Reabastecimento de Água Subterrânea de Orange County

 

Localização

O Condado de Orange, Califórnia, é uma área urbana localizada na costa do Oceano Pacífico, ao sul do Condado de Los Angeles. Com uma população de 3 milhões de pessoas em 2010, é o terceiro condado mais populoso da Califórnia.

O desafio

O Orange County Water District (OCWD) é conhecido por ter construído, em 1976, uma das primeiras instalações nos Estados Unidos para transformar águas residuais em água purificada. Este projeto inicial, denominado Water Factory 21, lançou as bases para uma expansão em 2008 no maior sistema avançado de purificação de água do mundo para reutilização potável. Embora o projeto não tenha sido concebido inicialmente com a saúde oceânica em mente, ele economizou bilhões de galões de águas residuais tratadas de serem despejados no oceano, ao mesmo tempo que forneceu água limpa para centenas de milhares de pessoas em uma área propensa à seca.

Em meados da década de 1970, depois de passar por um boom populacional e aumentar a demanda por água, o aqüífero subterrâneo de água doce do Condado de Orange foi drenado. A água salgada do oceano estava vazando para o interior, representando uma ameaça ao abastecimento de água potável do condado. Os líderes do OCWD decidiram construir uma planta que pudesse purificar as águas residuais do condado para que o OCWD pudesse injetar a água tratada de volta no aquífero, onde atuou como uma barreira e evitou a intrusão de água salgada.

A instalação, conhecida como Water Factory 21, foi capaz de produzir cerca de 15 milhões de galões de água limpa por dia. À medida que a população do condado crescia e cada vez mais água era retirada dos aqüíferos subterrâneos, a intrusão de água salgada continuou a ser um problema. A seca também era comum, resultando em frequentes faltas de água. Na época, o abastecimento de água do município vinha do lençol freático, o rio Santa Ana, e também era importado a um custo significativo do rio Colorado e do norte da Califórnia. Importar mais água não era tão confiável durante os períodos de seca.

Um problema adicional enfrentado pelo condado era que um grande cano emissário, que enviava águas residuais tratadas de uma estação de tratamento para o oceano, havia atingido a capacidade máxima. Se as fontes de água fossem expandidas para atender à demanda, o tubo não seria capaz de lidar com o volume adicional.

Os líderes do OCWD pesaram diferentes planos de expansão, procurando a opção mais acessível que também aumentaria o abastecimento de água mesmo durante as secas, chegando a conceber o projeto do Sistema de Reposição de Água Subterrânea (GWRS). Sob este plano, o OCWD fez parceria com o Orange County Sanitation District (OCSD) para construir o maior sistema avançado de purificação de água do mundo para reutilização potável.

Ações tomadas

A instalação construída por OCWD e OCSD tornou-se operacional em 2008 e foi inicialmente capaz de produzir 70 milhões de galões de água limpa por dia. Em 2015, a planta foi ampliada para produzir 100 milhões de litros por dia, e atualmente a planta passa por outra expansão que vai produzir 130 milhões de litros por dia em 2023.

Como tudo funciona

Antes de ir para a estação de purificação, o efluente passa primeiro por um processo de tratamento mais típico, denominado tratamento secundário, que inclui telas de barra, câmaras de areia, filtros de gotejamento, lodo ativado, clarificadores e desinfecção. Após a conclusão desse processo, ele é enviado para a planta GWRS. Projetada pela empresa de engenharia CDM Smith, a planta usa um processo de purificação de três etapas.

1 - A primeira etapa é a microfiltração, que conta com minúsculas fibras ocas de polipropileno, semelhantes a canudos, com minúsculos orifícios nas laterais de 0.2 mícron de diâmetro (1/300 do diâmetro de um fio de cabelo humano). Ao puxar a água pelos orifícios para o centro das fibras, os sólidos em suspensão e os patógenos são filtrados da água.

Microfiltração

A microfiltração envolve o uso de pequenas fibras ocas de polipropileno, semelhantes a canudos, com orifícios nas laterais de 0.2 mícron de diâmetro (1/300 do diâmetro de um fio de cabelo humano). Ao puxar a água pelos orifícios para o centro das fibras, os sólidos em suspensão e os patógenos são filtrados da água. Foto © Orange County Water District

2 - Na segunda etapa, a água passa por osmose reversa, onde a água pressurizada é forçada através de uma fina membrana que remove patógenos e produtos químicos, inclusive produtos farmacêuticos.

