Bạn Sẵn Sàng Cho Việc Tái Chế Nước 'Cực Kỳ'?

Câu chuyện này ban đầu xuất hiện trên Yale Environment 360 và là một phần của sự hợp tác với Climate Desk.

Ở trung tâm San Francisco, trong một garage rộng lớn từng là đại lý Honda, một thiết bị trắng-xanh óng ánh có kích thước như một tủ lạnh thương mại đang được chuẩn bị để vận chuyển đến một khách sạn ở Los Angeles.

Ở đó, đơn vị này, được gọi là Hệ Thống OneWater, sẽ được lắp đặt ở tầng hầm, nơi bộ ống của nó sẽ thu nạp nước xám lớn từ khách sạn - từ bồn rửa, nhà tắm và máy giặt. Hệ thống sẽ làm sạch nước bằng cách sử dụng lọc màng, ánh sáng cực tím và clo, sau đó gửi lại lên trên để sử dụng lại cho các mục đích không uống được.

Và Làm Lại. Và Làm Lại.

“Không có lý do gì phải chỉ sử dụng nước một lần,” nói Peter Fiske, giám đốc điều hành của Liên minh Quốc gia cho Đổi mới Nước, một phần của Viện Nghiên cứu Quốc gia Lawrence Berkeley. Giống như các hệ thống tự nhiên sử dụng và tái sử dụng nước liên tục trong một chu kỳ do ánh sáng mặt trời điều khiển, ông nói, “chúng ta hiện nay có các công nghệ để cho phép chúng ta xử lý và tái sử dụng nước nhiều lần, ở quy mô của một thành phố, một khuôn viên, và thậm chí là một ngôi nhà cá nhân.”

Trong khi việc tái sử dụng nước tập trung cho mục đích không uống được đã tồn tại từ nhiều thập kỷ, xu hướng gọi là “phi tuyến tính hóa cực độ của nước và nước thải”—còn được biết đến là “hệ thống nước phân tán” hoặc “tái chế tại chỗ” hoặc “tái chế tại điểm”—đang nổi lên như một chiến lược hàng đầu trong nỗ lực làm cho việc sử dụng nước trở nên bền vững hơn.

Ý tưởng là trang bị các tòa nhà thương mại và nhà ở mới, cũng như khu vực như các khu phố và trường đại học, với các nhà máy tái chế tại chỗ sẽ làm cho nước dành cho việc không uống được trở nên rẻ hơn so với việc mua nước uống từ nguồn cung ổn định. Bằng cách giảm nhu cầu về nước uống được, mà việc lọc, xử lý và phân phối là đắt đỏ, các đơn vị sẽ giúp quản lý nước một cách hiệu quả hơn. Đó là, nhiều chuyên gia tin rằng, là tương lai của nước. Cuối cùng, hy vọng rằng các tòa nhà sẽ hoàn toàn tự chủ, hoặc “trung lập về nước,” sử dụng cùng một lượng nước lần lượt, có thể uống và không uống được, trong một vòng lặp đóng.

Điều này không chỉ là một ý tưởng khó tin. Bằng chứng thực của nó đang diễn ra tại San Francisco, nơi vào năm 2015 yêu cầu tất cả các tòa nhà mới có diện tích hơn 100,000 feet vuông phải có các hệ thống tái chế tại chỗ. Đến nay, đã có sáu hệ thống nước thải đen và 25 hệ thống nước thải xám đang sử dụng công nghệ này, và nhiều hệ thống khác đang được xây dựng. (Nước thải đen đến từ toilet, máy rửa chén và chậu bếp; nước thải xám đến từ máy giặt, nhà tắm và bồn tắm.) Trụ sở của Ủy ban Công cộng San Francisco có một hệ thống nước thải đen, được gọi là Living Machine, xử lý nước thải của nó trong các cánh đồng ngập nước được thiết kế tích hợp vào vỉa hè xung quanh tòa nhà, sau đó sử dụng nó để xả toilet và bôi bôi. quần lữa nước. Quá trình này giảm cung cấp nước uống nhập khẩu của tòa nhà đi 40%.

Tái chế nước thải xám một mình có thể tiết kiệm lượng nước đáng kể. Việc sử dụng nó để xả toilet và giặt quần áo giảm nhu cầu về nước mới khoảng 40%. Việc sử dụng nước tái chế cho việc tắm sẽ loại bỏ thêm 20% nhu cầu nước, mặc dù sự an toàn của thực hành này đang được nghiên cứu và chưa được phép tại San Francisco.

