แคลิฟอร์เนีย – มลพิษทางน้ำเสีย | ความยืดหยุ่นของแนวปะการัง

การเติมน้ำใต้ดินออเรนจ์เคาน์ตี้

แผนที่

ออเรนจ์เคาน์ตี้แคลิฟอร์เนียเป็นเขตเมืองที่ตั้งอยู่บนชายฝั่งมหาสมุทรแปซิฟิกทางตอนใต้ของลอสแองเจลิสเคาน์ตี้ ด้วยจำนวนประชากร 3 ล้านคน ณ ปี 2010 นับเป็นมณฑลที่มีประชากรมากที่สุดเป็นอันดับสามของแคลิฟอร์เนีย

ความท้าทาย

Orange County Water District (OCWD) เป็นที่รู้จักจากการสร้างขึ้นในปีพ. ศ. 1976 ซึ่งเป็นหนึ่งในโรงงานแห่งแรกในสหรัฐอเมริกาสำหรับการเปลี่ยนน้ำเสียให้เป็นน้ำบริสุทธิ์ โครงการเริ่มต้นนี้เรียกว่า Water Factory 21 ซึ่งวางรากฐานสำหรับการขยายตัวในปี 2008 ไปสู่ระบบการกรองน้ำขั้นสูงที่ใหญ่ที่สุดในโลกสำหรับการนำกลับมาใช้ใหม่ ในขณะที่โครงการไม่ได้เกิดขึ้นในตอนแรกโดยคำนึงถึงสุขภาพของมหาสมุทร แต่ก็ช่วยประหยัดน้ำเสียที่ผ่านการบำบัดแล้วหลายพันล้านแกลลอนจากการปล่อยลงสู่มหาสมุทรในขณะเดียวกันก็จัดหาน้ำสะอาดให้กับผู้คนหลายแสนคนในพื้นที่เสี่ยงภัยแล้ง

ในช่วงกลางทศวรรษ 1970 หลังจากประสบปัญหาการขยายตัวของประชากรและความต้องการน้ำที่เพิ่มขึ้นชั้นน้ำจืดใต้ดินของออเรนจ์เคาน์ตี้ก็ถูกดึงลงมา น้ำเค็มจากมหาสมุทรกำลังไหลเข้ามาในประเทศซึ่งเป็นภัยคุกคามต่อแหล่งน้ำดื่มของมณฑล ผู้นำ OCWD ตัดสินใจที่จะสร้างโรงงานที่สามารถชำระล้างน้ำเสียของมณฑลเพื่อให้ OCWD สามารถฉีดน้ำที่ผ่านการบำบัดแล้วกลับเข้าไปในชั้นน้ำแข็งซึ่งทำหน้าที่เป็นอุปสรรคและป้องกันการบุกรุกของน้ำเค็ม

โรงงานแห่งนี้เรียกว่า Water Factory 21 สามารถผลิตน้ำสะอาดได้ประมาณ 15 ล้านแกลลอนต่อวัน เมื่อประชากรของมณฑลเพิ่มขึ้นและมีการถอนน้ำออกจากชั้นน้ำใต้ดินมากขึ้นเรื่อย ๆ การบุกรุกของน้ำเค็มยังคงเป็นปัญหา ภัยแล้งก็เกิดขึ้นบ่อยครั้งส่งผลให้เกิดการขาดแคลนน้ำ ในเวลานั้นน้ำประปาของเคาน์ตีมาจากน้ำใต้ดินแม่น้ำซานตาอานาและยังนำเข้าด้วยต้นทุนที่สำคัญจากแม่น้ำโคโลราโดและจากทางตอนเหนือของแคลิฟอร์เนีย การนำเข้าน้ำมากขึ้นไม่สามารถพึ่งพาได้ในช่วงฤดูแล้ง

ปัญหาเพิ่มเติมที่เคาน์ตีเผชิญคือท่อระบายน้ำขนาดใหญ่ซึ่งส่งน้ำเสียที่ผ่านการบำบัดแล้วจากโรงบำบัดออกสู่มหาสมุทรถึงขีดความสามารถแล้ว หากมีการขยายแหล่งน้ำให้ตรงกับความต้องการท่อจะไม่สามารถรองรับปริมาณที่เพิ่มขึ้นได้

