Model viser, at genbrug dramatisk kan reducere byernes behov for ferskvandsressourcer

At levere vand til byboere kan blive langt mere effektivt, ifølge Rice University-forskere, der siger, at det bør involvere et sundt niveau af genanvendt spildevand.

Bruger Houston som model, forskere ved Rice's Brown School of Engineering har udviklet en plan, der kan reducere behovet for overfladevand (fra floder, reservoirer eller brønde) med 28 % ved at genbruge spildevand for at gøre det drikkeligt igen.

Mens omkostningerne til energi, der er nødvendige for fremtidige avancerede rensningssystemer, vil være betydelige, de siger, at de besparelser, der opnås ved at supplere ferskvand sendt på afstand med "direkte drikkevandsgenbrug" af kommunalt spildevand, ville mere end kompensere for udgiften.

Og vandet ville være bedre at starte.

En omfattende model for de miljømæssige og økonomiske virkninger og fordele ved et sådant system blev udviklet af risforskere tilknyttet National Science Foundation-støttet Nanosystems Engineering Research Center for Nanotechnology-Enabled Water Treatment (NEWT).

Rismiljøingeniør Qilin Li er den korresponderende forfatter og postdoktorale forskning Lu Liu hovedforfatter af undersøgelsen, der vises i Naturens bæredygtighed .

Det viser, hvordan Houstons planlagte omkonfiguration af sit nuværende spildevandsbehandlingssystem, hvorved det i sidste ende vil konsolidere antallet af renseanlæg fra 39 til 12, kan forbedres til "fremtidssikret" vandfordeling i byen.

"Alle teknologier, der er nødvendige for at rense spildevand til drikkevandskvalitet, er tilgængelige, " sagde Li. "Spørgsmålet er, at i dag, de er stadig ret dyre. Så en meget vigtig del af papiret er at se på, hvor billig teknologien skal blive, for at det hele giver mening økonomisk og energimæssigt.«

Avanceret vandbehandling er tilfældigvis et emne for intens undersøgelse af forskere og ingeniører på de mange institutioner, inklusive ris, forbundet med NEWT.

"En anden måde at forbedre drikkevand på ville være at reducere rejsetiden, " sagde hun. Vand leveret af et system med mange distributionspunkter ville opfange færre kemiske og biologiske forurenende stoffer undervejs. Houston, hun bemærkede, allerede har velfordelt spildevandsrensning, og at gøre dette vand drikkeligt ville lette kortere rejsetider til hjemmene.

Modellen viser, at der altid vil være en afvejning mellem indkøb af drikkevand, den energi, der kræves for at behandle det, omkostningerne ved at transportere det uden at påvirke dets kvalitet, og forsøger at finde en rimelig balance mellem disse faktorer. Undersøgelsen evaluerede disse modstridende målsætninger og undersøgte udtømmende alle muligheder for at finde systemer, der rammer en balance.

"Ultimativt, vi vil gerne vide, hvordan vores næste generations vandforsyningssystem skal se ud, " sagde Li. "Hvordan påvirker systemets skala distributionen? Skulle det være én gigantisk, centraliseret vandkilde eller flere mindre distribuerede kilder?

"I det tilfælde, hvor mange kilder skal der være, hvor stort et område skal hver levere, og hvor skal de placeres? Det er alle spørgsmål, vi studerer, " sagde hun. "Mange mennesker har talt om dette, men meget lidt kvantitativt arbejde er blevet gjort for at vise tallene."

Li indrømmede, at Houston måske ikke er den mest repræsentative for større kommunale infrastruktursystemer, fordi byens spildevandssystem allerede er meget distribueret, men dets vandforsyningssystem er det ikke. Udfordringen ved at have en meget centraliseret vandforsyning blev demonstreret af et dramatisk 96-tommers vandledningsbrud i februar, der afbrød en stor del af byens forsyning.

"Det var et ekstraordinært eksempel, men der er mange små utætheder, der ikke opdages under jorden, og som potentielt tillader forurenende stoffer ind i hjemmene, " hun sagde.

Undersøgelsen så kun på direkte genbrug af drikkevarer, som modellen viser som en mere økonomisk mulighed for etablerede byer, men hun sagde, at den bedste mulighed for en ny udvikling – dvs. at bygge et distributionssystem for første gang - kan være at have separat levering af drikkevand og ikke-drikkevand.

"Det ville være uoverkommeligt omkostningsmæssigt på et sted som Houston, men det ville være billigere for et nyt samfund, hvor spildevandsspildevandet kan renses minimalt, ikke helt drikkeligt, men tilstrækkeligt til vanding eller skylning af toiletter, " sagde Li.

"Selvom det måske ville være til Houstons fordel at bruge tilbageholdelsesdamme, der allerede findes i hele byen til at opbevare regnvand og behandle det til ikke-drikkelig brug."