Вся жизнь на Земле зависит от воды. Использование человеком включает питье, купание, полив сельскохозяйственных культур, выработку электроэнергии, производственную деятельность. Для некоторых из этих целей, вода требует обработки перед использованием. За последнее столетие, основные задачи очистки воды остались прежними-производство воды, биологически и химически безопасной, для потребителей, и не вызывающей коррозии.
ВодопотреблениеВ 2005 году общее потребление воды в США, по оценкам, 410 000 000 000 галлонов в день . Термоэлектрическая мощность и орошения составляли крупнейший забор.
Использование на душу населения в западных штатах примерно на 44% выше, чем в восточных штатах, в первую очередь из–за объема воды, используемой для орошения сельскохозяйственных культур на западе.
В 2005 году в Калифорнии и Техасе приходилось 16% всех пресноводных заборов в США, по сравнению с 18% в 2000 году. В Техасе снижается общее потребление воды на 10%, с уровнями 2000. В Флориде и Калифорнии приходилось 40% забора соленой воды в США.
Источники водыПоверхностные источники составляют 80% всех водных ресурсов. Около 153000 систем в государственной собственности обеспечивают водопроводной водой потребителей, из которых примерно 51 000 (34%) являются сообществом водных систем. 18% всех сообществ способны обеспечить водой 92% населения.
В 2006 году сообщества доставили в среднем 96 000 галлонов в год каждому потребителю.
Потребление энергииЧетыре процента от общего потребления электроэнергии США идет на поставку и очистку воды и сточных вод. Потребление электроэнергии составляет около 80% муниципальной обработки воды и расходов на сбыт.
Поставка подземных вод из открытых источников требуется 1824 киловатт-часов на каждый миллион галлонов. На 30% больше электроэнергии тратится на перекачку воды для систем подземных вод, в связи с более высокими требованиями.
Проект «Вода» штата Калифорния является крупнейшим потребителем энергии в Калифорнии, потребляя 5000000000 кВт в год, в среднем–более 25% от общего объема потребления электроэнергии в течение всего штата Нью-Мексико. В процессе доставки воды из Сан-Франциско в Южную Калифорнию, в проекте используется 2%–3% всей электроэнергии, потребляемой в стране.
Рисунок 1 – Диаграммы
Закон о безопасности питьевой воды, вступивший в силу в 1974 году и поправками в 1986 и 1996 годах, регулирует содержание загрязняющих веществ в общественных водах , обеспечивает финансирование инфраструктурных проектов, защищает источники питьевой воды.
Типичные вещества, нарушающие стандарты питьевой воды включают в себя: микробиалы органику (например, летучие органические соединения и синтетические органические химикаты) и неорганические вещества (например, нитраты, мышьяк, радионуклиды, свинец, медь и т.д.).
Из всех сообществ, 91% предназначены для дезинфекции воды, 23% предназначены для удаления или изоляции железа, 13% предназначены для удаления или изоляции марганца, и 21% предназначены для контролирования коррозии .
Жизненный цикл. Воздействия
Требования к инфраструктуреВ 2011 году инфраструктура питьевой воды была обследована и оценена. Установлено, что водные системы США должны инвестировать $ 384 200 000 000 в течение следующих 20 лет, чтобы продолжить обеспечение чистой и безопасной питьевой водой.
64% ($ 247 500 000 000) от общего национального инвестиционного фонда необходимо для передачи и распределения. Оставшиеся 36% потребности для лечения ($ 72500000000), хранение ($ 39,5 млрд), развития источника ($ 20,5 млрд.), и других систем ($ 4,2 млрд.).
Системы водоснабжения поддерживают более 2 миллионов миль распределительных сетей.
В 2000 году почти 80% систем были младше 40 лет, в то время как 4% были старше 80 лет.
С 2001 по 2006, более 56000 миль распределительных сетей были заменены, и 225000 миль были недавно добавлены.
Требования к электричествуПоставка пресной воды общественным учреждения, которым потребовалось около 31 млрд. кВт электроэнергии в 2000 году.
Исследование проектов потребления электроэнергии показало, что потребление превысит 36 млрд кВт к 2020 году и 46 млрд кВт к 2050 году. Это увеличение производства электроэнергии может привести к экологической проблеме, величина которой будет напрямую зависеть от вырабатывающих энергию ископаемых, атомной энергии, гидроэнергетики, солнечной энергии, ветра и биомассы.
