Reposición de aguas subterráneas del condado de Orange

 

Ubicación

El condado de Orange, California, es un área urbana ubicada en la costa del Océano Pacífico, al sur del condado de Los Ángeles. Con una población de 3 millones de personas en 2010, es el tercer condado más poblado de California.

El desafío

El Distrito de Agua del Condado de Orange (OCWD) es conocido por haber construido, en 1976, una de las primeras instalaciones en los Estados Unidos para convertir las aguas residuales en agua purificada. Este proyecto inicial, llamado Water Factory 21, sentó las bases para una expansión en 2008 hacia el sistema avanzado de purificación de agua más grande del mundo para la reutilización potable. Si bien el proyecto no se concibió inicialmente teniendo en cuenta la salud del océano, ha evitado que miles de millones de galones de aguas residuales tratadas se viertan al océano, al tiempo que proporciona agua limpia para cientos de miles de personas en un área propensa a la sequía.

A mediados de la década de 1970, después de experimentar un auge demográfico y una mayor demanda de agua, el acuífero subterráneo de agua dulce del condado de Orange se había reducido. El agua salada del océano se filtraba tierra adentro, lo que representaba una amenaza para el suministro de agua potable del condado. Los líderes de OCWD decidieron construir una planta que pudiera purificar las aguas residuales del condado para que OCWD pudiera inyectar el agua tratada nuevamente en el acuífero, donde actuó como una barrera y evitó la intrusión de agua salada.

La instalación, conocida como Water Factory 21, pudo producir alrededor de 15 millones de galones de agua limpia por día. A medida que la población del condado crecía y se extraía cada vez más agua de los acuíferos subterráneos, la intrusión de agua salada siguió siendo un problema. La sequía también era común, lo que provocaba frecuentes escaseces de agua. En ese momento, el suministro de agua del condado provenía del agua subterránea, el río Santa Ana, y también se importaba a un costo significativo del río Colorado y del norte de California. Importar más agua no era tan confiable en épocas de sequía.

Un problema adicional que enfrentaba el condado era que una gran tubería de desagüe, que enviaba aguas residuales tratadas desde una planta de tratamiento al océano, había alcanzado su capacidad. Si las fuentes de agua se expandieran para satisfacer la demanda, la tubería no podría manejar el volumen adicional.

Los líderes de OCWD sopesaron diferentes planes de expansión, buscando la opción más asequible que también apuntalara el suministro de agua incluso durante las sequías, y eventualmente concibieron el proyecto del Sistema de Reposición de Aguas Subterráneas (GWRS). Bajo este plan, el OCWD se asoció con el Distrito Sanitario del Condado de Orange (OCSD) para construir el sistema avanzado de purificación de agua más grande del mundo para la reutilización potable.

Acciones tomadas

La instalación construida por OCWD y OCSD entró en funcionamiento en 2008 e inicialmente pudo producir 70 millones de galones de agua limpia por día. En 2015, la planta se expandió para producir 100 millones de galones por día, y actualmente la planta está experimentando otra expansión que producirá 130 millones de galones por día en 2023.

Cómo funciona

Antes de ir a la planta de depuración, las aguas residuales se someten primero a un proceso de tratamiento más típico llamado tratamiento secundario, que incluye pantallas de barras, cámaras de arena, filtros percoladores, lodos activados, clarificadores y desinfección. Una vez completado este proceso, se envía a la planta de GWRS. Diseñada por la empresa de ingeniería CDM Smith, la planta utiliza un proceso de purificación de tres pasos.

1 - El primer paso es la microfiltración, que se basa en diminutas fibras huecas de polipropileno, similares a pajitas, con pequeños orificios en los lados de 0.2 micrones de diámetro (1/300 del diámetro de un cabello humano). Al extraer agua a través de los orificios hacia el centro de las fibras, los sólidos en suspensión y los patógenos se filtran fuera del agua.

Microfiltración

La microfiltración implica el uso de diminutas fibras huecas de polipropileno, similares a pajitas, con orificios en los lados de 0.2 micrones de diámetro (1/300 del diámetro de un cabello humano). Al extraer agua a través de los orificios hacia el centro de las fibras, los sólidos en suspensión y los patógenos se filtran fuera del agua. Foto © Distrito de Agua del Condado de Orange

2 - Durante el segundo paso, el agua se somete a ósmosis inversa, donde el agua presurizada se fuerza a través de una fina membrana que elimina patógenos y productos químicos, incluidos los productos farmacéuticos.

