Le laboratoire de Stanford construit une eau

Alors que l'Ouest américain fait face à une sécheresse sans précédent, une solution prometteuse est l'expansion des programmes et de la technologie de recyclage de l'eau. Le William and Cloy Codiga Resource Recovery Center (CR2C) de Stanford a été stimulé par la demande de solutions et continue de se développer dans le cadre de sa mission de recherche sur la récupération et le recyclage des ressources en eau et en énergie.

Ces dernières années, les systèmes d'approvisionnement en eau de l'Ouest américain ont subi de plus en plus de pressions, aboutissant à la grave sécheresse actuelle. Les ressources en eau sont rares en Occident, et pourtant la population continue de croître, conduisant à une recherche urgente de solutions durables.

"Le fait que nous soyons de retour dans une sécheresse quelques années après avoir été dans une grave sécheresse - c'est problématique, et c'est un vrai problème", a déclaré Newsha Ajami, directrice de la politique de l'eau urbaine au programme Water in the West de Stanford. "C'est un problème vraiment problématique, surtout parce que nous connaissons des sécheresses plus sèches et plus chaudes qu'auparavant."

Mais en raison de l'histoire de la sécheresse, la plupart des juridictions californiennes se sont attaquées au "fruit le plus bas" en termes de conservation de l'eau, a déclaré le directeur exécutif du CR2C, Sebastien Tilmans MS '10 Ph.D. '15 a dit. La solution ne consiste donc pas simplement à réduire davantage la consommation d'eau, car une grande partie de la demande actuelle en eau est assez rigide ; au lieu de cela, le recyclage de l'eau, a déclaré Tilmans, est essentiel pour un système d'eau durable à long terme.

Mais le financement et la réglementation sont à la traîne. De nombreux systèmes actuels de recyclage de l'eau en Californie, dont beaucoup ont été construits autour de l'adoption de la Clean Water Act en 1972, approchent ou dépassent la fin de leur cycle de vie. Plus important encore, ils utilisent une technologie qui consomme une quantité importante d'électricité pour fonctionner. Et c'est là que les initiatives de recherche du CR2C entrent en jeu.

CR2C est un centre de recherche actif sur le campus de Stanford, niché derrière un poste de police et une banque. Il se compose d'une collection sans prétention de passerelles, de tuyaux colorés, de réservoirs et de compteurs, tous protégés des éléments par un auvent métallique. Les réservoirs et les tuyaux permettent une expérimentation active sur les eaux usées réelles qui sont siphonnées de la sortie des eaux usées de Stanford.

Tout matériau résultant des expériences est ensuite réinséré dans le flux d'eaux usées régulier de Stanford, qui s'écoule vers l'usine de traitement des eaux usées de Palo Alto pour être traité comme des eaux usées normales. Bien que tout ce que CR2C produit actuellement dans ses réservoirs soit strictement à des fins de recherche, l'objectif final serait que les eaux usées traitées à l'aide des procédés testés par CR2C soient réutilisées dans des systèmes d'eau réels.

Les recherches menées au CR2C sont variées, mais la vedette du programme est un projet testant de nouvelles méthodes de traitement biologique anaérobie des eaux usées. Actuellement, un tel traitement biologique est généralement aérobie, effectué à l'aide de types de bactéries qui nécessitent un pompage constant d'oxygène. Ce processus utilise une quantité massive d'énergie et produit des sous-produits indésirables, notamment du dioxyde de carbone.

Le traitement anaérobie, qui ne nécessite pas d'oxygène, est généralement considéré comme trop lent pour une utilisation commerciale à grande échelle. Mais le système anaérobie que CR2C teste, appelé Staged Anaerobic Fluidized Membrane Bioreactor (SAF-MBR), non seulement ne nécessite aucun pompage d'oxygène, mais il produit même du méthane, qui peut ensuite être utilisé pour produire de l'énergie.

Selon Tilmans, contrairement aux usines de traitement énergivores courantes d'aujourd'hui, la production d'énergie modélisée de la combustion du méthane produit dans une installation SAF-MBR est supérieure à l'énergie nécessaire pour faire fonctionner le système à pleine échelle.

"Vous pourriez voir un avenir dans lequel ces usines de traitement pourraient être converties en centrales électriques vertes", a déclaré Tilmans. "Donc, non seulement vous produisez de l'eau propre, mais vous produisez également de l'énergie renouvelable."

