Beaucoup de choses peuvent mal tourner dans un grand système d’approvisionnement en eau urbain. Dysfonctionnement des pompes. Les valves se brisent. Les tuyaux fuient. Même lorsque le système fonctionne correctement, l’eau peut rester dans les canalisations pendant de longues périodes. Les pénuries d’eau constituent également un problème croissant dans un monde qui se réchauffe, comme le découvrent les communautés du sud-ouest des États-Unis et de nombreux pays en développement.
C’est pourquoi les villes ont commencé à expérimenter des alternate options à petite échelle, notamment le recyclage des eaux usées et des stratégies localisées de traitement de l’eau connues sous le nom de systèmes décentralisés ou distribués.
J’étudie les systèmes d’approvisionnement en eau à grande et à petite échelle, en me concentrant sur des conceptions de systèmes innovantes qui permettent l’utilisation locale de sources d’eau qui autrement pourraient être gaspillées. À mesure que la technologie s’améliore, les villes découvrent quelque selected que les communautés rurales connaissent depuis longtemps : le traitement de l’eau à petite échelle, correctement conçu, peut être moins cher et plus facile à entretenir qu’un système centralisé, et il peut améliorer la sécurité de l’eau et même l’environnement.
Nettoyer l’eau – les leçons de la nature
Presque toute l’eau a de la valeur et peut être nettoyée et utilisée.
La nature fait un wonderful travail en nettoyant naturellement l’eau lorsqu’elle coule dans le sol. Le sol filtre physiquement l’eau et les processus chimiques et biologiques aident à éliminer les contaminants au fil du temps.
Ces processus peuvent être imités par des stations d’épuration et des filtres de plus en plus efficaces.
Traditionnellement, les villes s’appuient sur des systèmes d’eau centralisés qui traitent l’eau douce d’une rivière ou d’un aquifère dans une set up centrale, puis la distribuent through un vaste réseau de canalisations. Mais cette infrastructure devient de plus en plus vulnérable aux perturbations à mesure qu’elle vieillit. Et le changement climatique, la pénurie d’eau et la croissance démographique augmentent la pression sur le système.
Ainsi, certaines villes expérimentent ce que l’on appelle des systèmes distribués. Il s’agit d’usines de traitement, de récupération et de recyclage de l’eau à petite échelle conçues pour collecter, traiter et réutiliser l’eau à proximité immédiate de la supply et de l’utilisateur. Certaines sont des opérations distinctes. D’autres sont connectés au système plus vaste dans un modèle hybride.
Par exemple, un système décentralisé pourrait traiter les eaux usées dans une zone urbaine et les recycler pour les réutiliser dans cette zone par les mêmes utilisateurs, comme le fait El Paso, au Texas. Ou encore, il pourrait collecter les eaux de ruissellement pluviales et les eaux usées des maisons et les rediriger spécifiquement vers l’irrigation ou pour recharger les eaux souterraines, comme le font Austin, au Texas et San Francisco.
Windhoek, en Namibie, une ville d’environ 430 000 habitants entourée d’un paysage aride, traite les eaux usées pour les rendre potables et les renvoie dans les foyers depuis 1968 pour toutes sortes d’usages, y compris la delicacies et la boisson. Les eaux pluviales, les eaux industrielles, les eaux usées et même les eaux de ruissellement agricoles peuvent être traitées et recyclées grâce à la technologie moderne pour devenir potables.
Toutes ces approches, qu’elles soient connectées au système principal ou en tant que systèmes fermés séparés, peuvent réduire la demande globale de la communauté en eau douce provenant des rivières ou des aquifères.
La technologie rend plus d’eau plus réutilisable
Le traitement à petite échelle peut aller des filtres avancés à l’intérieur des maisons individuelles au traitement dans des réservoirs desservant des groupes de maisons ou des installations commerciales, industrielles et agricoles.
Souvent, l’eau traitée est utilisée à des fins non potables, comme la chasse d’eau des toilettes ou la reconstitution des eaux souterraines. Mais les progrès technologiques rendent ces systèmes d’approvisionnement en eau décentralisés plus réalisables et élargissent leurs utilisations.