ผู้นำของ OCWD ให้ความสำคัญกับแผนการขยายงานที่แตกต่างกันโดยมองหาตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดซึ่งจะทำให้น้ำประปาไหลเข้าได้แม้ในช่วงภัยแล้งในที่สุดก็ตั้งโครงการระบบเติมน้ำใต้ดิน (GWRS) ภายใต้แผนนี้ OCWD ร่วมมือกับ Orange County Sanitation District (OCSD) เพื่อสร้างระบบกรองน้ำขั้นสูงที่ใหญ่ที่สุดในโลกเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่ได้

การกระทำที่ดำเนินการ

สิ่งอำนวยความสะดวกที่สร้างโดย OCWD และ OCSD เริ่มเปิดให้บริการในปี 2008 และในตอนแรกสามารถผลิตน้ำสะอาดได้ 70 ล้านแกลลอนต่อวัน ในปี 2015 โรงงานได้รับการขยายเพื่อผลิต 100 ล้านแกลลอนต่อวันและกำลังดำเนินการขยายโรงงานอีกครั้งซึ่งจะผลิตได้ 130 ล้านแกลลอนต่อวันในปี 2023

วิธีการทำงาน

ก่อนที่จะไปที่โรงบำบัดน้ำเสียก่อนอื่นน้ำเสียจะต้องผ่านกระบวนการบำบัดทั่วไปที่เรียกว่าการบำบัดแบบทุติยภูมิซึ่งรวมถึงหน้าจอบาร์ห้องกรวดตัวกรองหยดตะกอนที่เปิดใช้งานตัวทำให้ชัดเจนและการฆ่าเชื้อโรค หลังจากเสร็จสิ้นกระบวนการนี้จะถูกส่งไปยังโรงงาน GWRS ได้รับการออกแบบโดย บริษัท วิศวกรรม CDM Smith โรงงานแห่งนี้ใช้กระบวนการทำให้บริสุทธิ์สามขั้นตอน

1 - ขั้นตอนแรกคือการกรองแบบไมโครซึ่งอาศัยเส้นใยโพลีโพรพีลีนกลวงเล็ก ๆ คล้ายกับหลอดโดยมีรูเล็ก ๆ ที่ด้านข้างซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.2 ไมครอน (เส้นผ่านศูนย์กลาง 1/300 ของเส้นผมมนุษย์) โดยการดึงน้ำผ่านรูเข้าไปตรงกลางเส้นใยสารแขวนลอยและเชื้อโรคจะถูกกรองออกจากน้ำ

ไมโครฟิลเตรชันเกี่ยวข้องกับการใช้เส้นใยโพลีโพรพีลีนกลวงขนาดเล็กคล้ายกับหลอดโดยมีรูที่ด้านข้างซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.2 ไมครอน (เส้นผ่านศูนย์กลาง 1/300 ของเส้นผมมนุษย์) โดยการดึงน้ำผ่านรูเข้าไปตรงกลางเส้นใยสารแขวนลอยและเชื้อโรคจะถูกกรองออกจากน้ำ ภาพถ่าย© Orange County Water District

2 - ในขั้นตอนที่สองน้ำจะผ่านการ Reverse Osmosis ซึ่งน้ำที่มีแรงดันจะถูกบังคับผ่านเมมเบรนชั้นดีที่กำจัดเชื้อโรคและสารเคมีรวมทั้งยา

หลังจากการกรองด้วยไมโครฟิลเตอร์น้ำจะผ่านการ Reverse Osmosis ซึ่งน้ำที่มีแรงดันจะถูกบังคับผ่านเมมเบรนชั้นดีที่กำจัดเชื้อโรคและสารเคมีรวมทั้งยา ภาพถ่าย© Orange County Water District

3 - ขั้นตอนที่สามเกี่ยวข้องกับการบำบัดขั้นสุดท้ายด้วยแสงอัลตราไวโอเลตซึ่งจะฆ่าเชื้อในน้ำโดยการทำลายดีเอ็นเอของเชื้อโรคที่เหลืออยู่ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ยังใช้ในการกำจัดเหล็กแทนนินและสารอินทรีย์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำผ่านกระบวนการออกซิเดชั่นขั้นสูงซึ่งจะทำลายพันธะโมเลกุลของสารปนเปื้อนที่เหลืออยู่ แร่ธาตุจะถูกเติมกลับเข้าไปในน้ำเพื่อบัฟเฟอร์และปรับ pH ให้คงที่ก่อนเข้าสู่ระบบจำหน่าย