Osmosis inversa

Después de la microfiltración, el agua se somete a ósmosis inversa, en la que el agua presurizada pasa a través de una fina membrana que elimina patógenos y productos químicos, incluidos los productos farmacéuticos. Foto © Distrito de Agua del Condado de Orange

3 - El tercer paso consiste en un tratamiento final con luz ultravioleta, que desinfecta el agua desnaturalizando el ADN de los patógenos restantes; El peróxido de hidrógeno también se usa para eliminar hierro, taninos y compuestos orgánicos de bajo peso molecular a través de un proceso de oxidación avanzado, que rompe los enlaces moleculares de los contaminantes restantes. Los minerales se vuelven a agregar al agua para amortiguarla y estabilizar el pH, antes de ingresar al sistema de distribución.

Luz ultravioleta GWRS (UV)

Un tratamiento final con luz ultravioleta desinfecta el agua desnaturalizando el ADN de los patógenos restantes; y el peróxido de hidrógeno también se utiliza para eliminar hierro, taninos y compuestos orgánicos de bajo peso molecular mediante un proceso de oxidación avanzado, que rompe los enlaces moleculares de los contaminantes restantes. Foto © Distrito de Agua del Condado de Orange

El agua tratada por GWRS excede las regulaciones estatales y federales para el agua potable. (Para obtener más detalles de ingeniería, consulte Se abre en una nueva ventanaTour técnico del sistema de reabastecimiento de agua subterránea.) El agua tratada, las aguas subterráneas y las aguas superficiales están sujetas a un seguimiento exhaustivo en el  Se abre en una nueva ventanaLaboratorio de Calidad del Agua Philip L. Anthony, donde se prueba para más de 500 compuestos (la EPA solo regula 90, dejando miles de productos químicos sin regular). El laboratorio analiza el agua de aproximadamente 1,500 ubicaciones en toda la cuenca, analiza más de 20,000 muestras cada año e informa más de 400,000 resultados. OCWD también proporciona pruebas regionales de más de 200 pozos de agua potable para proveedores locales de agua potable.

Después del tratamiento, aproximadamente un tercio del volumen producido se inyecta en pozos profundos a lo largo de la costa, formando una barrera de agua dulce contra la intrusión de agua de mar, y el resto se utiliza para ayudar a reponer la cuenca de agua subterránea del condado de Orange. Esto ocurre al permitir que el agua se acumule en grandes estanques y luego se filtre a través de arena y grava por gravedad para su eventual almacenamiento en un acuífero subterráneo. Si bien el proceso de percolación puede proporcionar filtración adicional, en el caso de OCWD el agua ya ha sido purificada a niveles cercanos a la destilación, y este paso es en gran parte para una capa adicional de protección exigida por los reguladores de agua potable en California. Esto también proporciona un beneficio psicológico, ayudando a calmar la aversión de los consumidores al uso de agua reciclada para aumentar las fuentes tradicionales de agua potable. Los minoristas extraen el agua de la cuenca a través de más de 400 pozos y la conducen a los consumidores.

¿Qué tan exitoso ha sido?

Actualmente, el programa suministra 100 millones de galones por día, que es agua suficiente para atender las necesidades de 850,000 personas. La cuenca de agua subterránea del Condado de Orange proporciona aproximadamente el 77% del suministro total de agua a 2.5 millones de personas que viven en el norte y centro del Condado de Orange. Actualmente, la planta está experimentando otra expansión, que se espera aumente la capacidad hasta 130 millones de galones por día en 2023.

Si bien este sistema se inició principalmente para asegurar agua limpia para uso residencial y comercial y no se inició debido a la preocupación por el impacto de la descarga de aguas residuales tratadas en el océano, desde su inicio en 2008, el sistema ha creado un estimado de 329 mil millones de galones de agua. agua limpia reciclada. Es probable que una parte significativa de esa agua se hubiera descargado al mar si el sistema nunca se hubiera construido e implementado.

El sistema todavía crea un flujo de desechos. El proceso de purificación crea un 85 por ciento de agua limpia por volumen, mientras que el 15 por ciento se envía de regreso a OCSD para su posterior procesamiento. En este punto parece té helado oscuro. Los sólidos se separan y se llevan a un vertedero. Lo que queda todavía se descarga en el océano a través de tuberías de desagüe, que llevan el agua a cinco millas hacia el océano a una profundidad de doscientos pies por debajo de la superficie del agua.

OCSD también recolecta metano e hidrógeno. El hidrógeno se utiliza para los coches de hidrógeno y hay una estación de carga en la puerta principal.

El GWRS ha servido como modelo para otros lugares, demostrando que el reciclaje de agua puede funcionar y ser ampliamente aceptado como una solución de tratamiento de aguas residuales en un área metropolitana importante relativamente próspera. El distrito ha colaborado con Singapur, que construyó y ahora utiliza al menos tres plantas más pequeñas con tecnología similar, y numerosas ciudades de California, los EE. UU. Y el mundo ahora están considerando si la recuperación de aguas residuales podría funcionar para ellos.

