wastewater infastructure

8/10/2019 Wastewater Infastructure

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4 6 M B Beck and R G Cummings

i n w h i c h i t e x i s ts . Th e s e c o n s i d e r a t i o n s h a v e l e d u s t o re f l e c t o n t h e c i t y s i m p a c t o n

t h at e n v i r o n m e n t o v e r g e o l o g i c a l t i m e , o n w h a t m i g h t b e a d e s ir a b l e f o r m f o r t h e

r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e c i t y a n d i t s e n v i r o n m e n t , a n d o n t h e c h o i c e o f t e c h n o l o g i e s

t h a t m i g h t b e p r e f e r r e d f o r t h e c o m p o s i t i o n o f th e c i t y s i n f r a s tr u c t u re . Th i s l a s t , w h i c h

w i l l b e t h e f o c u s o f o u r d i s c u s s i o n , c a n n o t , o f c o u r s e , b e d i v o r c e d f r o m s o c i o e c o n o m i c

q u e s t i o n s o f th e a c c e p t a b i l i t y t o t h e p u b l i c o f t e c h n o l o g i c a l c h a n g e i n a n in f r a s tr u c t u re .

F o r t h e p u r p o s e o f t h is p a p e r o u r i n t e r e s t i n t h e s u s t a i n a b l e c i t y d e b a t e i s in t h e

f r e e d o m i t h a s e n g e n d e r e d : t o d a r e t o b r e a k c e r t a i n m o u l d s o f c o n v e n t i o n a l t h i n k i n g .

Th u s , g i v e n t h e m y r i a d p r o b l e m s f a c i n g c i t i e s t h a t a r i s e f r o m a m o r e c o m p l e t e e x p l o i t a -

t i o n o f w a t e r r e s o u r c e s , t h e i r m o r e i n t e n s i v e u s e a n d r e - u s e , a n d t h e t h r e a t ( o r a c t u a l-

i ty ) o f d e g r a d e d w a t e r q u al it y , a m o r e p r o f o u n d f o r m o f en q u i r y h a s b e e n b r o u g h t t o

b e a r o n t h e q u e st i o n o f w h e t h e r t h e m a n n e r i n w h i c h t h e w a s t e w a t e r i n fr a s tr u c tu r e o f

a c it y i s o r g a n i s e d i s c a p a b l e o f i m p r o v e m e n t , p e r h a p s e v e n radical i m p r o v e m e n t . I n

s h o r t , o u r t a s k i s t o e x p l o r e t h e q u e s t i o n :

If we did not have the present urban system of sewer networks and wastewater

treatment facilities, would we re-invent and adopt them or, given what we know

now, would we opt for (potentially radically) different alternatives?

A c o m p l e t e a n s w e r t o th i s q u e s t i o n i s w e l l b e y o n d t h e s c o p e o f t hi s p a p e r a n d i s n o t

y e t a v a i l a b l e ( i f it e v e r w e r e t o b e ) . W h a t i s m o r e , a c i t y s i n f r a s t r u c tu r e h a s m a n y

p a r t s a n d i t i s h e l p f u l o n l y u p t o a p o i n t t o s e p a r a t e o u t f o r a n a l y s i s i t s w a s t e w a t e r

c o m p o n e n t . I n t h e n e x t s e c t i o n w e s h a l l d i s c u s s b r i e f l y h o w t h e s t r u c t u r e a n d t e c h n o l -

o g y o f a c i t y s w a s t e w a t e r i n f ra s t r u ct u r e h a s e v o l v e d , o v e r d e c a d e s a n d c e n t u r ie s . O u r

p u r p o s e i s t o g i v e a s e n s e o f t h e d y n a m i c s o f c h a n g e i n t h e l o n g e r t e rm , a s a b a s i s

f r o m w h i c h t o s p e c u l a t e o n s o m e p o s s i b l e e x t r a p o l a t i o n s i n t o t h e f u t u r e . Th e f o l l o w -

i n g s e c t i o n e x a m i n e s t w o p r i n c i p l e s b y w h i c h o n e m i g h t a t t e m p t t o d i s c r i m i n a t e b e t w e e n