Потребительское использованиеПотребительское использование это деятельность, которая вытягивает воду из источника в бассейне и возвращает только часть или ничего из забранной воды в бассейне. Возможно, потерянная вода испарилась в атмосферу естественным путем через растения и листья.
56% пресной воды для орошения теряется в результате потребительского использования.
На орошения приходится 81% от общих потерь пресной воды через потребительского использования. Потребительское использование оставшихся секторов-промышленности, термоэлектрических, бытовых, животноводства, аквакультуры, и горно-общественного пользования и убытков всего лишь 19%. Общий объем пресной воды потребительского использование в Соединенных Штатах, согласно сообщениям, 94 л в день.
Решения и альтернативы
ПредложенияОсновные компоненты, которые предлагают значительные возможности повышения энергоэффективности включают насосные системы , насосы, и двигатели.
Периодические восстановление , ремонт и замена водопроводной инфраструктуры будет способствовать улучшению качества воды и способствует избежанию утечек .
Достижение на месте эффективности использования энергии и химического использования, для минимизации жизненного цикла на окружающую среду , связанных с производством и распределением энергии и химических веществ, используемых в процессе ремонта и распределения.
Сократить использование химикатов, утилизации шлама и рекуперации и повторного использования химических веществ.
Использовать на производстве энергии из возобновляемых источников, таких как солнечная и ветер.
Эффективное управление водоразделом для защиты источника воды часто являются более экономически эффективным и экологически безопасным , чем обработка загрязненной воды . Например , Нью-Йорк решил инвестировать от $ 1-1,5 млрд. в природоохранный проект переломным для улучшения качества воды в водораздел Кэтскилл / Делавэр , а не строить новый завод фильтрации по стоимости капитала $ 6-8 миллиарда.
Только 0,4% от США пресной воды поступает из солоноватой или соленой воды. Опреснения технологии, такие как с мембраной обратного осмоса фильтрации, разблокировок больших ресурсов , но необходимы дополнительные исследования, чтобы снизить затраты , использование энергии, и воздействия на окружающую среду .
СпросЛучшая инженерная практика:
- – сантехника по сокращению потребления воды, например, туалеты высокоэффективные, низкого расхода , душ и кран аэраторы.
- – вторичное использование и переработка воды, например, грязной и дождевой.
- – эффективные методы орошения.
Более эффективное планирование и практика управления:
- – Ценообразование и модифицированные программы.
- – Правильное системы обнаружения утечек и замер.
- – программы «Жилой аудит» воды и просветительские программы.
Список использованной литературы:
- Kenny, J., et al. (2009) Estimated Use of Water in the United States in 2005. U. S. Geological Survey.
- U. S. Environmental Protection Agency (EPA) (2013) Fiscal Year 2011 Drinking Water and Ground Water Statistics Report.
- U. S. EPA (2009) 2006 Community Water System Survey.
- Tiemann, M. (2006) Safe Drinking Water Act: Implementation and Issues. Congressional Research Service.
- Electric Power Research Institute, Inc. (2002) Water & Sustainability (Volume 4): U.S. Electricity Consumption for Water Supply & Treatment – The Next Half Century.
- Natural Resources Defense Council (2004) Energy Down the Drain: The Hidden Costs of California’s Water Supply.
- U. S. EPA (2013) Drinking Water Infrastructure Needs Survey and Assessment –Fifth Report to Congress.
- U. S. EPA (2002) Community Water System Survey 2000.
- Solley, W., et al. (1993) Estimated Use of Water in the United States in 1990. U. S. Geological Survey.
- Water Research Foundation (2011) Energy Efficiency Best Practices for North American Drinking Water Utilities.
- U. S. EPA (2012) “Going Green: Renewable Energy Options for Water Utilities.”
- Chichilnisky and Heal (1998) Economic returns from the biosphere. Nature, 391: 629-630.
- The National Academies (2008) Desalination: A National Perspective.
- U. S. EPA (2012) “How to conserve water and use it efficiently.”
- Photo courtesy of U. S. Department of Agriculture, Natural Resources Conservation Service