Dans le prolongement des tests SAF-MBR, CR2C s'est récemment associé à Silicon Valley Clean Water, un groupe de traitement des eaux usées de la Bay Area, pour construire un site de traitement de test secondaire à Redwood City. Ce deuxième site est essentiellement une version plus grande de celui du campus de Stanford, construit pour mener d'autres expériences à plus grande échelle.

Ce système de Redwood City a été mis en ligne plus tôt cette année, et le SAF-MBR a eu des résultats prometteurs. Fonctionnant à pleine capacité depuis le mois dernier, la qualité de l'eau qui en résulte a atteint le niveau cible.

À l'heure actuelle, les eaux usées ne sont récupérées qu'à un point où elles peuvent être rejetées dans l'environnement en toute sécurité. La prochaine phase de la recherche consiste à tester des technologies qui, espère CR2C, pourront amener les eaux usées jusqu'à la qualité potable.

La sécheresse actuelle dans l'Ouest accélère de manière unique l'urgence du type de travail que fait CR2C. Bien que la sécheresse soit un phénomène courant dans la région, cette fois-ci, les réserves d'eau traditionnelles telles que l'accumulation de neige, les bassins d'eau souterraine et les réservoirs n'ont pas eu la chance de se rétablir entre les sécheresses comme ils le font normalement, selon Ajami du programme Water in the West.

"Parce que nous étions dans une période de sécheresse, que nous sommes sortis et que quelques années plus tard, nous y sommes retournés, notre système ne s'est pas complètement rétabli", a déclaré Ajami. "Cela teste définitivement la résilience de notre environnement, notre système dans son ensemble."

Tester cette résilience est là où la récupération des eaux usées entre en jeu, et CR2C espère montrer son potentiel. "Nous essayons en quelque sorte de transformer les points de vue des gens sur les eaux usées en les considérant comme des déchets dangereux qui doivent être atténués pour les considérer comme un minerai qui doit être purifié", a déclaré Tilmans.

"Je considère le recyclage de l'eau comme essentiel à notre stratégie en Californie, et je pense qu'il ne s'agit pas de savoir si nous allons recycler l'eau, mais quand et comment", a-t-il ajouté.

L'Université n'est pas non plus à l'abri de la sécheresse et réfléchit de manière critique à ces questions de conservation et de gestion de l'eau, d'autant plus que l'Université a des plans d'expansion. La consommation d'eau est passée de 2,5 millions de gallons par jour en 2000 à 1,5 million de gallons par jour aujourd'hui.

Mais comme l'a dit Tilmans à propos des municipalités de Californie, "les économies" faciles "ont été réalisées", comme l'a écrit Tom Zigterman, directeur principal des ressources en eau et des infrastructures civiles à Stanford, dans un e-mail. "Mais nous pouvons faire encore plus", a-t-il ajouté, énumérant des plans allant de la capture des eaux pluviales à l'utilisation de l'eau non potable du lac pour l'irrigation comme voies que l'Université poursuit pour atténuer davantage les conditions de sécheresse.

Tilmans et CR2C espèrent pouvoir figurer sur cette liste ; des discussions ont eu lieu avec l'Université au sujet d'un partenariat pour la construction d'une installation de recyclage de l'eau à grande échelle sur le campus. Mais jusqu'à présent, l'Université n'a pris aucun engagement.

Tilmans espère que Stanford fera éventuellement le saut.

"Dans le monde d'aujourd'hui, c'est en quelque sorte nécessaire - c'est la chose la plus prudente à faire", a-t-il déclaré à propos de la mise en œuvre de programmes robustes de recyclage de l'eau. "Nous pensons que c'est sans aucun doute la bonne voie à suivre et permettrait essentiellement à Stanford de continuer à diriger sur les questions de durabilité en démontrant une voie à suivre."

Cet article a été corrigé pour clarifier que l'objectif éventuel du CR2C de réinsérer l'eau traitée dans l'approvisionnement en eau n'est pas spécifiquement lié au système d'eau de Stanford et pour refléter que, bien que l'utilisation de l'eau par l'Université ait diminué, aucun bâtiment du campus n'utilise les eaux grises pour les toilettes ou toute autre utilisation.

Evan Peng '22 est un rédacteur de nouvelles et ancien rédacteur en chef de magazine et rédacteur en chef de la photographie. Il vient de San Diego, Californie (Go Padres !) et étudie la linguistique. Retrouvez-le sur Instagram @evan.png ou sur Twitter @thepngfile.