การรักษาขั้นสุดท้ายด้วยแสงอัลตราไวโอเลตจะฆ่าเชื้อในน้ำโดยการทำลายดีเอ็นเอของเชื้อโรคที่เหลืออยู่ และไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ยังใช้ในการกำจัดเหล็กแทนนินและสารอินทรีย์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำผ่านกระบวนการออกซิเดชั่นขั้นสูงซึ่งจะทำลายพันธะโมเลกุลของสารปนเปื้อนที่เหลืออยู่ ภาพถ่าย© Orange County Water District

น้ำที่ผ่านการบำบัดด้วย GWRS เกินกฎข้อบังคับของรัฐและรัฐบาลกลางสำหรับน้ำดื่ม (สำหรับรายละเอียดทางวิศวกรรมเพิ่มเติมโปรดดู ทัวร์ทางเทคนิคของระบบเติมน้ำใต้ดิน.) น้ำที่ผ่านการบำบัดแล้วน้ำใต้ดินและน้ำผิวดินอยู่ภายใต้การตรวจสอบอย่างละเอียดที่ ห้องปฏิบัติการคุณภาพน้ำ Philip L. Anthonyซึ่งมีการทดสอบสารประกอบมากกว่า 500 ชนิด (EPA ควบคุมเฉพาะ 90 โดยปล่อยให้สารเคมีหลายพันชนิดไม่ได้รับการควบคุม) ห้องปฏิบัติการทดสอบน้ำจากสถานที่ประมาณ 1,500 แห่งทั่วทั้งอ่างวิเคราะห์มากกว่า 20,000 ตัวอย่างในแต่ละปีและรายงานผลมากกว่า 400,000 รายการ OCWD ยังจัดให้มีการทดสอบบ่อน้ำดื่มในระดับภูมิภาคมากกว่า 200 แห่งสำหรับผู้ให้บริการน้ำดื่มในพื้นที่

หลังการบำบัดประมาณหนึ่งในสามของปริมาตรที่ผลิตได้จะถูกฉีดเข้าไปในบ่อน้ำลึกตามแนวชายฝั่งสร้างกำแพงกั้นน้ำจืดจากการบุกรุกของน้ำทะเลและส่วนที่เหลือจะถูกใช้เพื่อช่วยเติมเต็มอ่างน้ำใต้ดินออเรนจ์เคาน์ตี้ สิ่งนี้เกิดขึ้นโดยการปล่อยให้น้ำรวมตัวกันในบ่อขนาดใหญ่แล้วซึมผ่านทรายและกรวดผ่านแรงโน้มถ่วงเพื่อกักเก็บในชั้นน้ำแข็งใต้ดินในที่สุด ในขณะที่กระบวนการ percolation สามารถให้การกรองเพิ่มเติมในกรณีของ OCWD น้ำได้รับการกรองให้บริสุทธิ์จนถึงระดับใกล้กลั่นแล้วและขั้นตอนนี้ส่วนใหญ่จะเป็นการป้องกันเพิ่มเติมอีกชั้นหนึ่งที่หน่วยงานกำกับดูแลน้ำดื่มในแคลิฟอร์เนีย นอกจากนี้ยังให้ประโยชน์ทางด้านจิตใจช่วยลดความเกลียดชังของผู้บริโภคในการใช้น้ำรีไซเคิลเพื่อเพิ่มแหล่งน้ำดื่มแบบดั้งเดิม ผู้ค้าปลีกจะดึงน้ำออกจากอ่างผ่านบ่อกว่า 400 บ่อและส่งไปยังผู้บริโภค

ประสบความสำเร็จแค่ไหน?

ปัจจุบันโปรแกรมจัดหาน้ำ 100 ล้านแกลลอนต่อวันซึ่งเพียงพอต่อความต้องการของผู้คน 850,000 คน อ่างน้ำใต้ดินออเรนจ์เคาน์ตี้ให้น้ำประมาณ 77% ของปริมาณน้ำทั้งหมดแก่ผู้คน 2.5 ล้านคนที่อาศัยอยู่ทางตอนเหนือและตอนกลางของออเรนจ์เคาน์ตี้ ขณะนี้โรงงานดังกล่าวอยู่ระหว่างการขยายโรงงานอีกครั้งซึ่งคาดว่าจะสามารถเพิ่มกำลังการผลิตได้ถึง 130 ล้านแกลลอนต่อวันในปี 2023

