California – Pencemaran Air Sisa | Rangkaian Ketahanan Terumbu Karang

Pengisian Air Tanah Orange County

Lokasi

Orange County, California adalah kawasan bandar yang terletak di pantai Lautan Pasifik, di selatan Los Angeles County. Dengan populasi 3 juta orang pada tahun 2010, ia adalah daerah ketiga paling ramai penduduk di California.

Cabaran

Daerah Air Orange County (OCWD) terkenal kerana telah membangun, pada tahun 1976, salah satu kemudahan pertama di AS untuk mengubah air buangan menjadi air yang disucikan. Projek awal ini, yang disebut Water Factory 21, meletakkan landasan pengembangan tahun 2008 ke dalam sistem pemurnian air maju terbesar di dunia untuk digunakan semula. Walaupun proyek ini pada awalnya tidak dirancang dengan mempertimbangkan kesehatan lautan, proyek ini telah menyelamatkan berbilion galon air sisa dari pembuangan ke dalam lautan, sementara juga menyediakan air bersih untuk ratusan ribu orang di daerah yang rawan kemarau.

Pada pertengahan tahun 1970-an, setelah mengalami ledakan penduduk dan permintaan air yang meningkat, akuifer air tawar bawah tanah Orange County telah menurun. Air masin dari lautan merembes ke pedalaman, menimbulkan ancaman terhadap bekalan air minum daerah itu. Para pemimpin OCWD memutuskan untuk membina sebuah kilang yang dapat membersihkan air limbah daerah supaya OCWD dapat menyuntikkan air yang dirawat kembali ke dalam akuifer, di mana ia bertindak sebagai penghalang dan mencegah pencerobohan air masin.

Kemudahan itu, yang dikenali sebagai Water Factory 21, mampu menghasilkan sekitar 15 juta gelen air bersih setiap hari. Ketika populasi daerah bertambah, dan semakin banyak air ditarik dari akuarium bawah tanah, pencerobohan air masin terus menjadi masalah. Kekeringan juga sering terjadi, mengakibatkan kekurangan air yang kerap. Pada masa itu, bekalan air daerah berasal dari air bawah tanah, Sungai Santa Ana, dan juga diimport dengan harga yang besar dari Sungai Colorado dan dari utara California. Mengimport lebih banyak air tidak boleh dipercayai semasa musim kemarau.

Masalah tambahan yang dihadapi daerah adalah paip keluar yang besar, yang mengirim air buangan yang dirawat dari loji rawatan ke laut, telah mencapai kapasitas. Sekiranya sumber air diperluas untuk memenuhi permintaan, paip tidak akan dapat mengatasi jumlah tambahan.

Pemimpin OCWD mempertimbangkan rancangan pengembangan yang berbeza, mencari pilihan yang paling berpatutan yang juga dapat meningkatkan bekalan air walaupun semasa musim kemarau, akhirnya merancang projek Sistem Pengisian Air Tanah (GWRS). Di bawah rancangan ini, OCWD bekerjasama dengan Orange County Sanitation District (OCSD) untuk membina sistem pemurnian air maju terbesar di dunia untuk digunakan semula.

Tindakan diambil

Kemudahan yang dibina oleh OCWD dan OCSD mula beroperasi pada tahun 2008 dan pada mulanya mampu menghasilkan 70 juta gelen air bersih setiap hari. Pada tahun 2015, kilang itu diperluas untuk menghasilkan 100 juta gelen sehari, dan kilang ini kini sedang mengalami pengembangan lagi yang akan menghasilkan 130 juta gelen sehari pada tahun 2023.

Bagaimana ia berfungsi

Sebelum pergi ke kilang pemurnian, air buangan terlebih dahulu menjalani proses rawatan yang lebih biasa yang disebut rawatan sekunder, yang meliputi penyaring bar, ruang grit, penapis tetesan, enapcemar aktif, pembersih dan pembasmian kuman. Setelah proses ini selesai, ia dihantar ke kilang GWRS. Direka oleh firma kejuruteraan CDM Smith, kilang itu menggunakan proses pemurnian tiga langkah.

1 - Langkah pertama adalah penyaringan mikro, yang bergantung pada serat berongga polipropilena kecil, serupa dengan jerami, dengan lubang kecil di sisi yang berdiameter 0.2 mikron (1/300 diameter rambut manusia). Dengan menarik air melalui lubang ke tengah serat, pepejal terampai dan patogen disaring keluar dari air.

Penyaringan mikro melibatkan penggunaan serat berongga polipropilena kecil, serupa dengan jerami, dengan lubang di sisi yang berdiameter 0.2 mikron (1/300 diameter rambut manusia). Dengan menarik air melalui lubang ke pusat serat, pepejal terampai dan patogen disaring keluar dari air. Foto © Daerah Air Orange County

2 - Pada langkah kedua, air mengalami osmosis terbalik, di mana air bertekanan dipaksa melalui membran halus yang menghilangkan patogen dan bahan kimia, termasuk ubat-ubatan.