more and le ss des i rab le a l te rna t ives fo r th i s in f ras t ruc tu re . In deve lop ing these p r inc ip les

w e s h a ll m a k e a n a p p ea l - - c o m m o n n o w i n t h e l a te 2 0 th c e n t u r y - - t o t h e a n a l o g y o f

t h e s y s t e m , i n o u r c a s e t h e c i t y , a s a n o r g a n i s m . A r m e d t h e n w i t h t h e s e p r i n c i p l e s , t h e

p e n u l t i m a t e s e c t i o n s e t s o u t a v i s io n o f t h r e e s t r a t e g i c p a t h s t h a t m i g h t b e p u r s u e d i n t o

t h e m e d i u m - a n d l o n g - t e r m f u t ur e : a d a p ta t io n , w i t h t h e u s e o f s o m e h i g h t e c h n o lo g y ,

o f th e e x i s t i n g p a r a d i g m o f w a s t e w a t e r i n f r a s t ru c t u r e s ; a r e - o r i e n ta t i o n o f t h e p u r p o s e

o f t h is p a r a d i g m ; o r c h a n g e , o f a m o r e s u b s t a n t i a l n a t u r e , t o a q u i t e d i f f e re n t s t r u ct u r e .

Th e f i n a l s e c t i o n p r e s e n t s t h e c o n c l u s i o n s t o t h e a r g u m e n t .

G E O L O G I C A L T I M E A N D T H E I M P A C T O F T H E C I T Y

O u r n e e d i s f i r s t t o d e f i n e t h e s y s t e m t h a t w e a r e a b o u t t o a n a l y s e , i t s i n p u t s a n d i t s

o u t p u ts . T h e re i s a l s o a n e e d f o r a c o n v e n i e n t a n d i l lu m i n a t in g i m a g e o f h o w w e

s h o u l d v i e w t h e w e l l - b e i n g o r o t h e r w i s e o f th i s s y s t e m a n d , i n d e e d , i ts i nt e r-

r e l a t i o n s h i p w i t h i t s s u r r o u n d i n g e n v i r o n m e n t . O u r p o i n t o f d e p a r t u r e i s t h a t c i t i e s a r e

a s s o c i a t e d w i t h f l o w s o f e n e r g y a n d m a t e r ia l s. A t t h is m a c r o s c o p i c l e v e l w e i m a g i n e

t h e c i ty t o b e a s a c o m p l e x o r g a n i sm , j u s t a s b e l o w w e s h al l h a v e t o v i e w t h e e n v ir o n -

m e n t i n a s i m i l a r f a s h i o n . I n i t s m e t a b o l i s m t h e c i t y c o n s u m e s r e s o u r c e s a n d g e n e r a t e s

w h a t w e c o n v e n t i o n a l ly r e g a r d a s w a s t e p r o d u c t s . ~

I t i s d i f fi c u lt , o f c o u r s e , a f t e r s o m e r e f l e c t i o n o n w h e r e t h e s e m a t e r i a l s c o m e f r o m

( a s i n f o o d , f o r e x a m p l e ) , t o a v o i d f a l l i n g i n t o t h e t r a p o f e q u a t i n g t h e s y s t e m o f t h e

c i t y w i t h t h e e n t i r e g l o b a l s y s t e m . I n f a c t , i t i s n o t a t a l l e a s y t o d e f i n e w h a t s h o u l d

c o n s t i t u t e t h e system t h a t p i e c e o f t h e r e a l w o r l d i n w h i c h o n e h a s a s p e c i a l i n te r e s t

