Wcho dù bạn sống ở miền Tây nước Mỹ đang khô hạn nhanh chóng hay đang ở trên Trạm vũ trụ quốc tế trong thời gian sáu tháng, có đủ nước để sống là một mối quan tâm thường xuyên. Khi biến đổi khí hậu tiếp tục tàn phá các tầng ngậm nước của phương Tây và khi nhân loại tiến xa hơn vào hệ mặt trời, những thách thức về nguồn cung cấp đồ uống mà chúng ta phải đối mặt ngày nay sẽ chỉ tăng lên.

, một số nghiên cứu tái chế nước trong quỹ đạo tiên tiến của NASA đang quay trở lại Trái đất.

Trên trái đất

Ví dụ, ở California,

từ các ngôi nhà và cơ sở kinh doanh của tiểu bang, cống thoát nước mưa và dòng chảy từ mái nhà, sẽ đi qua hơn 100.000 dặm đường cống nơi nó — trừ — cuối cùng kết thúc tại một trong 900 nhà máy xử lý nước thải của tiểu bang. Cách nước đó được xử lý tùy thuộc vào việc nó được dành cho mục đích tiêu dùng của con người hay các mục đích sử dụng không uống được như tưới tiêu nông nghiệp, cải thiện vùng đất ngập nước và bổ sung nước ngầm.

thực hiện một cách tiếp cận gồm nhiều bước để thu hồi nước thải uống được. Đầu tiên, các chất rắn lớn được lọc ra khỏi chất lỏng đi vào bằng cách sử dụng các màn chắn cơ học tại các công trình đầu của nhà máy xử lý. Từ đó, nước thải chảy vào bể lắng nơi hầu hết các chất rắn còn lại được loại bỏ — bùn được chuyển đến bể phân hủy kỵ khí sau khi chìm xuống đáy bể. Sau đó, nước được gửi đến quá trình xử lý thứ cấp, nơi nước được sục khí bằng vi khuẩn cố định đạm trước khi được đẩy vào một bể lắng hoặc làm trong khác. Cuối cùng, nó được lọc qua giai đoạn làm sạch bậc ba của bộ lọc polyme cation, nơi mọi chất rắn còn lại được loại bỏ. Đến năm 2035,

trong khi Aurora, Colorado và Atlanta, Georgia, đều đã bắt đầu tăng cường nguồn cung cấp nước uống của họ bằng tái sử dụng có thể uống được.

“Có những lợi ích bổ sung ngoài nguồn cung cấp nước an toàn. Nếu bạn không phụ thuộc vào việc nhập khẩu nước, điều đó có nghĩa là sẽ có nhiều nước hơn cho các hệ sinh thái ở phía bắc California hoặc Colorado,” giáo sư William Mitch của Stanford, cho biết trong

. “Bạn đang làm sạch nước thải, và do đó bạn không xả nước thải và các chất gây ô nhiễm tiềm ẩn ra các bãi biển của California.”

Các nhà máy xử lý nước thải ở California phải đối mặt với một số về những thách thức, ghi chú

, bao gồm cả cơ sở hạ tầng cũ kỹ; ô nhiễm từ dược phẩm và thuốc trừ sâu được xử lý không đúng cách; nhu cầu dân số kết hợp với dòng chảy giảm do hạn hán do biến đổi khí hậu gây ra. Tuy nhiên, khả năng cung cấp nước tinh khiết của chúng thực sự vượt trội so với tự nhiên.

“Chúng tôi kỳ vọng rằng nước uống được tái sử dụng sẽ sạch hơn, trong một số trường hợp, so với nước uống thông thường do Mitch lập luận trong một nghiên cứu vào tháng 10 năm rằng thực tế là họ được điều trị rộng rãi hơn nhiều.

. “Nhưng chúng tôi ngạc nhiên rằng trong một số trường hợp, chất lượng của nước tái sử dụng, đặc biệt là nước được xử lý bằng thẩm thấu ngược, có thể so sánh với nước ngầm, vốn được coi là nước có chất lượng cao nhất theo truyền thống.”

Các chất rắn lấy ra từ nước thải cũng được xử lý triệt để trong quá trình tái chế. Rác từ giai đoạn đầu tiên được gửi đến các bãi chôn lấp địa phương, trong khi các chất rắn sinh học được lọc từ giai đoạn thứ hai và thứ ba được gửi đến các buồng kỵ khí nơi tạo ra quá trình phân hủy của chúng

có thể đốt cháy để sản xuất điện và chuyển đổi thành phân bón giàu nitơ dùng trong nông nghiệp.

