Le tecnologie di riciclo dell’acqua sviluppate per lo spazio stanno aiutando un arido occidente americano

WChe tu viva nel West americano in rapida essiccazione o che tu sia a bordo della Stazione Spaziale Internazionale per un periodo di sei mesi, avere abbastanza acqua per vivere è una preoccupazione costante. Mentre il cambiamento climatico continua a devastare le falde acquifere occidentali e mentre l’umanità si spinge ulteriormente nel sistema solare, le sfide per l’approvvigionamento potabile che affrontiamo oggi non faranno che aumentare. alcune delle ricerche all’avanguardia sul riciclaggio dell’acqua in orbita della NASA stanno tornando sulla Terra.

Sulla terra

In California, ad esempio, il dalle case e dalle imprese dello stato, dai tombini e dal deflusso collegato al tetto, si fa strada attraverso più di 100.000 miglia di linee fognarie dove – salvo – alla fine finisce in uno dei 900 impianti di trattamento delle acque reflue dello stato. Il modo in cui l’acqua viene trattata dipende dal fatto che sia destinata al consumo umano oa usi non potabili come l’irrigazione agricola, il miglioramento delle zone umide e il rifornimento delle acque sotterranee.

adotta un approccio in più fasi per il recupero delle sue acque reflue potabili. I solidi di grandi dimensioni vengono prima filtrati dai fluidi in entrata utilizzando schermi meccanici nelle vitone dell’impianto di trattamento. Da lì, le acque reflue fluiscono in una vasca di decantazione dove viene rimossa la maggior parte dei solidi rimanenti, depositati nei digestori anaerobici dopo essere sprofondati sul fondo della piscina. L’acqua viene quindi inviata alla lavorazione secondaria dove viene aerata con batteri che fissano l’azoto prima di essere spinta in un’altra vasca di decantazione o chiarificazione. Infine viene filtrato attraverso una fase di pulizia terziaria di filtri polimerici cationici dove vengono rimossi eventuali residui solidi. Entro il 2035, mentre Aurora, in Colorado, e Atlanta, in Georgia, hanno già iniziato ad aumentare le loro riserve di acqua potabile con il riutilizzo potabile.

“Ci sono ulteriori vantaggi oltre a un approvvigionamento idrico sicuro. Se non fai affidamento sull’importazione di acqua, significa che c’è più acqua per gli ecosistemi nel nord della California o in Colorado “, ha affermato il professore di Stanford William Mitch, in . “Stai ripulendo le acque reflue e quindi non stai scaricando acque reflue e potenziali contaminanti sulle spiagge della California”.

Gli impianti di trattamento delle acque reflue in California devono affrontare una serie di sfide, il note, comprese le infrastrutture obsolete; contaminazione da prodotti farmaceutici smaltiti in modo improprio e deflusso di pesticidi; richieste della popolazione combinate con flussi ridotti a causa della siccità indotta dal cambiamento climatico. Tuttavia, la loro capacità di fornire acqua incontaminata supera effettivamente la natura.

“Ci aspettavamo che le acque potabili riutilizzate sarebbero state più pulite, in alcuni casi, rispetto all’acqua potabile convenzionale a causa del fatto che per esse viene condotto un trattamento molto più esteso”, ha affermato Mitch in uno studio di ottobre su . “Ma siamo rimasti sorpresi dal fatto che in alcuni casi la qualità dell’acqua di riutilizzo, in particolare le acque trattate con osmosi inversa, fosse paragonabile alle acque sotterranee, che tradizionalmente sono considerate le acque di qualità più elevata”.

Anche i solidi estratti dalle acque reflue vengono pesantemente trattati durante il riciclaggio. La spazzatura del primo stadio viene inviata alle discariche locali, mentre i solidi biologici filtrati dal secondo e terzo stadio vengono inviati alle camere anaerobiche dove la loro decomposizione genera che può essere bruciata per la produzione elettrica e convertita in fertilizzante ricco di azoto per uso agricolo.

New York, per esempio, dai suoi oltre 1.200 impianti di trattamento delle acque reflue (WWTP) in tutto lo stato. Tuttavia, meno di un decimo degli impianti (116 in particolare) utilizza effettivamente quei fanghi per produrre biogas, secondo un rapporto del 2021 del ed è “principalmente utilizzato per alimentare gli impianti e per la produzione combinata di calore ed elettricità degli WWTP”.

L’acqua non potabile può essere trattata in modo ancora più diretto e, in alcuni casi, . Acque reflue, acque piovane e Potere come l’acqua le piante della hall e gli sciacquoni dopo essere stati catturati e trattati in un (ONWS).

EPA

“Le crescenti pressioni sulle risorse idriche hanno portato a una maggiore scarsità d’acqua e a una crescente domanda di fonti idriche alternative”, il . “Il riutilizzo dell’acqua non potabile in loco è una soluzione che può aiutare le comunità a recuperare, riciclare e quindi riutilizzare l’acqua per scopi non potabili”.