ในขณะที่ระบบนี้เริ่มต้นขึ้นเพื่อรักษาความปลอดภัยของน้ำสะอาดสำหรับการใช้งานในที่อยู่อาศัยและธุรกิจเป็นหลักและไม่ได้เริ่มต้นด้วยความกังวลเกี่ยวกับผลกระทบของการปล่อยน้ำเสียที่ผ่านการบำบัดแล้วลงสู่มหาสมุทรนับตั้งแต่เริ่มก่อตั้งในปี 2008 ระบบนี้ได้สร้างประมาณ 329 พันล้านแกลลอน น้ำสะอาดรีไซเคิล ส่วนสำคัญของน้ำนั้นน่าจะถูกปล่อยลงสู่ทะเลหากระบบไม่เคยสร้างและใช้งานมาก่อน

ระบบยังไม่สร้างกระแสเสีย กระบวนการทำให้บริสุทธิ์จะสร้างน้ำสะอาด 85 เปอร์เซ็นต์ตามปริมาตรในขณะที่ 15 เปอร์เซ็นต์จะถูกส่งกลับไปยัง OCSD เพื่อประมวลผลต่อไป ตอนนี้ดูเหมือนชาเย็นสีเข้ม ของแข็งจะถูกแยกออกและนำไปถมดิน สิ่งที่เหลืออยู่ยังคงถูกปล่อยลงสู่มหาสมุทรผ่านท่อน้ำทิ้งซึ่งนำน้ำออกไปห้าไมล์ในมหาสมุทรที่ความลึกสองร้อยฟุตใต้ผิวน้ำ

OCSD ยังเก็บเกี่ยวก๊าซมีเทนและไฮโดรเจน ไฮโดรเจนใช้สำหรับรถยนต์ไฮโดรเจนและมีสถานีชาร์จอยู่ที่ประตูด้านหน้า

GWRS ได้ทำหน้าที่เป็นต้นแบบสำหรับสถานที่อื่น ๆ โดยแสดงให้เห็นว่าการรีไซเคิลน้ำสามารถใช้งานได้และเป็นที่ยอมรับอย่างกว้างขวางว่าเป็นวิธีการบำบัดน้ำเสียในเขตเมืองใหญ่ที่ค่อนข้างร่ำรวย เขตนี้ได้ร่วมมือกับสิงคโปร์ซึ่งสร้างและตอนนี้ใช้โรงงานขนาดเล็กอย่างน้อยสามแห่งโดยใช้เทคโนโลยีที่คล้ายคลึงกันและขณะนี้หลายเมืองทั่วแคลิฟอร์เนียสหรัฐอเมริกาและทั่วโลกกำลังพิจารณาว่าการถมน้ำเสียจะสามารถใช้งานได้หรือไม่

แร่ธาตุจะถูกเติมกลับเข้าไปในน้ำบริสุทธิ์เพื่อบัฟเฟอร์และปรับ pH ให้คงที่ก่อนเข้าสู่ระบบจำหน่าย ภาพถ่าย© Orange County Water District

บทเรียนที่ได้รับ

การเผยแพร่สู่สาธารณะไม่มีวันหยุดและต้องเร็วและบ่อยครั้ง ออเรนจ์เคาน์ตี้เรียนรู้จากความล้มเหลวในช่วงแรก ๆ ในซานดิเอโกในปี 1994 และลอสแองเจลิสในปี 2000 ซึ่งทั้งคู่พยายามผ่านโครงการรีไซเคิลน้ำและล้มเหลว ในแอลเอการรับรู้เกี่ยวกับความยุติธรรมทางสังคมมีบทบาทเนื่องจากเป็นพื้นที่ที่ยากจนกว่าที่ได้รับมอบหมายให้รับน้ำรีไซเคิล ซานดิเอโกได้สร้างโรงงานกลั่นน้ำทะเลจากทะเล (ราคาแพงกว่าและใช้พลังงานมาก)

OCWD ได้ลงทุนในการทำงานร่วมกับโรงเรียนเพื่อดึงดูดเด็ก ๆ รวมถึงงานเทศกาลน้ำประจำปีสำหรับนักเรียนระดับประถมศึกษาปีที่ 5 และ 6 และชั้นเรียนที่มุ่งเน้นไปที่คนหนุ่มสาวซึ่งสอนผ่านวิทยาลัยชุมชนในท้องถิ่น เขตให้บริการทัวร์ชมโรงงานแก่ประชาชนฟรี เว็บไซต์มีความซับซ้อนพร้อมคำอธิบายและวิดีโอที่เรียบง่ายรวมถึงไลบรารีของรายงานเชิงลึกเพิ่มเติม

GWRS ได้รับการตอบรับเป็นอย่างดี จาก 158 บทความเกี่ยวกับการดำเนินการที่ตีพิมพ์ในวารสารระหว่างปี 2000-2016 ไม่มีการรายงานข่าวเชิงลบโดยบทความส่วนใหญ่ถือว่าเป็นกลาง (72%) หรือเชิงบวก (28%)