Để chứng minh công nghệ của mình, Epic Cleantec, một công ty tái chế nước, thậm chí đã pha một loại bia có tên là Epic OneWater Brew với nước xám đã được làm sạch từ một tòa nhà chung cư 40 tầng ở San Francisco.

Với tình trạng hạn hán khủng khiếp và khủng bố nước trên sông Colorado, sông Rio Grande và các sông phía Tây khác, “phi tuyến tính cực độ” đang tràn vào những nơi khác ở Miền Tây Hoa Kỳ, bao gồm Colorado, Texas và Washington State. Và các dự án phi tuyến tính đang diễn ra ở Nhật Bản, Ấn Độ và Úc. Có áp lực nghiêm trọng lên nguồn cung nước ngọt trên toàn thế giới, với biến đổi khí hậu làm trầm trọng thêm vào tình trạng thiếu hụt. Một nghiên cứu gần đây cho thấy hơn một nửa số hồ trên thế giới đã mất lượng nước đáng kể trong suốt 30 năm qua. Đến năm 2050, Liên Hợp Quốc ước tính rằng 5 tỷ người có thể phải đối mặt với tình trạng thiếu hụt nước.

“Đây là tương lai của nước cho mọi người,” nói Newsha Ajami, giám đốc Chính sách Nước đô thị tại chương trình Water in the West của Stanford, về hệ thống nước phân tán và tái chế. “Đây là quá trình chậm rãi, nhưng cuối cùng—xem xét tất cả sự khan hiếm—rất nhiều cộng đồng sẽ nhận định điều này như một cách phát triển kinh tế đồng thời đảm bảo an ninh nước.”

Các hệ thống tái chế ở San Francisco không làm nước trung lập. Tòa nhà lớn nhất với hệ thống tại chỗ là Salesforce Tower, một tòa nhà văn phòng 61 tầng đã khai trương vào năm 2018 và là tòa nhà cao nhất ở San Francisco. Do công ty Úc Aquacell xây dựng, hệ thống này lọc sạch 30,000 gallon nước thải mỗi ngày từ toilet, chậu rửa, nhà tắm và nước thải khác để sử dụng cho tưới tiêu và xả toilet, tiết kiệm khoảng 7.8 triệu gallon nước mỗi năm. Đó là tương đương với việc sử dụng hàng năm của 16,000 người dân San Francisco, công ty nói. Nước bên ngoài vẫn cần thiết cho việc sử dụng uống. (Ở New York, dự án tái phát triển Nhà máy đường Domino Sugar, hiện đang xây dựng trên bờ biển Brooklyn, sẽ tái chế 400,000 gallon nước thải đen mỗi ngày.)

Ủy ban Công cộng Nước San Francisco, nhà cung cấp nước, ước tính có tổng cộng 48 hệ thống tái sử dụng đang hoạt động và 29 dự án khác đang được lên kế hoạch trong thành phố. Đến năm 2040, cơ quan nói rằng Chương trình Tái sử dụng Nước tại chỗ của nó sẽ tiết kiệm 1.3 triệu gallon nước uống mỗi ngày.

Công nghệ để các tòa nhà này thu nhặt và xử lý tất cả nước của mình đạt chuẩn uống đã tồn tại. Nhưng an toàn của việc tái sử dụng trực tiếp nước thải tái chế vẫn đang được nghiên cứu, và cho đến nay, các quy định của Mỹ vẫn không cho phép điều đó. Hệ thống hoàn toàn vòng tròn, trong đó nước được tái sử dụng tại chỗ cho cả việc uống và việc sử dụng không uống, ít nhất là từ năm 5 đến 10 năm nữa ở đất nước này, các chuyên gia nói.

Ngược lại, các hệ thống nước tái chế tập trung đã được sử dụng từ nhiều thập kỷ, mặc dù chúng cũng đã nhanh chóng trở thành một giải pháp cho tình trạng khan hiếm nước. Ví dụ, Quận Orange, California, là quê nhà của cơ sở tái chế nước lớn nhất thế giới. Nó lọc sạch 130 triệu gallon nước thải đen mỗi ngày trong một quá trình gọi là tái sử dụng uống gián tiếp. Nước thải đã được xử lý cao, thông thường sẽ được xả ra biển, được đưa qua một quá trình lọc ba bước tiên tiến bao gồm vi lọc siêu nhỏ, osmosis ngược và diệt khuẩn bằng ánh sáng tử ngoại và nước oxy. Kết quả được tiêm vào nguồn nước ngầm gần đó, để được bơm lên và xử lý đạt chuẩn nước uống bởi các công ty cung cấp địa phương.

