オレンジカウンティの地下水補給

 

ロケーション

カリフォルニア州オレンジカウンティは、ロサンゼルス郡の南、太平洋岸に位置する都市部です。 3年の時点で2010万人の人口を抱えるこの郡は、カリフォルニアでXNUMX番目に人口の多い郡です。

挑戦

オレンジカウンティウォーターディストリクト(OCWD)は、1976年に、廃水を精製水に変えるための米国で最初の施設の21つを建設したことで知られています。 ウォーターファクトリー2008と呼ばれるこの最初のプロジェクトは、飲料水を再利用するための世界最大の高度な浄水システムへのXNUMX年の拡張の基礎を築きました。 このプロジェクトは当初、海洋の健康を念頭に置いて考案されたものではありませんでしたが、干ばつが発生しやすい地域の何十万人もの人々にきれいな水を提供すると同時に、数十億ガロンの処理済み廃水が海洋に排出されるのを防ぎました。

1970年代半ばまでに、人口ブームと水の需要の増加を経験した後、オレンジカウンティの地下淡水帯水層は撤去されました。 海からの塩水が内陸に浸透し、郡の飲料水供給に脅威をもたらしていました。 OCWDの指導者たちは、OCWDが処理水を帯水層に注入して戻すことができるように、郡の廃水を浄化できるプラントを建設することを決定しました。帯水層はバリアとして機能し、塩水の侵入を防ぎました。

ウォーターファクトリー21として知られるこの施設は、15日あたり約XNUMX万ガロンのきれいな水を生産することができました。 郡の人口が増加し、地下帯水層からますます多くの水が引き出されるにつれて、塩水侵入は引き続き問題となっていました。 干ばつも一般的であり、頻繁な水不足をもたらしました。 当時、郡の給水は地下水であるサンタアナ川からのものであり、コロラド川と北カリフォルニアからもかなりの費用をかけて輸入されていました。 干ばつの時期には、より多くの水を輸入することはそれほど信頼できませんでした。

郡が直面している追加の問題は、処理済みの廃水を処理プラントから海に送り出す大きな排水管が容量に達したということでした。 水源が需要に合わせて拡張された場合、パイプは追加の量を処理できなくなります。

OCWDの指導者たちは、さまざまな拡張計画を検討し、干ばつ時でも給水を強化し、最終的に地下水補充システムプロジェクト(GWRS)を考案する最も手頃なオプションを探しました。 この計画の下で、OCWDはオレンジカウンティサニテーションディストリクト(OCSD)と提携して、飲用に再利用できる世界最大の高度な浄水システムを構築しました。

行った活動

OCWDとOCSDによって建設された施設は、2008年に稼働を開始し、当初は70日あたり2015万ガロンのきれいな水を生産することができました。 100年に、プラントは130日あたり2023億ガロンを生産するように拡張され、プラントは現在、XNUMX年にXNUMX日あたりXNUMX億XNUMX万ガロンを生産する別の拡張を行っています。

使い方

廃水は、浄化プラントに行く前に、まず二次処理と呼ばれるより一般的な処理プロセスを経ます。これには、バースクリーン、グリットチャンバー、散水ろ床、活性汚泥、浄化装置、消毒が含まれます。 このプロセスが完了すると、GWRSプラントに送信されます。 エンジニアリング会社CDMSmithによって設計されたこのプラントは、XNUMX段階の精製プロセスを使用しています。

1 –最初のステップは精密ろ過です。これは、ストローに似た、直径0.2ミクロン(人間の髪の毛の直径1/300)の小さな穴が側面にある小さなポリプロピレン中空繊維に依存しています。 穴から繊維の中心に水を引き込むことにより、浮遊物質と病原菌が水からろ過されます。

精密濾過

精密ろ過では、ストローに似た小さなポリプロピレン製の中空繊維を使用します。側面には直径0.2ミクロン(人間の髪の毛の直径の1/300)の穴があります。 穴から繊維の中心に水を引き込むことにより、浮遊物質と病原菌が水からろ過されます。 写真©オレンジカウンティウォーターディストリクト

2 – XNUMX番目のステップでは、水は逆浸透を受けます。逆浸透では、加圧水が微細な膜を通過し、病原体や医薬品などの化学物質が除去されます。

逆浸透

精密ろ過後、水は逆浸透を受けます。逆浸透では、加圧水が微細な膜を通過し、病原体や医薬品などの化学物質が除去されます。 写真©オレンジカウンティウォーターディストリクト