Mới York, chẳng hạn,

từ hơn 1.200 nhà máy xử lý nước thải trên toàn tiểu bang (WWTP) . Tuy nhiên, chưa đến 1/10 số nhà máy (cụ thể là 116) thực sự sử dụng bùn đó để sản xuất khí sinh học, theo một báo cáo năm 2021 từ , và “chủ yếu được sử dụng để cung cấp nhiên liệu cho các cơ sở và để tạo ra nhiệt và điện kết hợp của các WWTP.”

Nước không uống được thậm chí có thể được xử lý trực tiếp hơn và, trong một số trường hợp,

. Nước thải, nước mưa và có thể như tưới cây ở sảnh và dội nước nhà vệ sinh sau khi bị bắt và xử lý trong một (ONWS).

EPA

“Áp lực ngày càng tăng đối với tài nguyên nước đã dẫn đến tình trạng khan hiếm nước trầm trọng hơn và nhu cầu ngày càng tăng đối với các nguồn nước thay thế,”

. “Tái sử dụng nước không uống được tại chỗ là một giải pháp có thể giúp cộng đồng thu hồi, tái chế và sau đó tái sử dụng nước cho mục đích nước không uống được.”

Trên quỹ đạo

Trên ISS, các phi hành gia thậm chí còn ít thời gian hơn trong việc sử dụng nước của họ do nhà ga là một hệ thống khép kín bị cô lập trong không gian. Cũng bởi vì SpaceX tính phí 2.500 đô la cho mỗi pound hàng hóa (sau 440 pound đầu tiên, nó tính phí 1,1 triệu đô la) để đưa vào quỹ đạo trên một trong những tên lửa của nó – và nước ở dạng lỏng là nặng.

ESA

Mặc dù ISS thỉnh thoảng nhận được nước vận chuyển dưới dạng các Thùng chứa nước dự phòng hình túi vải thô nặng 90 pound để thay thế những gì thường xuyên bị mất trong không gian, cư dân của nó dựa vào mạng lưới đòn bẩy phức tạp và các ống mà bạn nhìn thấy bên trên và bên dưới để thu hồi mọi lượng hơi ẩm có thể và xử lý nó thành khả năng uống được. Hệ thống xử lý nước của trạm có thể sản xuất tới 36 gallon nước uống mỗi ngày từ mồ hôi, hơi thở và nước tiểu của thủy thủ đoàn. Khi nó được lắp đặt vào năm 2008, nhu cầu cung cấp nước của trạm . Nó hoạt động cùng với Tổ hợp Bộ xử lý Nước tiểu (UPA), Tổ hợp Tạo Oxy (OGA), lò phản ứng Sabatier (tái kết hợp oxy tự do và hydro bị OGA phân tách trở lại nước) và các hệ thống Hệ thống Hỗ trợ Sự sống và Kiểm soát Môi trường Tái tạo (ECLSS) để duy trì trạm “” và . Các nhà du hành vũ trụ trong khu vực ISS của Nga dựa vào một hệ thống lọc riêng biệt chỉ thu thập nước mưa và nước ngưng tụ, do đó yêu cầu cung cấp nước thường xuyên hơn để giữ cho bể chứa của họ luôn đầy.

ESA

Vào năm 2017, NASA đã nâng cấp WPA với bộ lọc thẩm thấu ngược mới nhằm “giảm khối lượng tiếp tế của Giường đa lọc WPA và cải thiện cơ quan đã công bố vào năm đó. “Mặc dù WRS đã hoạt động tốt kể từ khi các hoạt động bắt đầu vào tháng 11 năm 2008, một số sửa đổi đã được xác định để cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống. Những sửa đổi này nhằm mục đích giảm tiếp tế và cải thiện độ tin cậy của hệ thống tổng thể, điều này có lợi cho sứ mệnh ISS đang diễn ra cũng như cho các sứ mệnh có người lái của NASA trong tương lai.”

Một cải tiến như vậy là Bộ xử lý nước muối (BPA) nâng cấp được ra mắt vào năm 2021, một bộ lọc giúp lọc thêm muối ra khỏi nước tiểu của phi hành gia để tạo ra nhiều nước tái chế hơn so với thiết bị tiền nhiệm. Nhưng vẫn còn một chặng đường dài trước khi chúng ta có thể vận chuyển phi hành đoàn một cách an toàn qua không gian liên hành tinh. NASA lưu ý rằng WPA được giao vào năm 2008 ban đầu được đánh giá là có thể thu hồi 85% lượng nước trong nước tiểu của phi hành đoàn mặc dù hiệu suất của nó sau đó đã được cải thiện lên 87%.