализованные системы могут обеспечить водную безопасность и увеличить доступ к воде в районах, которые сегодня недостаточно обслуживаются.

Тестируются системы очистки и переработки сточных вод



Новости партнеров