- - w h e n i n r e a li ty t h in g s m o v e i n c y c l e s , n o t a b l y t h e h y d ro l o g i c a l c y c l e a n d s o m e

i n t e r t w i n e d g l o b a l m a t e r i a l f l o w s . Bu t i n o r d e r t o m a k e a n y p r o g r e s s w e s h a l l h a v e t o

c u t o u r i m a g e o f t h e s y s t e m o u t a n d a w a y f r o m t h e s e a m l e s s w e b o f i n te r a ct i on s i n

w h i c h i t s i t s . S o l e t u s n o w f o c u s o u r a t t e n t i o n m o r e n a r r o w l y o n p r e c i p i t a t i o n a n d

o t h e r d e p o s i t s o n t h e u r b a n l a n d s u r f a c e a s o u r p r i m a l

inputs

a n d o n s t r e a m f l o w a n d


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W as tew ater In f i as t ruc tur e 4 7

i ts bu rd en o f cons t i tuen t s a s the outputs o f p r i ma r y c o n c e r n t o u s . T h e s y s t e m, t h e r e f o r e ,

c o m p r i s e s j u s t t h e t e r re s tr ia l c o m p o n e n t o f t h e h y d r o l o g i c a l c y c l e an d t h e w a s t e w a t e r

c o mp o n e n t o f t h e c i t y ' s i n f r a s t r u c t u r e . S t i l l mo r e n a r r o wl y , t h e r e f o r e , t h i s d o e s n o t

inc lude the co r respond ing e lem ent o f in f ras t ruc tu re fo r the supp ly o f po tab le and indus tr i a l

wa t e r t o c o n s u me r s i n t h e c i t y .

L e t u s e x a m i n e t h e n h o w t h e c it y , a n d i ts a s s o c i a t e d w a s t e w a t e r in f r a s t r u c tu r e , h a v e

e v o l v e d a n d wh a t h a s b e e n t h e i r i mp a c t , wh e n v i e we d a s a t r a n s i e n t p e r t u r b a t i o n o f

t h e p r e - e x i s t i n g ' p r is t i n e ' h y d r o l o g y o f a r i v e r b as i n , i n a n i n s t a n t o f g e o l o g i c a l t i me .

At t h e o n s e t o f t h e p e r t u r b a t i o n , t h e r e wa s mi g r a t i o n o f p o p u l a t i o n i n t o t h e c i t y ; t h e n

t h e i n s t a l l a t i o n o f a c e n t r a l l y o r g a n i s e d wa t e r s u p p l y t o t h e c i t y ; t h e i n s t a l l a t i o n o f

s e we r a g e f o r a v o i d i n g f l o o d i n g f r o m p r e c i p i t a t i o n o v e r t h e n e wl y c r e a t e d i mp e r v i o u s

s u r f a c e s ; e x t e n s i o n a n d a d a p t a t i o n o f t h e n o t i o n o f s e we r a g e a n d t h e u s e o f wa t e r f o r

t h e c o n v e y a n c e o f wa s t e s o u t o f t h e c o n f i n e d s p a c e s o f th e c i ty ; f o l lo we d b y wa s t e wa t e r

t r e a t m e n t a t a r e g i o n a l f a ci l it y ; a n d t h e n s u c c e s s i v e l y m o r e e f f e c t i v e wa s t e w a t e r t re a t -

m e n t .

Ov e r t h e d e c a d e s a n d c e n t u r i e s a l o c a l p r o b l e m o f s o i l p o l l u t i o n , f r o m t h e p r a c t i c e

o f l a n d a p p l i c a t i o n o f s e wa g e i n a n e a r l i e r r u r a l s o c i e t y , h a s b e e n t r a n s f o r me d i n t o a

r e g i o n a l p r o b l e m o f wa t e r p o l l u t i o n . As t h e wa s t e wa t e r i n f r a s t r u c t u r e o f t h e c i t y h a s

b e c o m e m o r e c o m p r e h e n s i v e - - a t le a st w i t h in t h e p a r a d i g m o f E u r o p e a n a n d N o r t h

A m e r i c a n c it i e s - - t h is r e g i o n a l p r o b l e m o f wa t e r p o l lu t i o n h a s , i n t u r n , b e c o m e a

p r o b l e m o f s o l i d - w a s t e m a n a g e m e n t . F o r t h e c o n c o m i t a n t o f c o n v e n t i o n a l t e c h n o l o -

g i e s o f wa s t e wa t e r t r e a t me n t , d r i v e n b y t h e g o a l o f r e s t o r i n g t h e q u a l i t y o f t h e c i t y ' s

l i q u i d r e s i d u a l t o a n e a r p r i s t i n e s t a t e , i s a n e v e r i n c r e a s i n g v o l u me o f r e c a l c i t r a n t

s e wa g e - d e r i v e d s o l i d r e s i d u a l s .

