El gobierno federal informa que 40 estados esperan escasez de agua para 2024 y las preocupaciones por el agua ya afectan a algunas ciudades de los Estados Unidos. Los acuíferos subterráneos que fueron sobreexplotados durante años ahora claman por ser reposición. El problema es que las dos estrategias principales para aumentar el suministro de agua - recolectar la escorrentía de aguas pluviales y reciclar las aguas residuales tratadas - generalmente son procesos separados que pueden crear una infraestructura costosa y subutilizada.

Ahora, dos ingenieros ambientales de Stanford han desarrollado una herramienta de planificación computacional llamada AquaCharge que ayuda a las empresas de agua urbanas a observar sus circunstancias locales y comprender cómo podrían combinar estas dos estrategias de suministro de agua en un sistema integrado, sistema eficiente y rentable que repone los acuíferos.

Esta herramienta de planificación y este enfoque híbrido son tan innovadores que la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles honró recientemente a Jonathan Bradshaw, un estudiante de posgrado en ingeniería civil y ambiental, y Richard Luthy, profesor de ingeniería civil y ambiental, para desarrollar AquaCharge.

"Las ideas de reciclar las aguas residuales y capturar las aguas pluviales no son nuevas, ", dijo Luthy." Lo nuevo aquí es pensar en cómo combinar lo que habían sido sistemas separados en un solo enfoque para recargar el agua subterránea ".

Costo frente a necesidad

Ninguna estrategia para aumentar el suministro de agua está libre de inconvenientes. Varias empresas de servicios públicos de California recolectan aguas pluviales, como la lluvia que cae por las laderas de las montañas durante la temporada de lluvias, y canalizarlo en grandes "cuencas de expansión, "que son esencialmente estanques con fugas que son lo suficientemente porosos como para que el agua se filtre hacia un acuífero. Los acuíferos sirven como bancos de almacenamiento natural, retener agua para uso futuro en lugar de dejar que se lave al océano.

Aunque este enfoque es eficaz, Las cuencas de expansión requieren una gran cantidad de tierra que a menudo está infrautilizada. Esto se debe a que los ingenieros generalmente diseñan las cuencas para que sean lo suficientemente grandes como para capturar y procesar grandes volúmenes de agua durante la temporada de tormentas. Como consecuencia de este diseño, las cuencas permanecen en gran parte inactivas durante los meses secos. Según algunas estimaciones, Las cuencas de expansión de Los Ángeles se filtran en promedio solo el 12 por ciento de su capacidad anual teórica. No todos los distritos tienen acceso a tierras que pueden estar inactivas gran parte del año.

El reciclaje de aguas residuales plantea un conjunto diferente de desafíos. Algunas empresas de servicios públicos tratan las aguas residuales hasta el punto de que se pueden utilizar de forma segura para el riego agrícola o para ciertos fines industriales. como circular por las torres de enfriamiento de una central eléctrica. Dichos usos reducen la carga sobre los acuíferos u otras fuentes de agua.

Sin embargo, Las regulaciones requieren que esta agua reciclada sea transportada por una tubería separada de las tuberías de agua potable. Aunque muchas ciudades tienen un gran potencial para producir agua reciclada, el alto costo de tales sistemas de tuberías separados significa que solo una pequeña fracción de este potencial se desarrolla realmente. Y así, la mayoría de las aguas residuales tratadas regresan al mar, o en ríos y arroyos.

Un sistema híbrido

Con estas compensaciones, Las regiones pueden decidir que los requisitos de la tierra o los costos de las tuberías las conduzcan hacia uno u otro sistema. Sin embargo, otras comunidades han desarrollado enfoques híbridos que combinan las dos estrategias.

Condado de Orange, California, que se ha convertido en líder en la reposición de aguas subterráneas, purifica sus aguas residuales para que estén lo suficientemente limpias para beber y luego bombea esta agua reciclada altamente purificada a cuencas de expansión para recargar el acuífero subterráneo de la región. Esto es análogo a la captura de aguas pluviales en el sentido de que el agua se filtra de nuevo a los bancos de almacenamiento subterráneos. excepto que la fuente de agua es agua residual purificada en lugar de lluvia o deshielo.

Inspirado por líderes en la reutilización del agua como el condado de Orange, Los investigadores de Stanford crearon AquaCharge para ayudar a otras autoridades locales a comparar las compensaciones entre diferentes diseños a fin de encontrar el sistema más rentable en su región.

El software analiza factores como la disponibilidad de cuencas de expansión y suministros de aguas pluviales, el potencial para producir agua reciclada y opciones para instalar tuberías de agua reciclada.

"Nuestro método no solo le permite pensar en un nuevo tipo de sistema híbrido de reabastecimiento de agua, ", Dijo Bradshaw." También ayuda a determinar qué tipo de sistema cumplirá los objetivos de una ciudad al menor costo ".

Luthy dijo que AquaCharge podría mejorar enormemente el uso y la reutilización del agua. California, por ejemplo, actualmente recicla alrededor del 15 por ciento de sus efluentes de aguas residuales tratadas disponibles. A los planificadores estatales del agua les gustaría duplicar o triplicar esa cantidad para 2030.

Al permitir que las comunidades realicen cálculos complejos que revelen los costos y beneficios de las estrategias de reutilización, Luthy dice:"AquaCharge podría ayudar al estado a alcanzar ese objetivo".