Повторное использование воды в Калифорнии
Повторное использование воды в Калифорнии — это использование очищенной воды в полезных целях. Поскольку Калифорния является густонаселенным штатом на склонном к засухе засушливом западе, повторное использование воды развивается как неотъемлемая часть воды в Калифорнии, обеспечивая рост как экономики, так и населения.
Сточные воды
[ редактировать ]Восстановленная вода — это очищенные сточные воды, поступающие из домов и предприятий, такие как вода из раковин, вода для душа и туалетная вода, включая все, что сбрасывается в канализацию: от хозяйственного мыла до отбеливателя, масла и отходов жизнедеятельности человека. Сточные воды можно разделить на бытовые и черные воды, при этом первая определяется как вода, которая использовалась для стирки, купания, мытья раковин и посудомоечных машин. Блэкуотер определяется как сточные воды , содержащие фекалии из туалетов. [ 1 ] Из-за небольшого количества физических загрязнителей в серой воде большая часть ее загрязнений представляет собой растворенные органические вещества, которые можно физически фильтровать и очищать через различные мембраны, а также с помощью методов биологической очистки. [ 2 ]
Последующий гетерогенный раствор собирается по трубам и канализационной системе , а затем очищается на очистных сооружениях до стандарта, необходимого в соответствии с его предполагаемым использованием. Исторически эта переработанная вода использовалась для сельского хозяйства, крупномасштабного ландшафтного дизайна, промышленных процессов, таких как системы охлаждения, и пополнения подземных вод . Будущая инфраструктура повторного использования воды может включать в себя стирку белья и автомобилей, полив газонов и смыв туалетов, а также использование в муниципальной инфраструктуре для уборки улиц, фонтанов и коммерческого использования. [ 3 ] Вода в Калифорнии должна использоваться «разумно» в соответствии с доктриной разумного использования, и отказ от повторного использования воды, когда это возможно, представляет собой нарушение этой доктрины в соответствии с разделами 13550 и последующими Водным кодексом. По данным Государственного управления по контролю за водными ресурсами. [ 4 ] Повторное использование воды в Калифорнии увеличилось более чем в три раза с 1970-х годов, увеличившись с менее чем 200 000 акров-футов в год до почти 700 000 в 2009 году. [ 5 ]
История
[ редактировать ]Вода является ограничивающим фактором как для экономики, так и для роста населения в Калифорнии. Калифорнийцы повторно использовали воду на протяжении большей части своей истории. Еще в 1800-х годах калифорнийские фермеры использовали городские сточные воды из близлежащих городских районов для орошения. В начале 1900-х годов город Пасадена приобрел участок земли за пределами города и назвал его канализационной фермой Пасадены, где с прибылью выращивали грецкие орехи, кукурузу, тыквы и сено. [ 6 ] Города штата начали использовать сточные воды для орошения, признав их источником воды и питательных веществ в засушливой Калифорнии. Примерно в то же время город Сан-Франциско начал использовать неочищенные сточные воды для орошения, чтобы создать парк Золотые Ворота , территорию, которая представляла собой всего лишь песчаные дюны . Были высказаны опасения по поводу рисков для здоровья населения, связанных с использованием сточных вод для орошения, что в конечном итоге привело к принятию первого закона штата о повторном использовании городских сточных вод в 1918 году. [ 5 ] После строительства очистных сооружений возле парка Золотые Ворота с очищенной водой также были созданы искусственные озера и ручьи. Во Фресно в 1920-х годах была создана первая в штате питьевых подземных вод с использованием сточных вод. система пополнения [ 6 ]
После Второй мировой войны население Южной Калифорнии резко возросло, а подземные воды в этом районе подверглись чрезмерной эксплуатации до такой степени, что привело к вторжению соленой воды из Тихого океана, что сделало местные подземные воды непригодными для питья. Пытаясь разработать технологию опреснения океанской воды, инженеры обнаружили, что их технология более эффективна и экономически выгодна при применении в солоноватой воде. [ 6 ]