I n s h o r t , u r b a n d e v e l o p m e n t t o d a y i n E u r o p e , N o r t h A m e r i c a a n d e l s e w h e r e c a n

h a r d l y b e i ma g i n e d i n t h e a b s e n c e o f s e we r a g e , i . e . a wa t e r - b a s e d s y s t e m o f wa s t e

r e mo v a l , a n d t h e b i o t e c h n i c a l p r o c e s s e s g e n e r a l l y b e l i e v e d t o b e i n d i s p e n s a b l e t o

c o n t e m p o r a r y w a s t e w a t e r t re a t m e n t . T h e t r e e - li k e p a tt e rn o f t h e m o d e r n c i t y ' s s e w e r

n e t wo r k wi t h a l l r o u t e s l e a d i n g t o t h e ' c e n t r a l i s e d ' wa s t e wa t e r t r e a t me n t f a c i l i t y , i s a

mi n d - s e t t h a t h a s b e e n h a r d t o d i s l o d g e , n o l e s s s o f o r o u r s e l v e s t h a n f o r a n y o n e e l s e .

M I T I G A T I O N O F I M PA C T: T H E P R I N C I PL E S B Y W H I C H T O C H O O S E A M O N G

A L T E R N A T I V E S

T h i s q u i c k l y d r a w n s k e tc h o f t h e d y n a m i c s o f c i t y i n f r a st r u c tu r e d e v e l o p m e n t t el ls u s

s o m e t h i n g , i n r a t h e r n ar r o w t e r m s , o f t h e s y s t e m ' s c o n s e q u e n c e s f o r th e e n v i r o n m e n t .

I t t e l l s u s n o t h i n g , h o we v e r , o f t h e ' d e s i r a b i l i t y ' o f t h e s e c o n s e q u e n c e s o r o f wh e t h e r

m o v e m e n t i s to w a r d s , o r a w a y f r o m , a s y m p a t h e t i c re l a ti o n s h ip b e t w e e n t h e c it y a n d

i ts e n v i r o n m e n t . F o r o u r p r a g m a t i c p u r p o s e s , i .e . w i t h o u t a n y d e e p i n t e ll e c tu a l j u s t if i c a -

t i o n t h e r e o f , we s h a l l n o w d e f i n e t wo p e r s p e c t i v e s o n t h e p o s s i b l e n a t u r e o f s u c h a

' s y mp a t h e t i c r e l a t i o n s h i p ' .

lobal material flows

P l a c i n g t h e c i t y a n d i ts w a s t e wa t e r i n f r a s t r u c t u r e b a c k i n t o t h e s e a ml e s s w e b o f i n te r a c -

t i o n s t h a t is t h e g l o b a l s y s t e m, we m a y t a k e a n e q u a l l y s t r a t e g i c v i e w o f th e r o l e o f t h e

c i t y i n t h e c y c l e o f th i n g s . In d e e d , i n ma n y wa y s w e m i g h t n o t b e c o n s i d e r i n g g lo b a l

e n v i r o n m e n t a l c h a n g e a n d s u s t ai n a b il i ty w e r e i t n o t f o r t h e c h a n g e s o b s e r v e d i n c a r b o n -

b e a r i n g m a t e r ia l s i n t h e a t m o s p h e r e a n d t h e d i s t o r ti o n s i n t r o d u c e d i n t o t h e g l o b a l c a r b o n