Les procédés membranaires et électrochimiques ont montré un grand potentiel pour récupérer l’eau douce, les nutriments – qui peuvent être utilisés comme engrais – et l’énergie des eaux usées. Ces processus comprennent l’osmose inverse, qui pousse l’eau à travers une membrane semi-perméable pour éliminer les impuretés, et l’électrodialyse, qui utilise un champ électrique.
Les piles à flamable microbiennes vont encore plus loin et utilisent les microbes présents dans les eaux usées pour produire de l’électricité et faciliter simultanément le traitement des eaux usées. Une autre méthode de valorisation énergétique consiste à capter le biogaz, principalement le méthane, issu de la décomposition des matières organiques présentes dans les eaux usées en l’absence d’oxygène.
Contrairement aux applied sciences de traitement conventionnelles, qui fonctionnent à grande échelle, ces processus de traitement émergents utilisent des conceptions modulaires qui peuvent être facilement agrandies ou réduites.
Ils peuvent également être utilisés pour créer des systèmes hybrides en complétant les grands systèmes centralisés avec de l’eau traitée, en particulier dans les régions arides où l’approvisionnement en eau est uncommon.
Remark un système hybride pourrait aider Houston
Pour tester remark un système hybride pourrait aider à éviter les pénuries d’eau dues à des perturbations du système, mes collègues et moi avons créé un modèle de Houston, une ville avec 7 000 miles de pipelines et 2,2 thousands and thousands d’habitants. Nous avons simulé l’impression que différents sorts de pannes d’eau peuvent avoir sur cet vital approvisionnement en eau centralisé et remark les sources distribuées pourraient contribuer à réduire cet impression.
Dans l’ensemble, nous avons constaté que l’set up de systèmes hybrides permettait de mieux approvisionner en eau et d’éviter les faibles débits dans la ville que le système centralisé seul, en particulier dans les zones où la faible pression de l’eau est courante.
Le débit sous pression de l’eau récupérée pourrait également limiter la propagation de la contamination provenant de sources telles qu’une attaque terroriste à proximité de la supply d’eau récupérée.
Bien entendu, cela ne signifie pas que les nouvelles sources d’eau soient sans risque. Des sources supplémentaires connectées à un grand système d’eau peuvent également introduire de nouvelles sources potentielles de contamination, c’est pourquoi la conception du système est importante.
Plusieurs facteurs déterminent l’efficacité de la distribution de l’eau. La densité de inhabitants et de building, la demande locale en eau, les caractéristiques des sols, les situations climatiques, les infrastructures et l’état des infrastructures hydrauliques existantes jouent tous un rôle. Les recherches indiquent que les régions ayant des besoins énergétiques élevés pour la distribution de l’eau, des besoins locaux importants en eau et la capacité de réutiliser les eaux usées sont celles qui en bénéficieront le plus.
San Francisco est notamment devenue une pionnière en matière de décentralisation extrême, avec des initiatives s’étendant jusqu’au niveau des bâtiments individuels. Dans certains bâtiments, des réservoirs d’eau, des filtres et un traitement au sous-sol permettent de réutiliser l’eau pour des activités comme la chasse d’eau des toilettes.
Qu’est-ce qui fait impediment ?
Malgré ses avantages, la réutilisation de l’eau représente aujourd’hui moins de 1 % de la consommation totale d’eau aux États-Unis.
La notion du public concernant l’eau recyclée constitue un défi, notamment le scepticisme persistant quant à la sécurité, à la fiabilité et à l’utilisation appropriée de l’eau récupérée.
Les eaux usées correctement recyclées sont considérées comme potables et peuvent même contenir moins de risques toxiques que les sources d’eau que nous buvons déjà. Cependant, l’eau qui n’est pas traitée au niveau approprié peut présenter des risques importants pour la santé humaine. Un modèle économique robuste est également nécessaire pour rendre les systèmes décentralisés rentables, associé à une construction de gouvernance favorable.
Alors que les fonds fédéraux prosperous pour revitaliser les infrastructures hydrauliques américaines, les communautés américaines ont une event en or de renforcer leurs vastes systèmes d’approvisionnement en eau grâce à une approche décentralisée. À l’échelle mondiale, alors que le changement climatique alimente des tempêtes extrêmes et rend l’approvisionnement en eau moins fiable dans de nombreuses régions, des systèmes décentralisés à petite échelle pourraient assurer la sécurité de l’eau et accroître l’accès à l’eau dans des zones aujourd’hui mal desservies.