Оптимальное проектирование сетей повторного использования воды в городах посредством разработки и тестирования инструментов поддержки принятия решений

npj Чистая вода, том 6, Артикульный номер: 23 (2023) Цитировать эту статью

1069 доступов

27 Альтметрика

Подробности о метриках

Нехватка воды и засухи становятся растущей проблемой во многих частях мира. В контексте городских систем водоснабжения переход к замкнутому циклу может подразумевать очистку и повторное использование сточных вод. Планирование и оценка проектов повторного использования воды требуют от лиц, принимающих решения, оценки затрат и выгод альтернативных сценариев. Ручные или полуавтоматические подходы по-прежнему широко распространены при планировании сетей распределения как питьевой, так и оборотной воды. Эта работа иллюстрирует инструмент поддержки принятия решений, который на основе открытых источников данных и теории графов в сочетании с жадными алгоритмами оптимизации способен автоматически рассчитывать оптимальную сеть оборотной воды для данного сценария. Инструмент предусматривает не только максимальное количество подаваемой оборотной воды на единицу вложенных затрат, но и необходимую длину и диаметры труб, расположение и размеры накопительных резервуаров, численность обслуживаемого населения, стоимость строительства, т.е. все, что под та же самая архитектура. Полезность инструмента проиллюстрирована на примере двух разных, но дополняющих друг друга городов с точки зрения размера, плотности и топографии. Стоимость строительства оптимальной сети оборотной воды для города с населением около 100 000 жителей оценивается в диапазоне 0,17–0,22 евро/м3 (при сроке окупаемости 30 лет).

Водные ресурсы ограничены и неравномерно распределены в пространстве и времени. Нехватка воды и засухи являются растущей проблемой во многих регионах, по крайней мере, сезонно, с точки зрения интенсивности и частоты1. Туризм признан одним из наиболее важных секторов потребления воды в местном, региональном и глобальном масштабах2,3, поскольку его жизнеспособность и устойчивость зависят от достаточного количества и качества воды4.

В контексте городских систем водоснабжения переход к замкнутому циклу и минимизации потребления питьевой воды требует перепроектирования водной инфраструктуры, включая очистку (сточных) вод и повторное использование воды5. Очищенные сточные воды можно использовать для непитьевых целей, включая орошение, смыв туалетов, мойку автомобилей, уборку и промышленные нужды6, где необходимо тщательно выбирать соответствующие технологии. Законодательство ЕС (EU 2020/741) устанавливает минимальные требования, особенно для целей повторного использования воды в сельском хозяйстве. Однако он конкретно не регулирует повторное использование воды в туристических объектах или повторное использование воды для общих городских нужд, таких как смыв в туалетах. Испания является одной из пяти европейских стран, помимо Кипра, Греции, Франции и Италии, которые ввели национальные юридически обязательные правила повторного использования воды (RD 1620/2007). Испанское регулирование повторного использования воды, по сути, в настоящее время является регулированием в ЕС с наибольшим количеством четко определенных применений повторного использования воды, включая смыв туалетов и орошение садов. Помимо Европы, другие страны мира, такие как США, Австралия, Сингапур и Южная Африка, также разрешают использовать очищенную воду в городах и специально для бытовых нужд. Кроме того, ожидается, что все больше и больше стран вскоре будут рассматривать повторное использование воды как надежный альтернативный ресурс. Несколько муниципалитетов в Испании (например, Сан-Кугат-дель-Вальес) продвигают повторное использование воды в многоэтажных зданиях7,8. Тем не менее, возможности применения по-прежнему очень ограничены, а соответствующая информация в литературе практически отсутствует.

Эффективное и устойчивое повторное использование воды требует осуществимых проектов повторного использования воды (т.е. установок по очистке воды и ее распределения по потенциальным потребителям). Планирование и оценка проектов повторного использования воды требуют от лиц, принимающих решения, ответа на ряд вопросов, касающихся таких вопросов, как: (i) наилучшая третичная/усовершенствованная очистка, которая должна быть реализована, (ii) количество пользователей/пользователей в городе (т. е. сколько сточные воды необходимо утилизировать) и (iii) как выбрать оптимальную водораспределительную сеть. Ответ на эти вопросы требует рассмотрения различных проблем (экологических, экономических) и технологий восстановления воды и потенциального использования очищенной воды, одновременно оценивая затраты и выгоды всех сценариев с помощью различных критериев.