Osmose Inversa

Após a microfiltração, a água passa por osmose reversa, onde a água pressurizada é forçada através de uma membrana fina que remove patógenos e produtos químicos, incluindo produtos farmacêuticos. Foto © Orange County Water District

3 - A terceira etapa envolve um tratamento final com luz ultravioleta, que desinfeta a água desnaturando o DNA de quaisquer patógenos remanescentes; o peróxido de hidrogênio também é usado para remover ferro, taninos e compostos orgânicos de baixo peso molecular por meio de um processo de oxidação avançado, que quebra as ligações moleculares dos contaminantes remanescentes. Os minerais são adicionados de volta à água para tamponá-la e estabilizar o pH, antes de entrar no sistema de distribuição.

GWRS luz ultravioleta (UV)

Um tratamento final com luz ultravioleta desinfeta a água desnaturando o DNA de quaisquer patógenos remanescentes; e o peróxido de hidrogênio também é usado para remover ferro, taninos e orgânicos de baixo peso molecular por meio de um processo de oxidação avançado, que quebra as ligações moleculares dos contaminantes remanescentes. Foto © Orange County Water District

A água tratada GWRS excede os regulamentos estaduais e federais para água potável. (Para obter mais detalhes de engenharia, consulte abre em uma nova janelaTour Técnico do Sistema de Reabastecimento de Água Subterrânea.) As águas tratadas, subterrâneas e superficiais estão sujeitas a extenso monitoramento no  abre em uma nova janelaLaboratório de Qualidade da Água Philip L. Anthony, onde é testado para mais de 500 compostos (a EPA regulamenta apenas 90, deixando milhares de produtos químicos sem regulamentação). O laboratório testa água de aproximadamente 1,500 locais em toda a bacia, analisa mais de 20,000 amostras a cada ano e relata mais de 400,000 resultados. OCWD também fornece testes regionais de mais de 200 poços de água potável para fornecedores locais de água potável.

Após o tratamento, cerca de um terço do volume produzido é injetado em poços profundos ao longo da costa, formando uma barreira de água doce contra a intrusão de água do mar, e o restante é usado para ajudar a reabastecer a Bacia de Água Subterrânea do Condado de Orange. Isso ocorre permitindo que a água se acumule em grandes lagoas e, em seguida, se infiltre através da areia e cascalho por gravidade para eventual armazenamento em um aqüífero subterrâneo. Embora o processo de percolação possa fornecer filtração adicional, no caso do OCWD a água já foi purificada a níveis de quase destilação, e esta etapa é em grande parte para uma camada adicional de proteção exigida pelos reguladores de água potável na Califórnia. Isso também oferece um benefício psicológico, ajudando a acalmar a aversão do consumidor ao uso de água reciclada para aumentar as fontes tradicionais de água potável. Os varejistas retiram a água da bacia por meio de mais de 400 poços e a canalizam para os consumidores.

Quão bem sucedido tem sido?

Atualmente, o programa fornece 100 milhões de litros por dia, o que é água suficiente para atender às necessidades de 850,000 pessoas. A bacia hidrográfica de Orange County fornece cerca de 77% do abastecimento total de água a 2.5 milhões de pessoas que vivem no norte e no centro de Orange County. A planta está passando por outra expansão, que deve elevar a capacidade para 130 milhões de galões por dia em 2023.

Embora este sistema tenha sido iniciado principalmente para garantir água limpa para uso residencial e comercial e não tenha sido iniciado por preocupação com o impacto da descarga de águas residuais tratadas no oceano, desde seu início em 2008, o sistema criou, no entanto, cerca de 329 bilhões de galões de água limpa reciclada. Uma parte significativa dessa água provavelmente teria sido despejada no mar se o sistema nunca tivesse sido construído e implementado.

O sistema ainda cria um fluxo de resíduos. O processo de purificação cria 85% de água limpa por volume, enquanto 15% é enviada de volta ao OCSD para ser processada posteriormente. Neste ponto, parece um chá gelado escuro. Os sólidos são separados e levados para um aterro. O que resta ainda é descarregado no oceano por meio de dutos emissários, que levam a água a cinco milhas mar adentro a uma profundidade de duzentos pés abaixo da superfície da água.

A OCSD também coleta metano e hidrogênio. O hidrogênio é usado para carros movidos a hidrogênio, e há uma estação de recarga no portão da frente.

