Att leverera vatten till stadsbor kan bli mycket effektivare, enligt Rice University forskare som säger att det bör involvera en hälsosam nivå av återvunnet avloppsvatten.

Att använda Houston som modell, forskare vid Rice's Brown School of Engineering har utvecklat en plan som kan minska behovet av ytvatten (från floder, reservoarer eller brunnar) med 28 % genom att återvinna avloppsvatten för att göra det drickbart igen.

Även om kostnaden för energi som behövs för framtida avancerade reningssystem skulle vara betydande, de säger att besparingarna som uppnås genom att komplettera färskvatten som skickas på avstånd med "direkt återanvändning av dricksvatten" av kommunalt avloppsvatten skulle mer än kompensera för kostnaden.

Och vattnet skulle vara bättre att starta.

En omfattande modell av den miljömässiga och ekonomiska påverkan och fördelarna med ett sådant system utvecklades av Rice-forskare associerade med National Science Foundation-stödda Nanosystems Engineering Research Center for Nanotechnology-Enabled Water Treatment (NEWT).

Rismiljöingenjör Qilin Li är motsvarande författare och postdoktorala forskningen Lu Liu huvudförfattare till studien som visas i Naturens hållbarhet .

Det visar hur Houstons planerade omkonfiguration av sitt nuvarande avloppsvattenreningssystem, genom vilket det så småningom kommer att konsolidera antalet reningsverk från 39 till 12, kan förbättras till "framtidssäker" vattendistribution i staden.

"All teknik som behövs för att behandla avloppsvatten till dricksvattenkvalitet är tillgänglig, " sa Li. "Frågan är att idag, de är fortfarande ganska dyra. Så en mycket viktig del av uppsatsen är att titta på hur billig tekniken behöver bli för att det hela ska vara vettigt ekonomiskt och energimässigt."

Avancerad vattenrening råkar vara föremål för intensiva studier av forskare och ingenjörer vid de många institutionerna, inklusive ris, associerad med NEWT.

"Ett annat sätt att förbättra dricksvattnet skulle vara att minska dess restid, " sa hon. Vatten som levereras av ett system med många distributionspunkter skulle plocka upp färre kemiska och biologiska föroreningar på vägen. Houston, hon noterade, har redan välfördelad avloppsvattenrening, och att göra det vattnet drickbart skulle underlätta kortare restider till hemmen.

Modellen visar att det alltid kommer att finnas en avvägning mellan anskaffning av dricksvatten, energin som krävs för att behandla den, kostnaden för att transportera den utan att påverka dess kvalitet, och försöker hitta en rimlig balans mellan dessa faktorer. Studien utvärderade dessa motstridiga mål och uttömmande undersökte alla möjligheter att hitta system som uppnår en balans.

"I sista hand, vi vill veta hur vårt nästa generations vattenförsörjningssystem ska se ut, " sa Li. "Hur påverkar systemets skala distributionen? Skulle det vara en gigantisk, centraliserad vattenkälla eller flera mindre distribuerade källor?

"Isåfall, hur många källor ska det finnas, hur stort område ska varje tillhandahålla och var ska de ligga? Det här är alla frågor vi studerar, " sa hon. "Många människor har pratat om det här, men väldigt lite kvantitativt arbete har gjorts för att visa siffrorna."

Li erkände att Houston kanske inte är den mest representativa för stora kommunala infrastruktursystem eftersom stadens avloppssystem redan är mycket distribuerat, men dess vattenförsörjningssystem är det inte. Utmaningen med att ha en mycket centraliserad vattenförsörjning demonstrerades av ett dramatiskt 96-tums vattenavbrott i februari som avbröt mycket av stadens försörjning.

"Det var ett extraordinärt exempel, men det finns många små läckor som inte upptäcks under jord som potentiellt släpper in föroreningar i hemmen, " Hon sa.

Studien tittade bara på direkt återanvändning av dricksvatten, som modellen visar som ett mer ekonomiskt alternativ för etablerade städer, men hon sa att det bästa alternativet för en ny utveckling – det vill säga, att bygga ett distributionssystem för första gången – kan vara att ha separat leverans av dricksvatten och icke-drickbart vatten.

"Det skulle vara oöverkomligt kostnadsmässigt på en plats som Houston, men det skulle vara billigare för ett nytt samhälle, där avloppsvatten kan renas minimalt, inte riktigt drickbart men tillräckligt för bevattning eller spolning av toaletter, " sa Li.

"Även om det kanske skulle vara till Houstons fördel att använda interneringsdammar som redan finns i hela staden för att lagra dagvatten och behandla det för icke-drickbart bruk."