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Como fornecer água confiável em um mundo em aquecimento – essas cidades estão testando sistemas de tratamento em pequena escala e reciclagem de águas residuais

Águas residuais

Revitalizando os Sistemas de Água Urbanos: Da Centralização à Descentralização


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 é também um problema crescente num mundo em aquecimento , como estão a descobrir comunidades em todo o sudoeste dos EUA e em muitos países em desenvolvimento.

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.

Estudo sistemas hídricos de grande e pequena escala , concentrando-me 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 a descobrir algo que as comunidades rurais já sabem há muito tempo : o tratamento de água em pequena escala, devidamente concebido , pode ser mais barato e mais fácil de manter do que um sistema centralizado, e pode melhorar a segurança da água 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 ao limpar a água naturalmente à medida que ela 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 podem ser imitados por estações de tratamento de água e filtros que estão se tornando cada vez mais eficazes.

Tradicionalmente, as cidades têm dependido de sistemas de água centralizados que tratam a água doce de um rio ou aquífero numa instalação central e depois a distribuem através de uma grande rede de tubagens. 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.

Assim, algumas cidades estão experimentando 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 está a fazer El Paso, no Texas . Ou poderia coletar águas pluviais e residuais das casas e redirecioná-las especificamente para irrigação ou para recarregar águas subterrâneas , como fazem Austin, Texas e São Francisco.

Windhoek, na Namíbia , uma cidade com cerca de 430.000 habitantes rodeada por uma paisagem árida, tem tratado águas residuais para atingir um padrão de consumo e devolvê-las às casas desde 1968 para todos os tipos de uso, incluindo cozinhar e beber. O escoamento de águas pluviais, a água industrial, as águas residuais e até mesmo o escoamento agrícola podem ser tratados e reciclados com tecnologia moderna para se tornarem potáveis.

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.

Frequentemente, a água tratada vai para usos não potáveis, como descargas de vasos sanitários ou para reabastecer as águas subterrâneas. Mas os avanços tecnológicos estão a tornar estes sistemas descentralizados de água mais viáveis e a expandir a sua utilização.

Os processos eletroquímicos e baseados em membranas têm demonstrado um grande potencial para a recuperação de 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 poderia ajudar a evitar a escassez de água devido a perturbações no sistema, os meus colegas e eu criámos um modelo de Houston , uma cidade com 11.000 quilómetros de condutas e 2,2 milhões de residentes. 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 nacidade 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.

Vários fatores determinam a eficácia da distribuição da água . A densidade populacional e de edifícios, a procura local de água, as características do solo, as condições climáticas, as infraestruturas e o estado das infraestruturas hídricas existentes, todos desempenham um papel. A investigação indica que as regiões com elevadas exigências energéticas para a distribuição de água, necessidades locais significativas de água e capacidade de reutilização de águas residuais são as que mais beneficiam.

Notavelmente, São Francisco emergiu como pioneira na descentralização extrema , com iniciativas que se estendem até ao nível dos edifícios individuais. Em alguns edifícios, tanques de água, filtros e tratamento no subsolo tornam a água reutilizável para atividades como descarga de vasos sanitários.

O que está no caminho?

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

As percepções do público relativamente à água reciclada são um desafio, incluindo o cepticismo persistente relativamente à segurança, fiabilidade e utilização adequada da água reutilizada.

As águas residuais recicladas de forma adequada são consideradas seguras para beber e podem até conter menos risco tóxico do que as fontes de água que já bebemos. No entanto, a água que não é tratada ao nível adequado pode representar riscos significativos para a saúde humana . É também necessário um modelo de negócio robusto para tornar os sistemas descentralizados rentáveis, juntamente com uma estrutura de governação de apoio.

À medida que os fundos federais são canalizados para revitalizar a infraestrutura hídrica da América, as comunidades dos EUA têm uma oportunidade de ouro para reforçar os seus grandes sistemas hídricos 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.



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