В 1961 году была открыта станция очистки сточных вод в Лос-Анджелесе , где обратный осмос использовался для очистки сточных и ливневых вод . Очищенная вода подавалась в песчаный бассейн, где она подвергалась дальнейшей очистке естественным путем и просачивалась в грунтовые воды, которые, в свою очередь, откачивались обратно для использования в качестве питьевой воды. В 1965 году округ Сан-Диего создал искусственные озера, используя очищенные сточные воды для развлекательных мероприятий, включая плавание и рыбалку. В 1976 году, когда грунтовые воды были загрязнены вторжением соленой воды , округ Ориндж открыл завод по производству воды 21, где они использовали обратный осмос для очистки сточных вод, а затем закачивали его в землю для использования в качестве гидравлического барьера для соленой воды для перегруженных грунтовых вод. водоносные горизонты в этом районе. [ 7 ] С 1970-х годов повторное использование воды увеличилось более чем в три раза. [ нужна ссылка ]
В 2013 году Сан-Диего продемонстрировал возможность использования технологии переработки большей части сточных вод для повторного использования к 2035 году, чтобы снизить затраты на импорт воды. Этот проект, Pure Water San Diego, надеется построить по всему округу предприятия по очистке сточных вод, чтобы обеспечить устойчивую и безопасную питьевую воду для одной трети населения. По состоянию на 2011 год город очищал миллионы галлонов воды и проводил демонстрации для общественности по запросу. [ 8 ]
Технология
[ редактировать ]Ранние технологии
[ редактировать ]Самое раннее повторное использование воды представляло собой просто траншеи, вырытые для транспортировки сточных вод за пределы городских территорий на фермы, где они использовались для удобрения и воды. Вскоре были построены трубы, чтобы удерживать запах сточных вод. В 1930-х годах Сан-Франциско построил очистную станцию Маккуин возле парка Золотые Ворота для очистки сточных вод, которые использовались для орошения ландшафта. Эта технология включала аэрацию сточных вод, чтобы позволить бактериям воздействовать на сточные воды, а также добавление хлора для уничтожения оставшихся болезнетворных микроорганизмов. [ 6 ]
Уровни лечения
[ редактировать ]- Первичный: физический процесс удаления твердых веществ из гетерогенного раствора, но при этом органический материал все равно останется. [ 9 ]
- Вторичный: биологический процесс удаления органических веществ и взвешенных веществ. [ 9 ]
- Третичный: может включать физические и химические процессы для дальнейшего удаления органических веществ, взвешенных веществ и питательных веществ, таких как азот и фосфор. [ 10 ]
Физическая обработка включает крупный песок, осаждение и фильтрацию через мембраны и фильтры. Химическая обработка включает ионный обмен и коагуляцию. Биологические процессы включают использование ультрафиолета для дезинфекции, мембранных биореакторов, эритроцитов и SBR. [ 11 ]
Обратный осмос
[ редактировать ]Обратный осмос — это технология очистки воды, в которой используется полупроницаемая мембрана для удаления ионов , молекул и более крупных частиц из питьевой воды. В настоящее время обратный осмос — это технология, благодаря которой становится возможным повторное использование воды в сочетании с методами фильтрации более крупных твердых частиц (например, сетками и отстойниками), другими методами удаления более мелких частиц (например, аэрацией, позволяющей бактериям метаболизировать взвешенные вещества). ) и хлорирование для уничтожения оставшихся вредных бактерий. Обратный осмос также может удалять растворенные твердые вещества, цвет, пестициды, питательные вещества и патогены. [ 6 ]
Другой
[ редактировать ]Другие методы очистки воды включают УФ-дезинфекцию , окисление и изменение солености с помощью электродиализа. [ 12 ]
Текущее использование и применение
[ редактировать ]Повторное использование воды было важной частью плана водоснабжения Калифорнии из-за усилий по сокращению чрезмерных запасов грунтовых и поверхностных вод. [ 12 ] но и как безопасное и экологически ответственное средство утилизации отходов. [ 9 ] Это также помогает решить уникальную проблему, с которой сталкивается Калифорния, обеспечивая водой густонаселенные города и миллионы акров сельскохозяйственных угодий в районах, где осадки практически не выпадают. В 2012 году Калифорния повторно использовала почти три четверти миллиона акров футов воды, что достаточно для примерно трех миллионов калифорнийцев в течение года. [ 6 ]
Орошение
[ редактировать ]На орошение ферм и ландшафтов приходится наибольшее использование оборотной воды в Калифорнии, более 60%, при этом только на сельское хозяйство приходится почти 40%. Учитывая, что сельское хозяйство использует 80% освоенного водоснабжения Калифорнии, [ 13 ] это снижает нагрузку на природные запасы пресной воды. Вода должна быть очищена как минимум до вторичного уровня, чтобы ее можно было использовать в сельском хозяйстве Калифорнии. В тех случаях, когда переработанная вода не будет контактировать со съедобной частью растения, например, в садах или виноградниках, вторичная обработка считается достаточной, но в случае культур, у которых съедобная часть растения контактирует с переработанной водой, третичная обработка. лечение регламентировано. [ 9 ]