( C ) c y c l e b y a n t h r o p o g e n i c a c t i v i t i e s . C a r b o n i s n o t t h e o n l y c y c l e o f ma t e r i a l f l o w o f

i n t e r e s t i n j u d g i n g t h e i mp a c t o f t h e c i t y a n d i t s wa s t e wa t e r i n f r a s t r u c t u r e . N i t r o g e n - ,

p h o s p h o r u s - a n d s u l p h u r - b e a r i n g ma t e r i a l s , t o g e t h e r w i t h s y n t h e t i c o r g a n i c c h e mi c a l s ,

h e a v y m e t a l s p e c i e s a n d p a t h o g e n s , m a k e u p a t o t a l o f s e v e n g e n e r i c c a t e g o r i e s o f

' c o n t a mi n a n t s * o f p a r t i c u l a r i n t e r e s t t o t h e g e n e r a t i o n , c o l l e c t i o n , c o n v e y a n c e a n d


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4 8 M.B. Beck and R.G. Cummings

t r e a t m e n t o f w a s t e w a t e r f l o w s t h r o u g h t h e c i t y . T o t h e s e s e v e n c y c l e s a v i t a l i n t e r e s t i n

t h e h y d r o l o g i c a l c y c l e m a y b e a d d e d .

F o r a n y o n e o f t h e s e c y c l es s o m e q u a s i -p r i s ti n e c o n d i t i o n m a y b e i m a g i n e d , a s

r e p r e s e n t e d p i c t o r i a l l y i n F i g . l a . W e s u g g e s t , t h e r e f o r e , th a t a m i n i m a l d i s t o r t i o n o f

w h a t e v e r w e a g r e e m a y h a v e b e e n t h e n a tu r e o f th i s c y c l e a t s o m e p o i n t i n th e p a s t

s h o u l d b e o n e a t tr ib u t e o f a s y m p a t h e t i c re l a t io n s h i p b e t w e e n t h e c i ty a n d i ts e n v i r o n -

m e n t . 5 T h u s , i f t h e i m p a c t o f t h e c i t y h a s b e e n a d i s t o r t i o n o f t h i s c y c l e o f m a t e r i a l

f lo w s F i g. l b ) , t h is w o u l d a c c o rd i n g l y b e j u d g e d a s m o v e m e n t a w a y f r o m s y m p a t h y .

A n d w h a t w e s e e k u l t i m a t e l y i s a w a s t e w a t e r i n f r a s t r u c t u r e t h a t d o e s n o t e x a c e r b a t e

a n y s u c h d i s t o r t i o n , a s i n F i g . l c , b u t r a t h e r t e n d s t o c o m p e n s a t e f o r i t , a s i n F i g . l d .

I f F i g . l a w e r e t o r e p r e s e n t t h e h y d r o l o g i c a l c y c l e , f o r e x a m p l e , t h e i m p a c t o f th e

c i ty h a s i n d e e d b e e n i n th e f o r m o f e v o l u t i o n t o w a r d s F i g . l b , w i t h f u r th e r d i v e r g e n c e

t o w a r d s F i g . l c t h r o u g h t h e i n tr o d u c t i o n o f s e w e r a g e f o r th e p u r p o s e s o f d r a i n in g t h e

a)

Co)

c)

d)

Fig. 1. The cycle of global material flow s: a) pris tine, pre-c ity status; b) dis tortion introdu ced as a result of the city;

c) introduction of undesirable) waste wate r infrastructure exacerbating the dis tortions o f the city; and d) introduc-

tion of desirable) waste wate r infrastructure compensating fo r the dis tortions of the city .


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pectrum o f perturbations

T h e i d e a o f a ci ty h a v i n g a h a n g - o v e r i s p e r h a p s o v e r l y d r am a t i c a n d m a y h a v e p u s h e d

the ana logy w i th an o rgan i sm too f ar . G ive n t ha t we hav e a l r eady had t o s i de - s t ep the

i s sue o f de f i n ing sus t a inab i li t y , m ak in g any fu r t he r appea l t o t he hea l t h o f a c i ty o r t o

e n v i r o n m e n t a l h e a l t h m a y b e c o u n t e r - p r o d u c ti v e . F o r t h e s e t o o a re h o t l y d e b a t e d

i s sues , e spec i a l l y t he l a t t e r , and we sha l l ye t aga in be fo r ced t o p roceed w i th t he

ana logy w i thou t any de ep i n t e l le c tua l j u s t i f ic a t i on fo r the t e rms we a r e u s ing .