Setelah mikrofiltrasi, air mengalami osmosis terbalik, di mana air bertekanan dipaksa melalui membran halus yang menghilangkan patogen dan bahan kimia, termasuk ubat-ubatan. Foto © Daerah Air Orange County

3 - Langkah ketiga melibatkan rawatan akhir dengan sinar ultraviolet, yang membasmi kuman air dengan mendenaturasi DNA dari sebarang patogen yang tersisa; hidrogen peroksida juga digunakan untuk menghilangkan zat besi, tanin dan organik dengan berat molekul rendah melalui proses pengoksidaan yang maju, yang memutuskan ikatan molekul sisa-sisa pencemar. Mineral ditambahkan kembali ke dalam air untuk menyangga dan menstabilkan pH, sebelum memasuki sistem pengedaran.

Rawatan terakhir dengan sinar ultraviolet membasmi kuman air dengan mendenaturasi DNA dari sebarang patogen yang tersisa; dan hidrogen peroksida juga digunakan untuk menghilangkan zat besi, tanin dan organik dengan berat molekul rendah melalui proses pengoksidaan yang maju, yang memutuskan ikatan molekul sisa-sisa pencemar. Foto © Daerah Air Orange County

Air terawat GWRS melebihi peraturan negeri dan persekutuan untuk air minum. (Untuk lebih banyak perincian kejuruteraan, lihat Lawatan Teknikal Sistem Pengisian Air Tanah.) Air terawat, air bawah tanah dan permukaan air harus dipantau secara menyeluruh di Makmal Kualiti Air Philip L. Anthony, di mana ia diuji untuk lebih dari 500 sebatian (EPA hanya mengatur 90, meninggalkan ribuan bahan kimia tidak terkawal). Makmal menguji air dari sekitar 1,500 lokasi di seluruh lembangan, menganalisis lebih daripada 20,000 sampel setiap tahun dan melaporkan lebih dari 400,000 hasil. OCWD juga menyediakan pengujian serantau lebih daripada 200 sumur air minum untuk penyedia air minuman tempatan.

Setelah rawatan, kira-kira satu pertiga dari jumlah yang dihasilkan disuntikkan ke dalam sumur dalam di sepanjang pantai, membentuk penghalang air tawar terhadap pencerobohan air laut, dan sisanya digunakan untuk membantu mengisi Lembangan Air Tanah Orange County. Ini berlaku dengan membiarkan air masuk ke kolam besar dan kemudian meresap melalui pasir dan kerikil melalui graviti untuk akhirnya disimpan di akuarium bawah tanah. Walaupun proses perkolasi dapat memberikan penapisan tambahan, dalam kasus OCWD, air telah disucikan ke tingkat penyulingan hampir, dan langkah ini sebagian besar untuk lapisan perlindungan tambahan yang dimandatkan oleh pengatur air minum di California. Ini juga memberi manfaat psikologi, membantu mengurangkan keengganan pengguna untuk menggunakan air kitar semula untuk menambah sumber air minuman tradisional. Peruncit mengeluarkan air dari lembangan melalui lebih 400 telaga dan mengalirkannya ke pengguna.

Betulkah ia berjaya?

Program ini pada masa ini membekalkan 100 juta gelen sehari, yang cukup air untuk memenuhi keperluan 850,000 orang. Lembangan air bawah tanah Orange County menyediakan sekitar 77% daripada jumlah bekalan air kepada 2.5 juta orang yang tinggal di utara dan tengah Orange County. Loji ini kini sedang mengalami pengembangan lagi, yang diharapkan dapat membawa kapasitas hingga 130 juta gelen sehari pada tahun 2023.

Walaupun sistem ini dimulakan terutama untuk mengamankan air bersih untuk kegunaan kediaman dan perniagaan dan tidak dimulakan kerana tidak peduli akan kesan pembuangan air buangan terawat ke laut, sejak awal tahun 2008, sistem ini telah menghasilkan sekitar 329 miliar galon air bersih yang dikitar semula. Sebilangan besar air itu kemungkinan akan dibuang ke laut jika sistem ini tidak pernah dibina dan dilaksanakan.

Sistem ini masih membuat aliran sisa. Proses pemurnian menghasilkan 85 persen air bersih mengikut isipadu, sedangkan 15 persen dihantar kembali ke OCSD untuk diproses lebih lanjut. Pada ketika ini ia kelihatan seperti teh es gelap. Pepejal dipisahkan dan dibawa ke tanah. Apa yang tersisa masih dibuang ke lautan melalui saluran keluar, yang membawa air sejauh lima batu ke laut pada kedalaman dua ratus kaki di bawah permukaan air.

OCSD juga menuai metana dan hidrogen. Hidrogen digunakan untuk kereta hidrogen, dan ada stesen pengisian di pintu depan.