3 – XNUMX番目のステップには、紫外線による最終処理が含まれます。これは、残っている病原体のDNAを変性させることによって水を消毒します。 過酸化水素は、残りの汚染物質の分子結合を破壊する高度な酸化プロセスを通じて、鉄、タンニン、および低分子量有機物を除去するためにも使用されます。 ミネラルは、分配システムに入る前に、水を緩衝してpHを安定させるために水に戻されます。

GWRS紫外線(UV)

紫外線による最終処理は、残っている病原体のDNAを変性させることによって水を消毒します。 また、過酸化水素は、残っている汚染物質の分子結合を破壊する高度な酸化プロセスを通じて、鉄、タンニン、および低分子量有機物を除去するためにも使用されます。 写真©オレンジカウンティウォーターディストリクト

GWRS処理水は、飲料水に関する州および連邦の規制を超えています。 (エンジニアリングの詳細については、を参照してください。 新しいウィンドウで開きます地下水補給システムテクニカルツアー。)処理水、地下水、地表水は、  新しいウィンドウで開きますフィリップL.アンソニー水質研究所、500を超える化合物についてテストされています(EPAは90のみを規制し、数千の化学物質を規制せずに残しています)。 ラボでは、流域全体の約1,500の場所から水をテストし、毎年20,000を超えるサンプルを分析し、400,000を超える結果を報告しています。 OCWDはまた、地元の飲料水プロバイダー向けに200を超える飲料水井戸の地域テストを提供しています。

処理後、生産量の約400分のXNUMXが海岸沿いの深井戸に注入され、海水の侵入に対する淡水バリアを形成し、残りはオレンジカウンティ地下水盆の補充に使用されます。 これは、水が大きな池に溜まり、重力によって砂や砂利に浸透して、最終的に地下帯水層に貯蔵されるようにすることで発生します。 浸透プロセスは追加のろ過を提供できますが、OCWDの場合、水はすでにほぼ蒸留レベルまで浄化されており、このステップは主にカリフォルニアの飲料水規制当局によって義務付けられている追加の保護層のためのものです。 これは心理的な利点も提供し、従来の飲料水源を増強するために再生水の使用に対する消費者の嫌悪感を和らげるのに役立ちます。 小売業者は、XNUMX以上の井戸を通して流域から水を引き出し、消費者にパイプで送っています。

それはどれほど成功しましたか?

このプログラムは現在、100日あたり850,000億ガロンを供給しています。これは、77万人のニーズを満たすのに十分な水です。 オレンジカウンティの地下水盆地は、オレンジカウンティの北部と中央部に住む2.5万人に総給水量の約130%を供給しています。 このプラントは現在、別の拡張が行われており、2023年にはXNUMX日あたり最大XNUMX億XNUMX万ガロンの容量が見込まれています。

このシステムは、主に住宅用および業務用のきれいな水を確保するために開始され、処理された廃水の海洋への排出の影響を懸念して開始されたわけではありませんが、2008年の開始以来、推定329億ガロンのきれいな水をリサイクルしました。 システムが構築および実装されていなかった場合、その水のかなりの部分が海に排出された可能性があります。

システムはまだ廃棄物の流れを作成します。 浄化プロセスでは、体積で85%のきれいな水が生成されますが、15%はOCSDに送り返され、さらに処理されます。 この時点で、それはダークアイスティーのように見えます。 固形物は分離され、埋め立て地に運ばれます。 残ったものは、水面下XNUMXフィートの深さでXNUMXマイル海に水を運ぶ出口パイプを通してまだ海に排出されます。

OCSDはメタンと水素も収穫します。 水素は水素自動車に使用されており、正門には充電ステーションがあります。

GWRSは他の場所のモデルとして機能しており、水のリサイクルが機能し、比較的裕福な大都市圏で廃水処理ソリューションとして広く受け入れられるようになることを示しています。 この地区は、同様の技術を使用して少なくともXNUMXつの小さなプラントを建設し、現在使用しているシンガポールと協力しており、カリフォルニア、米国、および世界中の多くの都市が、廃水再生がそれらに役立つかどうかを検討しています。