Ở Singapore, nơi nước ngắn, Nhà máy Xử lý Nước Changi lớn lao lọc và tinh chế 237 triệu gallon nước thải mỗi ngày đạt chuẩn nước uống.

Nhưng mô hình tái sử dụng mới thực sự đổi mới hệ thống nước, địa phương hóa chúng một cách tương tự như những ngôi nhà và khu dân cư có hệ thống năng lượng mặt trời trên mái và cộng đồng đã biến đổi hệ thống năng lượng khỏi các nhà máy điện tập trung.

Tòa nhà và khu dân cư mới, theo Fiske, của Liên minh Quốc gia cho Đổi mới Nước, có lẽ một ngày không còn cần kết nối với đường ống cống và nguồn nước. Mọi người sẽ có thể xây dựng mà không cần phải liên quan đến cơ sở hạ tầng nước, chỉ cần sử dụng lại nước một cách không gian ảo. “Nước rơi xuống mái nhà ở hầu hết các nơi trên thế giới sẽ đủ để duy trì một ngôi nhà,” Fiske dự đoán, trích dẫn từ một nghiên cứu gần đây cho thấy phương pháp này có thể tiết kiệm ít nhất 75% nhu cầu nước.

Tái chế tại nơi không chỉ giúp tiết kiệm nước, mà còn có thể giảm chi phí bom nước qua những khoảng cách xa và chi phí liên quan đến việc đào đường để thay thế và lắp đặt đường ống. “Nước nặng,” Fiske nói, “Và chúng ta sống trên hành tinh có trọng lực. Vì vậy, hãy sử dụng nước ở nơi bạn sống lặp đi lặp lại.”

Trong khi ở một số tình huống, các hệ thống phân tán được kỳ vọng sẽ tiết kiệm tiền bằng cách giảm năng lượng cần thiết để bom nước, ở những nơi khác, chúng có thể yêu cầu nhiều điện năng hơn để bom nước qua tòa nhà.

Việc gia tăng sự phổ biến của việc tái chế nước sẽ cho phép nước được làm sạch theo các tiêu chuẩn khác nhau—hoặc các “hương vị” khác nhau—tùy thuộc vào mục đích sử dụng dự kiến, một khái niệm được gọi là “phù hợp với mục đích.” Nước dùng để xả toilet, ví dụ, không cần phải được làm sạch một cách cẩn thận như nước uống.

Các hệ thống tái chế đang được xây dựng tại San Francisco được coi là một thành công rộng rãi, và các đại diện từ các thành phố đang gặp khó khăn về nước trên thế giới đã đến đây để nghiên cứu phương pháp này.

Epic Cleantec đã thiết kế một hệ thống sẽ cung cấp 30,000 gallon mỗi ngày cho tòa nhà văn phòng Park Habitat, đang được xây dựng tại San Jose. Hệ thống nước thải đen của họ sẽ được sử dụng để tưới một bức tường xanh sống trên bề ngoài tòa nhà cao 20 tầng. Hệ thống thu thập nước từ mưa, tháp làm mát, bồn tắm, toilet và chậu rửa, sau đó lưu thông nó qua một quy trình xử lý đa bước ở tầng hầm. Các chất rắn được tách rời, tiệt trùng và chuyển thành chất bổ sung đất.

San Francisco đã “viết kịch bản và giảm rủi ro cho toàn bộ quá trình” bằng cách làm mịn các quy định cần thiết để xây dựng những hệ thống này, theo lời Aaron Tartakovsky, người sáng lập Epic Cleantec cùng với cha mình, Igor, và là Giám đốc điều hành của công ty. “Công nghệ để thực hiện điều này đã có từ lâu. Điều đã ngăn chặn sự áp dụng của công nghệ đã là những rào cản pháp lý. Mà không có bất kỳ kịch bản nào được thiết lập, không cách nào thực hiện được điều này. Những thành phố và tiểu bang đang xây dựng một kịch bản rõ ràng cho cách hệ thống này có thể được vận hành an toàn và hiệu quả.”

Tartakovsky cho biết hệ thống mà Epic Cleantec đang xây dựng có giá từ vài trăm nghìn đến vài triệu đô la. Anh ấy nói rằng khoản đầu tư sẽ mất khoảng bảy năm. Sau đó, có những tiết kiệm liên tục đáng kể về chi phí nước và thoát nước có sự biến động từ tòa nhà này sang tòa nhà khác.