Пополнение подземных вод
[ редактировать ]Вторым по величине использованием оборотной воды в Калифорнии является пополнение подземных вод. В некоторой степени повторное использование воды в качестве барьера для проникновения морской воды также является пополнением подземных вод. Очищенные сточные воды закачиваются в подземные водоносные горизонты или, в некоторых случаях, распределяются по поверхности земли и просачиваются в нижележащие водоносные горизонты, откуда их позже можно извлечь для добавления в городское водоснабжение. Пополнение подземных вод регулируется Советом по контролю за водными ресурсами штата Калифорния (SWRCB), Департаментом общественного здравоохранения Калифорнии (DPH), Комиссией по коммунальным предприятиям Калифорнии (PUC) и Департаментом водных ресурсов Калифорнии (DWR). [ 4 ]
В южной Калифорнии есть четыре крупномасштабные операции по пополнению подземных вод, которые закачивают очищенные сточные воды непосредственно в водоносные горизонты с питьевой водой. В их число входят система пополнения подземных вод округа Ориндж, муниципальный водный округ Западного бассейна, установка по переработке воды Эдварда К. Литтла, установка по очистке воды на острове терминала Бюро санитарии Лос-Анджелеса и станция пополнения воды округа Южной Калифорнии Лео Дж. Вандера Ланса. Напротив, объект Montebello Forebay распределяет воду по поверхности земли, чтобы пополнить водоносный горизонт. [ нужна ссылка ]
В центральной долине проводится множество операций по пополнению подземных вод разного размера. Город Фресно доказал эту концепцию экспериментом с установкой перезарядки Leaky Acres в 1971 году.
Промышленное использование
[ редактировать ]Использование оборотной воды в промышленных условиях увеличивается, поскольку дефицитные запасы пресной воды сокращаются. Оборотная вода используется в промышленности на целлюлозно-бумажных заводах , а также в градирнях и котлах электростанций . Его также можно использовать для смешивания бетона и других целей, не связанных с потреблением человеком. Это привлекательный вариант для промышленности Калифорнии, учитывая высокую стоимость непереработанной пресной воды. Кроме того, для использования в промышленных целях воду не нужно подвергать очень высоким стандартам очистки, и это делает ее еще более экономически эффективным решением. [ 12 ] Предприятие по переработке воды Эдварда К. Литтла муниципального водного округа Западного бассейна поставляет переработанную воду промышленным потребителям с 1995 года. [ 14 ]
Поддержка экосистемы
[ редактировать ]Очищенные сточные воды используются в Калифорнии для поддержания водных экосистем, таких как водно-болотные угодья, реки и озера. Это может быть сделано в целях восстановления среды обитания, увеличения расхода воды, а также поддержания количества и качества воды. Озеро Эльсинор в Лейк-Эльсинор- Сити теряет 14 000 акров футов воды в год из-за испарения, и в 2002 году город решил пополнить истощающееся озеро переработанной водой. [ 15 ]
Проблемы
[ редактировать ]Технический
[ редактировать ]Существуют некоторые технические проблемы в повторном использовании воды, среди которых повышение экономичности запуска, вопросы о стандартах качества воды , долгосрочные последствия остатков фармацевтических препаратов и бытовой химии в воде после очистки ( компоненты, вызывающие новую озабоченность ), а также отсутствие инфраструктуры для повторного использования воды. [ 3 ] Несмотря на то, что документально подтвержденных неблагоприятных последствий для человека в результате повторного использования воды или ее потребления остается мало информации, сохраняется обеспокоенность по поводу долгосрочных последствий воздействия веществ, нарушающих работу эндокринной системы , фармацевтических препаратов , бытовой химии и средств личной гигиены в повторно используемой воде, включая воздействие на естественную и полезную среду. микробиота, обнаруженная на коже и внутри человека. [ 6 ] Очистка воды до такой степени, чтобы она была свободна от этих загрязнений, обходится дорого. [ нужны разъяснения ] а для оборотной воды, которая попадает в водоносный горизонт подземных вод, это будет включать использование множества барьеров и сред для удаления микробиологических и химических загрязнений. [ 16 ] Кроме того, все сточные воды, добавляемые в грунтовые воды, должны подвергаться тщательной очистке на случай, если они содержат эти потенциально опасные загрязнители. Мониторинг также является важным шагом в этих процессах.