In o rde r t o e s tab l i sh th i s ana logy , cons ide r t ha t the w e l l - be ing o f ou r own o rga n i sm

i s in m a n y w a y s g a u g e d b y t h e a m p l i t u d e a n d f r e q u e n c y o f a h o s t o f o s c il la t o ry p a t -

t e rn s i n t he obse rved b eha v iou r o f t he bod y (pu l s e -r a t e ; e l e c t roca rd iog ram s igna l s ) .

O u r s y s t e m h e r e in - - t h e b l o c k o f e a rt h o n w h i c h t h e c i ty s t a n d s, b e t w e e n t h e p o i n t o f

i m p a c t o f t h e r a in - d r o p a n d i t s e m e r g e n c e i n to t h e s t r e a m - - i s s u b je c t a n d r e s p o n s i v e

to pe r t u rba t i ons ac ros s t he en t i r e f r equency spec t rum. Osc i l l a t o ry changes a r e appa r -

en t i n t he l ong t e rm ove r mi l l enn i a , c en tu r i e s and decades ; we migh t c a l l t he se l ow-

f r equency d i s t u rbances , t yp i ca l l y a s soc i a t ed w i th changes i n c l ima t e , soc i e ty and t he

p reva i l i ng i ndus t r ia l ba se . A t t he op pos i t e end o f t he spe c t rum the sy s t e m w i l l al so be

sub j ec t t o r e l a ti ve ly h igh - f r eq uenc y pe r t u rba t i ons a t week ly , d iu rna l and hou r ly s ca le s ,

a r i s i ng f rom the hab i t s and work ing pa t t e rn s o f l i f e i n t he c i t y and i so l a t ed p r ec ip i t a -

t i on even t s .

Pu t t i ng a s ide o the r changes o f l and -use , we c ou ld sup pose t ha t t he f r equency spec t rum

o f t h e e n v i r o n m e n t s u r r o u n d i n g t h e c i t y i n s o m e p r e - c i t y , p r i s t i n e c o n d i t i o n m i g h t

have l ooked l i ke t he con t i nuous l i ne i n F ig . 2a . I t s abso lu t e shape i s no t impor t an t t o

the more r e l a t i v i st i c a rgu m en t tha t fo l l ows . The da shed l i ne in t he up pe r f i gu re i s a

r o u g h i m p r e s s i o n o f h o w t h e f r e q u e n c y s p e c t r u m o f t h e s y s t e m s r e s p o n s e ( th e

I n t e n s i t y

a )

I P r e 1 9 7 5 1

U r b a n

r i s t i n e , - - - ~ p o p f f l a t i o n

. . .. v _ . .. .- ~ - S e w e r s

I I I I I I . v

y m o

w

d

h mi

F r e q u e n c y

I n t e n s i t y

b ) [ P o s t 1 9 9 5 1

fistine,-- I a f i a s . t r u c t u r e , ~

I F a i l u r e s

I I I I I I v

y m o w h

m

requency

Fig. 2. Frequency spectrum of system perturbations: a) dashed line represents pre-1975 impact o f city; b) dashed

line represents possible post-1995 impact o f city. Continuous lin e represents possible pristine, pre-city cond ition.


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Wastewater nfrastructure 4

e n v i r o n m e n t s r e s p o n s e ) h a s b e e n m o d i f i e d b y t h e i m p a c t o f th e c i t y a nd t h e i n t r o d u c -

t io n o f a n a s s o c i a te d u r b a n d r a i n a g e s y s t e m . T h e a c c e l e r a t e d c o n v e y a n c e o f s u r fa c e

w a t e r s t h r o u g h t h e s e w e r n e t w o r k h a s a m p l i fi e d t h e r e s p o n s e o f t he r e c e i v in g w a t e r

b o d y a t t h e h i g h e r f r e q u e n c i e s . I n o t h e r w o r d s , t h e i n t ro d u c t i o n o f s e w e r s h a s l e s s e n e d