In orbita

A bordo della ISS, gli astronauti hanno ancora meno margine di manovra nell’uso dell’acqua perché la stazione è un sistema a circuito chiuso isolato nello spazio. Anche perché SpaceX fa pagare 2.500 dollari a libbra di carico (dopo le prime 440 libbre, per le quali fa pagare 1,1 milioni di dollari) da mandare in orbita su uno dei suoi razzi — e l’acqua liquida è pesante.

Sistema idrico della ISS

ESA

Mentre la ISS riceve la spedizione occasionale di acqua sotto forma di contenitori per l’acqua di emergenza a forma di borsone da 90 libbre per sostituire ciò che è invariabilmente perso nello spazio, i suoi abitanti si affidano alla complicata rete di leve e tubi che vedi sopra e sotto per recuperare ogni goccia di umidità possibile e trasformarla in potabilità. Il Water Processing Assembly della stazione può produrre fino a 36 galloni di acqua potabile ogni giorno dal sudore, dal respiro e dall’urina dell’equipaggio. Quando è stato installato nel 2008, le esigenze di consegna dell’acqua della stazione . Funziona in combinazione con l’Urine Processor Assembly (UPA), l’Oxygen Generation Assembly (OGA), il reattore Sabatier (che ricombina l’ossigeno libero e l’idrogeno scissi dall’OGA in acqua) e i sistemi di controllo ambientale rigenerativo e sistemi di supporto vitale (ECLSS) per mantenere la stazione “” e . I cosmonauti nel segmento russo della ISS si affidano a un sistema di filtraggio separato che raccoglie solo il deflusso delle docce e la condensa e quindi richiedono consegne di acqua più regolari per mantenere i loro serbatoi pieni.

Sistema idrico ISS 2

ESA

Nel 2017, la NASA ha aggiornato il WPA con un nuovo filtro ad osmosi inversa per “ridurre la massa di rifornimento del letto multi-filtrazione WPA e migliorare il catalizzatore per il reattore catalitico WPA per ridurre la temperatura e la pressione operativa”, ha annunciato l’agenzia quell’anno. “Anche se il WRS [water recovery system] ha funzionato bene dall’inizio delle operazioni nel novembre 2008, sono state identificate diverse modifiche per migliorare le prestazioni complessive del sistema. Queste modifiche mirano a ridurre i rifornimenti e migliorare l’affidabilità complessiva del sistema, il che è vantaggioso per la missione ISS in corso e per le future missioni con equipaggio della NASA”.

Uno di questi miglioramenti è il Brine Processor Assembly (BPA) aggiornato consegnato nel 2021, un filtro che filtra più sale dall’urina degli astronauti per produrre più acqua recuperata rispetto al suo predecessore. Ma c’è ancora molta strada da fare prima di poter trasportare in sicurezza gli equipaggi attraverso lo spazio interplanetario. La NASA osserva che il WPA che è stato consegnato nel 2008 era originariamente valutato per recuperare l’85% dell’acqua nelle urine dell’equipaggio, anche se da allora le sue prestazioni sono migliorate all’87%.

Diagramma BPA

NASA

“Per lasciare l’orbita terrestre bassa e consentire l’esplorazione di lunga durata lontano dalla Terra, dobbiamo chiudere il circuito dell’acqua”, ha aggiunto Caitlin Meyer, vice project manager per Advanced Exploration Systems Life Support Systems presso il Johnson Space Center della NASA a Houston. “Gli attuali sistemi di recupero dell’acqua urinaria utilizzano la distillazione, che produce una salamoia. Il [BPA] accetterà quell’effluente contenente acqua ed estrarrà l’acqua rimanente.

Quando l’urina post-trattata viene quindi mescolata con la condensa recuperata e attraversa nuovamente il WPA, “il nostro recupero idrico complessivo è di circa il 93,5 percento”, Layne Carter, International Space Station Water Subsystem Manager presso Marshall, . Per arrivare in sicurezza su Marte, la NASA calcola di aver bisogno di un tasso di recupero del 98% o superiore.

Ma anche se l’attuale tecnologia di riciclaggio all’avanguardia della ISS non è abbastanza per portarci su Marte, sta già avendo un impatto planetario. Ad esempio, all’inizio degli anni 2000 la società Argonide ha sviluppato un sistema di filtrazione dell’acqua in nanofibra “NanoCeram” con il supporto finanziario della NASA per piccole imprese. Il filtro utilizza microscopiche fibre di allumina caricate positivamente per rimuovere praticamente tutti i contaminanti senza limitare eccessivamente la portata, generando infine la deposizione delle uova .

“La doccia inizia con meno di un litro d’acqua e la fa circolare a una velocità da tre a quattro galloni al minuto, un flusso maggiore di quello fornito dalla maggior parte delle docce convenzionali”, . “Il sistema controlla la qualità dell’acqua 20 volte al secondo e l’acqua più inquinata, come quella dello shampoo, viene scaricata e sostituita. Il resto passa attraverso il filtro NanoCeram e poi viene bombardato con luce ultravioletta prima di essere rimesso in circolo”. Secondo l’Istituto svedese per il controllo delle malattie trasmissibili, l’acqua risultante è più pulita del rubinetto.

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