GWRS telah berfungsi sebagai model untuk tempat-tempat lain, menunjukkan bahawa kitar semula air dapat berfungsi dan diterima secara meluas sebagai penyelesaian rawatan air sisa di daerah metropolitan utama yang agak makmur. Daerah ini telah bekerjasama dengan Singapura, yang membangun dan sekarang menggunakan sekurang-kurangnya tiga kilang yang lebih kecil menggunakan teknologi serupa, dan banyak bandar di California, AS dan dunia sekarang sedang mempertimbangkan apakah penambakan air sisa dapat berfungsi untuk mereka.

Mineral ditambahkan kembali ke dalam air yang dimurnikan untuk menyangga dan menstabilkan pH, sebelum memasuki sistem pengedaran. Foto © Daerah Air Orange County

pengajaran

Jangkauan orang ramai tidak akan pernah berhenti, dan ia harus dilakukan lebih awal dan kerap. Orange County belajar dari kegagalan awal di San Diego pada tahun 1994, dan Los Angeles pada tahun 2000, di mana kedua-duanya berusaha melewati program kitar semula air dan gagal. Di LA, persepsi keadilan sosial berperanan, kerana kawasan yang lebih miskin dijadwalkan untuk menerima air kitar semula. Sejak itu San Diego telah membina sebuah kilang penyahgaraman lautan (lebih mahal, intensif tenaga).

OCWD telah melabur dalam bekerja dengan sekolah untuk melibatkan anak-anak, termasuk festival air tahunan untuk pelajar kelas 5 dan 6 dan kelas yang ditujukan untuk orang dewasa muda, yang diajar melalui kolej komuniti tempatan; Daerah menawarkan lawatan percuma ke kilang kepada orang ramai; laman webnya canggih, dengan penjelasan dan video yang dipermudah, serta perpustakaan laporan yang lebih mendalam.

GWRS telah diterima dengan baik. Dari 158 artikel mengenai operasi yang diterbitkan dalam berkala antara 2000-2016, tidak ada liputan negatif, dengan mayoritas artikel dianggap netral (72%) atau positif (28%).

Mengajar kakitangan yang menjalankan kilang bagaimana berbicara secara terbuka tentang pekerjaan mereka tanpa jargon, dan meminta mereka melakukan penjangkauan dan pembentangan, dan bukannya firma PR, telah berkesan. California baru-baru ini meluluskan undang-undang yang membenarkan kemudahan itu membungkus sebahagian kecil air yang dihasilkan di sana, yang bermaksud kakitangan dapat membawa air ke festival dan pameran masyarakat supaya orang dapat melihat bahawa airnya berkilau bersih. Ketakutan minum air kitar semula berkurang dengan biasa.

Memiliki akuifer di mana air dapat disuntik semula memberikan kelebihan psikologi untuk mengurangkan kebencian awam. Ini juga memberikan lapisan perlindungan tambahan yang menjamin campuran air kitar semula dengan air tanah asli.

Peningkatan teknologi membran telah mengurangkan kos tenaga osmosis terbalik sebanyak 75% sejak tahun 1970-an.

Orang sering bertanya mengapa daerah ini tidak menyahgarutkan air laut. Ia lebih mencabar dan lebih mahal untuk membersihkan air masin daripada membersihkan kumbahan. Air laut mempunyai sekitar 35,000 ppm garam, sedangkan kumbahan kurang dari 2000 ppm.

Ini adalah usaha kewangan yang besar, dengan kos hampir $ 1 bilion, dan anggaran untuk melakukan program yang sama hari ini hampir $ 2 bilion.

Seiring berjalannya waktu, peraturan telah disempurnakan karena data masuk dari kemudahan seperti GWRS. Ketika program pertama kali dimulakan, Bahagian Air Minum California memerlukan air disimpan di bawah tanah selama enam bulan, yang menimbulkan beberapa cabaran infrastruktur dan kejuruteraan. Kini, masa simpanan bawah tanah dikurangkan menjadi tiga bulan.

Ringkasan pembiayaan

Jumlah anggaran kos pembinaan GWRS adalah hampir $ 1 bilion ($ 973 juta, dengan kos pembinaan $ 481 juta untuk kemudahan awal 70 juta gelen sehari). Ini dibayar oleh $ 135 juta pinjaman persekutuan faedah rendah dan $ 167 juta pinjaman negara faedah rendah, dengan geran membuat perbezaan, termasuk $ 90 juta dolar subsidi dari agensi, termasuk Jabatan Sumber Air California, Perlindungan Alam Sekitar Agensi, Daerah Air Metropolitan California Selatan, dan lain-lain.

Mengimport air dari tempat lain berharga kira-kira $ 1,000 per ekar kaki; sedangkan kos air yang dihasilkan di GWRS adalah $ 525 per ekar-kaki dengan subsidi, atau $ 850 per ekar-kaki tanpa subsidi.