O GWRS tem servido como um modelo para outros lugares, demonstrando que a reciclagem de água pode funcionar e se tornar amplamente aceita como uma solução de tratamento de águas residuais em uma grande área metropolitana relativamente afluente. O distrito colaborou com Cingapura, que construiu e agora usa pelo menos três fábricas menores usando tecnologia semelhante, e várias cidades na Califórnia, nos Estados Unidos e no mundo estão considerando se a recuperação de águas residuais poderia funcionar para eles.

Água purificada

Os minerais são adicionados de volta à água purificada para tamponá-la e estabilizar o pH, antes de entrar no sistema de distribuição. Foto © Orange County Water District

As lições aprendidas

  • A divulgação pública nunca pode parar e deve ser precoce e frequente. O Condado de Orange aprendeu com as primeiras falhas em San Diego em 1994 e em Los Angeles em 2000, onde ambas tentaram aprovar programas de reciclagem de água e falharam. Em LA, as percepções de justiça social desempenharam um papel, visto que foram as áreas mais pobres que receberam a água reciclada. Desde então, San Diego construiu uma usina de dessalinização oceânica (mais cara e de uso intensivo de energia).
  • OCWD investiu no trabalho com escolas para envolver as crianças, incluindo um festival anual de água para alunos de 5ª e 6ª séries e aulas voltadas para jovens adultos, ministradas por faculdades comunitárias locais; o distrito oferece passeios gratuitos da fábrica ao público; o site é sofisticado, com explicações e vídeos simplificados, além de bibliotecas de relatórios mais aprofundados.
  • O GWRS foi extremamente bem recebido. Dos 158 artigos sobre a operação publicados em periódicos entre 2000-2016, houve cobertura negativa zero, sendo a maioria dos artigos considerada neutra (72%) ou positiva (28%).
  • Ensinar a equipe que administra a fábrica a falar publicamente sobre seu trabalho sem jargão e fazer com que eles realizem o trabalho de divulgação e apresentações, em vez de firmas de relações públicas, foi eficaz. A Califórnia aprovou recentemente uma lei que permite à instalação engarrafar uma pequena parte da água produzida lá, o que significa que a equipe pode levar a água para festivais e feiras comunitárias para que as pessoas vejam que a água está limpa e cristalina. O medo de beber água reciclada diminui com a familiaridade.
  • Ter um aquífero onde a água pode ser reinjetada fornece uma vantagem psicológica para acalmar a aversão pública. Ele também fornece uma camada adicional de proteção, garantindo que a água reciclada se misture com a água subterrânea nativa.
  • Melhorias na tecnologia de membrana reduziram o custo de energia da osmose reversa em 75% desde os anos 1970.
  • As pessoas costumam perguntar por que o condado não dessaliniza a água do oceano. É mais desafiador e mais caro purificar água salgada do que purificar esgoto. A água do oceano tem cerca de 35,000 ppm de sais, enquanto o esgoto tem menos de 2000 ppm.
  • É um grande empreendimento financeiro, com custos próximos a US $ 1 bilhão, e as estimativas para fazer o mesmo programa hoje estão perto de US $ 2 bilhões.
  • Com o tempo, as regulamentações foram refinadas à medida que os dados chegavam de instalações como o GWRS. Quando o programa começou, a Divisão de Água Potável da Califórnia exigia que a água fosse armazenada no subsolo por seis meses, o que criou alguns desafios de infraestrutura e engenharia. Agora, o tempo de armazenamento subterrâneo foi reduzido para três meses.

Resumo de financiamento

O custo total estimado da construção do GWRS é de quase US $ 1 bilhão (US $ 973 milhões, com US $ 481 milhões em custos de construção para a instalação inicial de 70 milhões de galões por dia). Isso foi pago por US $ 135 milhões em empréstimos federais a juros baixos e US $ 167 milhões em empréstimos estaduais a juros baixos, com subsídios fazendo a diferença, incluindo US $ 90 milhões em subsídios de agências, incluindo o Departamento de Recursos Hídricos da Califórnia, a Proteção Ambiental Agency, Metropolitan Water District of Southern California e outros.

Importar água de outro lugar custa aproximadamente US $ 1,000 por pé acre; enquanto o custo da água produzida na GWRS é de $ 525 por acre-pé com subsídios, ou $ 850 por acre-pé sem subsídios.

Organizações líderes

Orange County Sanitation District e Orange County Water District

Parceiros

CDM Smith (engenharia)
Black and Veatch (engenharia)

Recursos

abre em uma nova janelaCobertura de jornais sobre reciclagem de água potável no sistema de reabastecimento de água subterrânea de Orange County Water District

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Vídeo: abre em uma nova janelaTour Virtual: Sistema de Reabastecimento de Água Subterrânea

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