精製水

ミネラルは、分配システムに入る前に、精製水に戻して緩衝し、pHを安定させます。 写真©オレンジカウンティウォーターディストリクト

教訓

  • 公的支援は決して止まることはなく、早期かつ頻繁に行う必要があります。 オレンジカウンティは、1994年のサンディエゴと2000年のロサンゼルスでの初期の失敗から学びました。そこでは、両方とも水のリサイクルプログラムに合格しようとして失敗しました。 LAでは、再生水を受け取る予定の貧しい地域であったため、社会正義の認識が役割を果たしました。 サンディエゴはそれ以来、(より高価でエネルギー集約的な)海洋脱塩プラントを建設しました。
  • OCWDは、地元のコミュニティカレッジを通じて教えられる、5年生と6年生を対象とした毎年恒例の水祭りや、若者向けのクラスなど、子供たちを引き付けるために学校と協力することに投資してきました。 地区は、工場の無料ツアーを一般に提供しています。 ウェブサイトは洗練されており、簡単な説明とビデオ、そしてより詳細なレポートのライブラリがあります。
  • GWRSは非常に好評です。 158年から2000年の間に定期刊行物に掲載された操作に関する2016の記事のうち、ネガティブな報道はゼロであり、記事の大部分はニュートラル(72%)またはポジティブ(28%)のいずれかと見なされました。
  • 工場を運営するスタッフに専門用語を使わずに自分の仕事について公に話す方法を教え、PR会社ではなく彼らにアウトリーチとプレゼンテーションを行わせることは効果的でした。 カリフォルニア州は最近、施設がそこで生産された水のごく一部を瓶詰めすることを許可する法律を可決しました。つまり、スタッフは水をお祭りや地域の見本市に持ち込むことができ、人々は水がきれいに輝いていることを確認できます。 慣れれば、再生水を飲むことへの恐れは減ります。
  • 水を再注入できる帯水層を持つことは、公共の嫌悪感を和らげるための心理的な利点を提供します。 また、再生水が天然の地下水と混合することを保証する追加の保護層を提供します。
  • 膜技術の改善により、75年代以降、逆浸透のエネルギーコストが1970%削減されました。
  • なぜ郡が海水を淡水化しないのかとよく聞かれます。 下水を浄化するよりも塩水を浄化する方が困難で費用もかかります。 海水には約35,000ppmの塩が含まれていますが、下水には2000ppm未満です。
  • これは大規模な金融事業であり、費用は1億ドル近くあり、今日同じプログラムを実行するための見積もりは2億ドル近くになります。
  • GWRSのような施設からデータが届くにつれて、時間の経過とともに規制が改善されてきました。 プログラムが最初に開始されたとき、カリフォルニア州の飲料水部門は、水をXNUMXか月間地下に保管することを要求しました。これにより、インフラストラクチャとエンジニアリングの課題が発生しました。 現在、地下保管期間はXNUMXヶ月に短縮されています。

資金調達サマリー

GWRS建設の推定総費用は約1億ドルです(973億481万ドル、最初の70日あたり135万ガロンの施設の建設費は167億90万ドル)。 これは、低利の連邦ローンでXNUMX億XNUMX万ドル、低利の州ローンでXNUMX億XNUMX万ドルで支払われ、カリフォルニア州水資源省、環境保護庁などの機関からのXNUMX千万ドルの補助金を含む助成金が差額を補っています。エージェンシー、南カリフォルニアのメトロポリタンウォーターディストリクトなど。

他の場所から水を輸入するには、1,000エーカーフィートあたり約525ドルかかります。 一方、GWRSで生産される水のコストは、補助金がある場合は850エーカーフィートあたりXNUMXドル、補助金がない場合はXNUMXエーカーフィートあたりXNUMXドルです。

リード組織

オレンジカウンティサニテーションディストリクトとオレンジカウンティウォーターディストリクト

パートナー

CDMスミス(エンジニアリング)
Black and Veatch(エンジニアリング)

リソース

新しいウィンドウで開きますオレンジカウンティウォーターディストリクトの地下水補給システムにおける飲料水のリサイクルに関する新聞報道

新しいウィンドウで開きますオレンジカウンティサニテーションディストリクト

新しいウィンドウで開きますオレンジカウンティウォーターディストリクト

動画: 新しいウィンドウで開きますバーチャルツアー:地下水補給システム

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