Agua purificada

Los minerales se vuelven a agregar al agua purificada para amortiguarla y estabilizar el pH, antes de ingresar al sistema de distribución. Foto © Distrito de Agua del Condado de Orange

Lecciones aprendidas

  • La divulgación pública nunca puede detenerse y tiene que ser temprano y con frecuencia. El Condado de Orange aprendió de los primeros fracasos en San Diego en 1994 y Los Ángeles en 2000, donde ambos intentaron aprobar programas de reciclaje de agua y fracasaron. En Los Ángeles, las percepciones de la justicia social jugaron un papel, ya que eran las áreas más pobres las que estaban programadas para recibir el agua reciclada. Desde entonces, San Diego ha construido una planta de desalinización oceánica (más cara y que consume mucha energía).
  • OCWD ha invertido en trabajar con las escuelas para involucrar a los niños, incluido un festival anual del agua para estudiantes de quinto y sexto grado y clases dirigidas a adultos jóvenes, impartidas a través de universidades comunitarias locales; el Distrito ofrece recorridos gratuitos de la planta al público; el sitio web es sofisticado, con explicaciones y videos simplificados, así como bibliotecas de informes más detallados.
  • El GWRS ha sido muy bien recibido. De 158 artículos sobre la operación publicados en publicaciones periódicas entre 2000-2016, no hubo cobertura negativa, y la mayoría de los artículos se consideraron neutrales (72%) o positivos (28%).
  • Ha sido eficaz enseñar al personal que dirige la planta cómo hablar públicamente sobre su trabajo sin jerga, y hacer que ellos hagan la divulgación y las presentaciones, en lugar de las empresas de relaciones públicas, ha sido eficaz. California aprobó recientemente una ley que permite que la instalación embotelle una pequeña porción del agua producida allí, lo que significa que el personal puede llevar el agua a festivales y ferias comunitarias para que la gente pueda ver que el agua está impecablemente limpia. El miedo a beber agua reciclada disminuye con la familiaridad.
  • Tener un acuífero donde se pueda reinyectar el agua proporciona una ventaja psicológica para aliviar la aversión del público. También proporciona una capa adicional de protección que asegura que el agua reciclada se mezcle con el agua subterránea nativa.
  • Las mejoras en la tecnología de membranas han reducido el costo energético de la ósmosis inversa en un 75% desde la década de 1970.
  • La gente a menudo pregunta por qué el condado no desaliniza el agua del océano. Es más difícil y más caro purificar el agua salada que purificar las aguas residuales. El agua del océano tiene alrededor de 35,000 ppm de sales, mientras que las aguas residuales tienen menos de 2000 ppm.
  • Es una gran empresa financiera, con costos cercanos a los mil millones de dólares, y las estimaciones para hacer el mismo programa hoy en día se acercan a los 1 mil millones de dólares.
  • Con el tiempo, las regulaciones se han refinado a medida que los datos provienen de instalaciones como el GWRS. Cuando comenzó el programa, la División de Agua Potable de California requirió que el agua se almacenara bajo tierra durante seis meses, lo que generó algunos desafíos de infraestructura e ingeniería. Ahora, el tiempo de almacenamiento subterráneo se ha reducido a tres meses.

Resumen de financiación

El costo total estimado de la construcción de GWRS es de casi $ 1 mil millones ($ 973 millones, con $ 481 millones en costos de construcción para la instalación inicial de 70 millones de galones por día). Esto se pagó con $ 135 millones en préstamos federales a bajo interés y $ 167 millones en préstamos estatales a bajo interés, con subvenciones que compensan la diferencia, incluidos $ 90 millones en subsidios de agencias, incluido el Departamento de Recursos Hídricos de California, la Protección Ambiental. Agencia, Distrito Metropolitano de Agua del Sur de California y otros.

Importar agua de otros lugares cuesta aproximadamente $ 1,000 por acre-pie; mientras que el costo del agua producida en GWRS es de $ 525 por acre-pie con subsidios, u $ 850 por acre-pie sin subsidios.

Organizaciones líderes

Distrito de saneamiento del condado de Orange y distrito de agua del condado de Orange

Socios

CDM Smith (ingeniería)
Black and Veatch (ingeniería)

Recursos

Se abre en una nueva ventanaCobertura de periódicos sobre el reciclaje de agua potable en el sistema de reabastecimiento de agua subterránea del distrito de agua del condado de Orange

Se abre en una nueva ventanaDistrito de saneamiento del condado de Orange

Se abre en una nueva ventanaDistrito del Agua del Condado de Orange

Vídeo: Se abre en una nueva ventanaTour virtual: Sistema de reabastecimiento de aguas subterráneas

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