Il governo federale riferisce che 40 stati prevedono carenze idriche entro il 2024 e le preoccupazioni per l'acqua già affliggono alcune città degli Stati Uniti. Le falde acquifere sotterranee che sono state sfruttate per anni ora chiedono di essere ricostituite. Il problema è che le due strategie principali per aumentare l'approvvigionamento idrico – raccolta delle acque piovane e riciclaggio delle acque reflue trattate – sono solitamente processi separati che possono creare infrastrutture costose e sottoutilizzate.

Ora due ingegneri ambientali di Stanford hanno sviluppato uno strumento di pianificazione computazionale chiamato AquaCharge che aiuta i servizi idrici urbani a considerare le circostanze locali e a capire come potrebbero combinare queste due strategie di approvvigionamento idrico in un sistema integrato, sistema efficiente ed economico che reintegra le falde acquifere.

Questo strumento di pianificazione e approccio ibrido sono così innovativi che l'American Society of Civil Engineers ha recentemente onorato Jonathan Bradshaw, uno studente laureato in ingegneria civile e ambientale, e Richard Luthy, professore di ingegneria civile e ambientale, per lo sviluppo di AquaCharge.

"Le idee di riciclaggio delle acque reflue e di cattura delle acque piovane non sono nuove, " ha detto Luthy. "La novità qui è pensare a come combinare quelli che erano sistemi separati in un unico approccio per ricaricare le acque sotterranee".

Costo vs necessità

Nessuna delle strategie per aumentare l'approvvigionamento idrico è esente da inconvenienti. Un certo numero di servizi pubblici in California raccolgono acqua piovana, come le piogge che si riversano sui fianchi delle montagne durante la stagione delle piogge, e incanalarlo in grandi "bacini spargitori, " che sono essenzialmente stagni con perdite che sono abbastanza porosi da permettere all'acqua di percolarsi di nuovo in una falda acquifera. Le falde acquifere fungono da banche di stoccaggio naturali, trattenere l'acqua per un uso futuro invece di lasciarla dilavare nell'oceano.

Sebbene questo approccio sia efficace, i bacini di spandimento richiedono una grande quantità di terreno spesso sottoutilizzato. Questo perché in genere gli ingegneri progettavano i bacini in modo che fossero abbastanza grandi da catturare ed elaborare grandi volumi d'acqua durante la stagione delle tempeste. Come conseguenza di questo disegno, i bacini rimangono in gran parte inattivi durante i mesi secchi. Secondo alcune stime, I bacini di diffusione di Los Angeles percolano in media solo il 12% della loro capacità teorica annuale. Non tutti i distretti hanno accesso a terreni che possono rimanere inutilizzati per gran parte dell'anno.

Il riciclaggio delle acque reflue pone una serie diversa di sfide. Alcune utility trattano le acque reflue al punto che possono essere utilizzate in sicurezza per l'irrigazione agricola o per determinati scopi industriali, come la circolazione attraverso le torri di raffreddamento di una centrale elettrica. Tali usi riducono l'onere per le falde acquifere o altre fonti d'acqua.

Però, le normative prevedono che questa acqua riciclata sia convogliata in una tubazione separata dalle tubazioni dell'acqua potabile. Sebbene molte città abbiano un grande potenziale per la produzione di acqua riciclata, l'alto costo di tali sistemi di tubazioni separati significa che solo una piccola frazione di questo potenziale viene effettivamente sviluppata. E così la maggior parte delle acque reflue trattate torna in mare, o in fiumi e torrenti.

Un sistema ibrido

Con questi compromessi, le regioni possono decidere che i requisiti del terreno oi costi delle condutture le spingano verso l'uno o l'altro sistema. Però, altre comunità hanno sviluppato approcci ibridi combinando le due strategie.

Orange County, California, che è diventata leader nel rifornimento delle acque sotterranee, purifica le sue acque reflue in modo che siano sufficientemente pulite da bere, quindi pompa quest'acqua riciclata altamente purificata in bacini di diffusione per ricaricare la falda acquifera sotterranea della regione. Questo è analogo alla cattura delle acque piovane, nel senso che l'acqua torna indietro nei depositi sotterranei, tranne che la fonte d'acqua è acque reflue purificate piuttosto che pioggia o neve sciolta.

Ispirato dai leader del riutilizzo dell'acqua come Orange County, i ricercatori di Stanford hanno creato AquaCharge per aiutare altre autorità locali a confrontare i compromessi tra i diversi progetti al fine di trovare il sistema più conveniente nella loro regione.

Il software prende in considerazione fattori quali la disponibilità di bacini di spandimento e approvvigionamenti di acqua piovana, il potenziale per la produzione di acqua riciclata e le opzioni per l'installazione di condutture per l'acqua riciclata.

"Il nostro metodo non solo ti permette di pensare a un nuovo tipo di sistema ibrido di reintegro dell'acqua, "Ha detto Bradshaw. "Aiuta anche a determinare quale tipo di sistema soddisferà gli obiettivi di una città al minor costo".

Luthy ha affermato che AquaCharge potrebbe migliorare notevolmente l'uso e il riutilizzo dell'acqua. California, ad esempio, attualmente ricicla circa il 15% delle sue acque reflue trattate disponibili. I pianificatori idrici statali vorrebbero raddoppiare o triplicare tale importo entro il 2030.

Consentendo alle comunità di effettuare calcoli complessi che rivelano costi e benefici delle strategie di riutilizzo, Luthy dice, "AquaCharge potrebbe aiutare lo stato a raggiungere questo obiettivo".