t h e p r o p o r t io n o f o s c i l la t i o n s o v e r w e e k s a n d m o n t h s t h a t m a k e u p t h e s y s t e m s r e s p o n s e

a n d i n c r e a s e d t h e c o n t r i b u t i n g p r o p o r t i o n o f h i g h - f r e q u e n c y o s c i l l a t i o n s a t t h e s c a l e o f

h o u r s a n d m i n u t e s. O n e c o u l d s a y t ha t a n e l e m e n t o f d a m p i n g - - o r ig i n a ll y p r o v i d e d

b y t he a t t en u a t e d m o v e m e n t o f w a t e r th r o u g h t h e n a tu r a l s u b - s u r f a c e e n v i r o n m e n t - -

h a s b e e n l o s t th r o u g h t h e i n t r o d u c t i o n o f e n g i n e e r e d s e w e r c o n d u i t s . A t t h e s a m e t i m e ,

t h e c o n c e n t r a t i o n o f p o p u l a t i o n i n t h e c i t y a n d t h e i n t ro d u c t i o n o f an i n f r a s t ru c t u r e o f

f o u l s e w e r a g e a n d w a s t e w a t e r tr e a t m e n t , h a s g i v e n r i s e t o a d o m i n a n t p e a k i n t h e

s y s t e m s f r e q u e n c y r e s p o n s e i n a s s o c ia t i o n w i t h t h e n a tu r a l d a i l y r h y t h m o f s o c i e t y

and indus t ry (F ig . 2a ) .

I n th e s a m e s e n s e a s b e f o r e , f o r t h e m e t a p h o r o f g l o b a l m a t e r i a l f l o w s , w e m i g h t

p o s i t a r e tu r n t o t h e p r e - c i t y t e m p l a t e o f t h e f r e q u e n c y s p e c t r u m o f F ig . 2 a a s a d e s i r -

a b l e m o v e t o w a r d s t h e w e l l - b e i n g o f t h e c i t y s e n v i r o n m e n t . A n d i n o r d er t o s e e j u s t

h o w t h i s m i g h t b e p o s s i b l e , t h e r e i s a n e e d t o r e f l e c t o n t h e e s s e n t i a l r o l e o f a c i t y s

w a s t e w a t e r i n f r a s tr u c t u r e i n th e w i d e r s e t t in g o f e n v i r o n m e n t a l p r o t e c t io n .

F i r s t , w e s h a l l m a k e t h e a s s u m p t i o n t h a t i n t h e l o n g r u n l e g i s l a t i o n g o v e r n i n g p r o t e c -

t io n o f t h e e n v i ro n m e n t w i l l c o n t i n u e t o b e c o m e m o r e s t ri n g e nt a n d b e a p p li e d m o r e

c o m p r e h e n s i v e l y .1 1 S e c o n d , l e t u s s u g g e s t t h a t a s th e i n f r a s t r u c t u r e o f p o l lu t i o n c o n t r o l

a n d p r e v e n t i o n b e c o m e s i n c r e a s i n g l y c o m p l e t e a m b i e n t e n v i r o n m e n t a l q u a l i t y w i l l , o n

t h e a v e r a g e , i m p r o v e . T h i r d , i t i s in t h e n a tu r e o f t h i n g s t h a t o u r t e c h n o l o g y f o r o b s e r v -

i n g t h e e n v i r o n m e n t w i l l b e c o m e m o r e c o m p l e t e a n d e v e r m o r e r e f i n e d - - p r o v i d i n g

a c c e s s t o t h e b u r g e o n i n g d i m e n s i o n s o f c o n t a m i n a t i o n a t e v e r s m a l l er c o n c e n tr a t i o n s

o v e r la r g e r s p a t i a l d o m a i n s a t y e t fi n e r s ca l e s o f t e m p o r a l v a r i a ti o n . F o u r t h , i t s h o u l d

f o l l o w t h a t t h r o u g h o n e m e a n s o r a n o t h e r t h e p u b l i c s a w a r e n e s s o f an i m p r o v e d