В сентябре 2016 года Совет по контролю за водными ресурсами штата Калифорния опубликовал для общественного обсуждения отчет под названием «Исследование возможности разработки единых критериев переработки воды для прямого повторного использования в питьевых целях». [ 17 ] Среди многих других моментов в этом отчете четко говорится, что не существует устоявшейся и надежной технологии, позволяющей даже измерять эти «вызывающие озабоченность компоненты» коллективно, в отличие от одного за другим с помощью дорогостоящих методов, и их невозможно эффективно контролировать с помощью химического потребления кислорода ( ХПК), биологическая потребность в кислороде (БПК) или общий органический углерод (ТОС). [ 18 ]
Альтернативой упреждающей тщательной очистке всей воды в случае загрязнения для использования в системе питьевого водоснабжения является система с двойным трубопроводом, в которой серая и черная вода хранятся отдельно от начальной точки сброса до этапа очистки, а очищенная черная вода используется для повторное использование непитьевых сточных вод, поскольку они с большей вероятностью будут иметь более высокие концентрации потенциально более вредных загрязнителей, в то время как очищенные сточные воды могут использоваться для более чувствительных целей. Например, сточные воды из туалетов можно хранить отдельно, очищать до такой степени, чтобы они больше не имели запаха, цвета или болезнетворных микроорганизмов, и повторно использовать для смыва одних и тех же туалетов в течение неопределенного времени в системе с замкнутым контуром , поскольку вода в унитаз не расходуется. [ 19 ] Другие системы переработки отходов с замкнутым циклом также вполне осуществимы, например, в прачечных и автомойках . Это требует дорогостоящей новой инфраструктуры, но она окупится за счет экономии воды и здоровья. По общему мнению, новая инфраструктура потребуется независимо от того, будет ли это происходить в ближайшие несколько десятилетий. [ 3 ]
Социальные
[ редактировать ]Люди, естественно, обеспокоены повторным использованием воды, и концепцию заражения в воде трудно преодолеть. Вода после всего лишь одного использования уже давно считается отходами, но, поскольку водные ресурсы сокращаются в условиях роста населения, это мышление необходимо будет изменить, поскольку повторное использование воды будет продолжать осуществляться в более широких масштабах. Образование станет важным фактором в решении этих социальных проблем. В 2005 году Демонстрационный проект по очистке воды города Сан-Диего потратил почти половину своего бюджета на работу с общественностью и образование. [ 20 ]
Экономика
[ редактировать ]Географическое неравенство в распределении воды и осадков в Калифорнии приводит к тому, что повторное использование воды более экономично в южной половине, на которую выпадает менее трети осадков штата. В условиях избытка грунтовых вод, уменьшения снежного покрова, изменения климата, усиления засухи и высоких температур некоторые города Южной Калифорнии обнаружили, что повторное использование воды является экономически эффективным способом увеличения водоснабжения. [ 6 ] Первоначальные затраты на строительство станции очистки сточных вод могут быть дороже, чем другие методы получения воды (например, из грунтовых или импортных вод), но это намного дешевле, чем опреснение. Однако после того, как установка будет создана, оборотная вода станет дешевле, чем пресная, и ее можно будет использовать в промышленности или энергетике. Более того, поскольку запасы пресной воды продолжают сокращаться, стоимость пресной воды будет расти, а разница в ценах увеличится. [ 3 ] Поскольку стоимость очистки воды растет по мере повышения уровня очистки, экономически более целесообразно очищать воду для ирригационных целей, чем для питьевых целей. В некоторых случаях оборотная вода может снизить потребность в удобрениях, что еще больше повышает эффективность повторного использования воды. [ 5 ]
Будущее
[ редактировать ]Будущее повторного использования воды в Калифорнии – это расширение. Ожидается, что к 2055 году население Калифорнии увеличится почти вдвое. [ 6 ] а с учетом ожидаемых последствий изменения климата в штате, который уже испытывает нехватку воды, повторное использование воды будет продолжать оставаться неотъемлемой частью водной истории Калифорнии. Государственный совет по контролю за водными ресурсами разработал планы по увеличению «использования оборотной воды по сравнению с уровнем 2002 года как минимум на один миллион акров футов (1,2 миллиарда м 2 ) . 3 ) в год к 2020 году и как минимум на два миллиона акров футов (2,5 миллиарда м 3 ) в год к 2030 году». [ 4 ] DWR пересматривает и обновляет План водоснабжения Калифорнии каждые 5 лет. По состоянию на 2013 год [update], приоритетное финансирование было отдано новым проектам в штате, которые включали повторное использование воды. [ 4 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Тхакур, Сандип; Чаухан, М.С. (2013). «Переработка бытовых сточных вод» (PDF) . Журнал наук об окружающей среде и устойчивом развитии . 1 .