การสอนพนักงานที่ดูแลโรงงานว่าจะพูดต่อสาธารณะเกี่ยวกับงานของพวกเขาโดยไม่ใช้ศัพท์แสงและการให้พวกเขาทำการเผยแพร่และการนำเสนอแทนที่จะเป็น บริษัท ประชาสัมพันธ์ก็ได้ผลดี แคลิฟอร์เนียเพิ่งผ่านกฎหมายที่อนุญาตให้โรงงานบรรจุขวดน้ำส่วนน้อยที่ผลิตได้ที่นั่นซึ่งหมายความว่าพนักงานสามารถนำน้ำไปใช้ในงานเทศกาลและงานแสดงสินค้าของชุมชนเพื่อให้ผู้คนเห็นว่าน้ำสะอาดเป็นประกาย ความกลัวในการดื่มน้ำรีไซเคิลลดลงตามความเคยชิน

การมีชั้นน้ำแข็งที่สามารถดูดน้ำกลับเข้าไปใหม่ให้ประโยชน์ทางด้านจิตใจสำหรับการบรรเทาความเกลียดชังของสาธารณชน นอกจากนี้ยังมีการป้องกันเพิ่มเติมอีกชั้นหนึ่งเพื่อให้แน่ใจว่าน้ำรีไซเคิลผสมกับน้ำบาดาลพื้นเมือง

การปรับปรุงเทคโนโลยีเมมเบรนช่วยลดต้นทุนพลังงานของการ Reverse Osmosis ได้ 75% ตั้งแต่ปี 1970

ผู้คนมักถามว่าทำไมเคาไม่กรองน้ำทะเลออก การทำให้น้ำเกลือบริสุทธิ์มีความท้าทายและมีราคาแพงกว่าการชำระสิ่งปฏิกูล น้ำทะเลมีเกลือประมาณ 35,000 ppm ในขณะที่น้ำเสียมีน้อยกว่า 2000 ppm

เป็นการดำเนินการทางการเงินขนาดใหญ่โดยมีค่าใช้จ่ายเกือบ 1 พันล้านดอลลาร์และการประมาณการสำหรับการทำโครงการเดียวกันในวันนี้ใกล้เคียงกับ 2 พันล้านดอลลาร์

เมื่อเวลาผ่านไปกฎระเบียบต่างๆได้รับการปรับแต่งเนื่องจากข้อมูลมาจากสิ่งอำนวยความสะดวกเช่น GWRS เมื่อโครงการเริ่มต้นครั้งแรกกองน้ำดื่มแคลิฟอร์เนียกำหนดให้เก็บน้ำไว้ใต้ดินเป็นเวลาหกเดือนซึ่งสร้างความท้าทายด้านโครงสร้างพื้นฐานและวิศวกรรม ตอนนี้เวลาเก็บใต้ดินลดลงเหลือสามเดือน

สรุปเงินทุน

ค่าใช้จ่ายโดยประมาณทั้งหมดของการก่อสร้าง GWRS อยู่ที่เกือบ 1 พันล้านดอลลาร์ (973 ล้านดอลลาร์โดยมีค่าก่อสร้าง 481 ล้านดอลลาร์สำหรับโรงงานเริ่มต้น 70 ล้านแกลลอนต่อวัน) เงินจำนวนนี้ได้รับเงินกู้ยืมจากรัฐบาลกลางดอกเบี้ยต่ำจำนวน 135 ล้านดอลลาร์และเงินกู้ของรัฐที่มีดอกเบี้ยต่ำอีก 167 ล้านดอลลาร์โดยเงินช่วยเหลือที่สร้างความแตกต่างรวมถึงเงินอุดหนุน 90 ล้านดอลลาร์จากหน่วยงานต่างๆรวมถึงกรมทรัพยากรน้ำแคลิฟอร์เนีย หน่วยงาน Metropolitan Water District of Southern California และอื่น ๆ

การนำเข้าน้ำจากที่อื่นมีค่าใช้จ่ายประมาณ 1,000 ดอลลาร์ต่อเอเคอร์ฟุต ในขณะที่ต้นทุนการผลิตน้ำที่ GWRS อยู่ที่ 525 ดอลลาร์ต่อเอเคอร์ฟุตพร้อมเงินอุดหนุนหรือ 850 ดอลลาร์ต่อเอเคอร์โดยไม่ต้องอุดหนุน