Heather Cooley, giám đốc nghiên cứu cho Viện Thái Bình Dương tại Oakland, một tổ chức độc lập nghiên cứu về bền vững nước và là tác giả của một báo cáo về các hệ thống phân tán và sự linh hoạt của nước, tin rằng các hệ thống tại chỗ là thiết yếu cho tương lai nước của California. “Những hệ thống tại chỗ và phân phối này là một bổ sung hứng thú vào loạt công cụ để đối mặt với thách thức thời tiết,” bà nói. “Chúng sẽ giúp xây dựng sự linh hoạt.” Tuy nhiên, bà thêm, “không có viên đạn bạc. Chúng sẽ không được áp dụng ở mọi tòa nhà mọi nơi.”

Có vẻ như ngược đời khi Ủy ban Dịch vụ Công cộng của San Francisco yêu cầu các tòa nhà mới giảm tiêu thụ nước thành phố: Sau tất cả, ủy ban này đang chịu trách nhiệm bán nguồn lực đó. Nhưng San Francisco có một chính sách tăng cường mật độ dân số ở trung tâm thành phố. Khi các tòa nhà ba và bốn tầng được thay thế bằng các tòa nhà 10 và 12 tầng, chi phí xây dựng cơ sở hạ tầng nước mới và tìm kiếm nguồn nước mới đang tăng cao.

Việc tái chế tại chỗ cũng đang diễn ra trong những gì được biết đến là các khu vực. Đại học California, Davis, có một hệ thống nước thải đen được sử dụng để tưới tiêu, và các khu phố mới đang mọc lên với các hệ thống tái chế lặp đóng của riêng họ. Ở San Diego, ví dụ, các nhà phát triển đang xây dựng một hệ thống khu vực lớn để tái chế nước thải đen tại một trung tâm mua sắm đang được chuyển đổi thành một quần thể văn phòng.

Quy mô khu vực là “quy mô đúng cho sự bền vững” đối với nước tái chế, theo lời Claire Maxfield, giám đốc văn phòng San Francisco của Atelier Ten, một công ty thiết kế và kỹ thuật có trụ sở tại London.

Maxfield dẫn dắt đội ngũ bền vững giúp thiết kế một hệ thống khu vực sử dụng ở Mission Rock, một khu phố đang được xây dựng kế bên sân vận động của San Francisco Giants. Nó sẽ thu thập nước thải đen từ một cống chính, lọc nó, sau đó gửi nó đến tất cả 17 tòa nhà của khu phố để sử dụng cho việc tưới tiêu và xả toilet. “Nó hoạt động rất tốt và rất hiệu quả chi phí” ở quy mô khu phố, nói Maxfield. “Nó chia sẻ chi phí, tốt cho sự linh hoạt và công bằng môi trường. Nó tốt hơn là bảo mọi người tự giải quyết vấn đề này.”

Một nghiên cứu gần đây đã phát hiện rằng cách tiếp cận tái chế nước này tăng khoảng 6% chi phí của một ngôi nhà đơn và 12% chi phí của một tòa nhà đa gia đình. Nhưng khi số người sử dụng những hệ thống này tăng lên, quy mô kinh tế bắt đầu phát huy tác dụng, làm cho nước tái chế ít tốn kém hơn nước thành phố.

Hydraloop, được tạo ra ở Hà Lan, là một công nghệ dựa trên máy ở nhà, một loại máy “rửa nước”. Nó tái chế đến 95% nước của một hộ gia đình, khử trùng dòng nước từ vòi sen và máy giặt để tưới cỏ, xả toilet và đổ bể bơi. Tổng lượng nước tiêu thụ giảm từ 25 đến 45%. Một công ty ở Vancouver sản xuất sản phẩm có tên RainStick, tái chế nước từ vòi sen nhiều lần trong khi bạn tắm.

Nguồn cản đối với sự thay đổi quy mô lớn hơn trong nhà ở là gì? Yếu tố sợ dơ, các chuyên gia nói. Khi chúng ta nói về việc tái chế có “rất nhiều nỗi sợ” trong giới xây dựng và kiến trúc sư, nói Maxfield, mặc dù cô tin rằng điều đó có thể được vượt qua.

Đó là lý do, bà nói, tại sao phân tán của hệ thống nước và chất thải dường như định sẽ đóng một vai trò quan trọng trong một thế giới cần nước. Không ai nói về carbon trong thiết kế các tòa nhà cách đây 20 năm, Maxfield nói. “Và bây giờ mọi người đều làm. Nước sẽ có khoảnh khắc đó.”

Cập nhật 27-6-2023 5:36 chiều giờ địa phương: Câu chuyện đã được cập nhật để sửa một số chi tiết về Salesforce Tower và Atelier Ten.