- ^ Аль-Джайюси, Оде Р. (август 2003 г.). «Повторное использование бытовых сточных вод: на пути к устойчивому управлению водными ресурсами». Опреснение . 156 (1–3). Факультет гражданского строительства, Инженерный колледж, Университет прикладных наук, Амман: 181–92. дои : 10.1016/S0011-9164(03)00340-0 .
- ^ Jump up to: а б с д Отдел Агентства по охране окружающей среды США, регион 9, вода. «Переработка и повторное использование воды» . www3.epa.gov . Проверено 13 мая 2016 г.
{{cite web}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б с д «Политика вторичного использования воды» (PDF) . Постановление Государственного совета по водным ресурсам . 22 мая 2013 г.
- ^ Jump up to: а б с Ньютон, Дэниел (18 апреля 2016 г.). «Результаты, проблемы и будущие подходы к исследованию утилизации муниципальных сточных вод в Калифорнии» (PDF) . Департамент водных ресурсов . Департамент водных ресурсов . Проверено 18 апреля 2016 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Ласситер, Эллисон (2015). Проблемы и решения устойчивых водных ресурсов из Калифорнии . Беркли, Калифорния: UC Press. ISBN 978-0-520-28535-4 .
- ^ «Водозавод 21» (PDF) . Водный округ округа Ориндж . ОКВД . Проверено 17 июня 2023 г.
- ^ «Программа чистой воды города Сан-Диего» . Город Сан-Диего .
- ^ Jump up to: а б с д Шульте, Питер. «Истории успеха Тихоокеанского института в области водных ресурсов: переработанная вода и сельское хозяйство» (PDF) . Ag Water Stewards . Проверено 14 мая 2016 г.
- ^ Управление статистики ОЭСР. «Глоссарий статистических терминов ОЭСР – Определение третичного лечения» . stats.oecd.org . Проверено 14 мая 2016 г.
- ^ Ли, Фангюэ; Вихманн, Кнут (15 мая 2009 г.). «Обзор технологических подходов к очистке и повторному использованию сточных вод». Наука об общей окружающей среде . 407 (11): 3439–49. Бибкод : 2009ScTEn.407.3439L . doi : 10.1016/j.scitotenv.2009.02.004 . ПМИД 19251305 .
- ^ Jump up to: а б с «Руководство EPA по повторному использованию воды 2012 г.» (PDF) . epa.gov . Сентябрь 2012 года . Проверено 12 мая 2016 г.
- ^ Хэнсон, Блейн. «Ирригация сельскохозяйственных культур в Калифорнии» (PDF) . Совет по воздушным ресурсам .
- ^ «Завод по переработке воды Эдварда К. Литтла» . Муниципальный водный округ Западного бассейна . 2014 . Проверено 9 мая 2016 г.
- ^ «Муниципальный водный округ долины Эльсинор – переработанная вода» . www.evmwd.com . Проверено 14 мая 2016 г.
- ^ Беккер, Рэйчел (1 августа 2023 г.). «Не называйте это «унитазом для крана» — Калифорния планирует превращать сточные воды в питьевую воду» . CalMatters . Проверено 2 августа 2023 г.
- ^ Совет по контролю за водными ресурсами штата Калифорния (2016 г.). «Исследование возможности разработки единых критериев переработки воды для прямого повторного использования в питьевых целях» (PDF) . Водные доски .
- ^ Канадай, Кристофер (2016). «Комментарии к проекту документа ДНР» . Иссуу .
- ^ Канадай, Кристофер (2016). «Предложения по устойчивой санитарии» .
- ^ «Прямое повторное использование питьевой воды против косвенного, взвешивая все за и против» . www.wateronline.com . Проверено 15 мая 2016 г.