e n v i r o n m e n t a l q u a l i t y w i l l g r o w . P u t m o r e s p e c i f i c a l l y , w h e r e w a s t e w a t e r t r e a t m e n t

f a c i l i ti e s h a v e b e e n i n s t al l e d , a n d a f i s h e r y r e s t o r e d t o w a t e r s o f p r e v i o u s l y u n a c c e p t -

a b l e q u a l i t y ( a t le a s t in l i v in g m e m o r y ) , f is h k il l s f o l l o w i n g t r a n s i e n t s t o r m w a t e r s u r g e s

w i l l b e i m m e d i a t e l y a p p a r e n t f a i l u r e s i n t h e i n f r a s tr u c t u r e o f p o l l u t i o n p r e v e n t i o n . P u t

y e t a n o t h e r w a y , e c o n o m i c a n d s o c i a l a c t i v i t i e s w i l l c o n t i n u e t o g e n e r a t e a t l e a s t t h e

s a m e p o t e n t i a l f o r c o n ta m i n a t i o n o f th e e n v i r o n m e n t a s t h e y h a v e a l w a y s d o n e . I n

r i v e r b a s i n s a t a m a t u r e s t a g e o f d e v e l o p m e n t , h o w e v e r , t h e i ns t a ll e d w a s t e w a t e r

i n f r a s t r u c t u r e o f th e c i t y ( o r o f a g r i c u l t u re , o r o f f o r e s t r y ) n o w i n t e r p o s e s a p r o g r e s -

s i v e l y l a rg e r b a r r i e r , a s i t w e r e , b e t w e e n t h e r e c e i v i n g w a t e r b o d i e s a n d th i s p o t e n t i a l

fo r con ta m ina t ion the reo f . The n eed to ma in ta in the ope ra t iona l re l iab i l i ty o f th i s p ro tec -

t i v e b a r r i e r m u s t b e c o m e a p r i o r i t y i n t h e l o n g e r t e r m . 12

I t is a f a i r b e t t h a t t h e r e w i l l b e m o r e o f u s a r o u n d i n t h e f u t u re a n d t h a t w e s h a l l

c o n t i n u e t o e x p a n d t h e a r ra y o f e x o t ic c h e m i c a l s w e p r o d u c e a n d u s e . T h e c y c l e s o f

w a t e r a n d m a t e r i a l s a r o u n d o u r e n v i r o n m e n t s ( F ig . 1 ) w i l l b e n a r r o w e d a n d d r i v e n

e v e r h a r d e r a n d m o r e i n t e n s i v e l y . T h e s e c y c l e s s e e m d e s t i n e d t o b e c o m e e v e r m o r e

c o m p r e s s e d , l i k e a c o i l e d s p r in g . T r a n s i e n t f a i l u r e i n t h e s y s t e m m a y b e c o m e e v e r le s s

l i k e l y , y e t e v e r m o r e d e v a s t a t i n g w h e n ( e v e n t u a l l y ) i t o c c u r s . A n d s o i t m i g h t n o w b e

a r g u e d ( in 1 9 9 6 ) t h at t h e e v e r m o r e c o m p l e t e a n d c o m p r e h e n s i v e d e p l o y m e n t o f u r b a n

w a s t e w a t e r t r e a t m e n t t e c h n o l o g i e s o v e r t h e p a s t t w o d e c a d e s h a s s u c c e e d e d i n e l i m i n a t -

i n g t h e d o m i n a n t d i u r n a l p e a k i n t h e s y s t e m s f r e q u e n c y r e s p o n s e ( F ig . 2 a ). W e m a y

h a v e m o v e d t h u s i n ti m e f r o m F i g . 2 a t o F i g . 2 b . Y e t t h is s u c c e s s m a y c o m e t o b e s e e n

a s h a v i n g b e e n b o u g h t a t t h e e x p e n s e o f i n t ro d u c i n g v e r y h i g h - f r e q u e n c y p e r t u r b a -

t i o n s r e s u l t i n g f r o m i n f r a s t r u c t u r e f a i l u r e s ( F i g . 2 b ) .

S h o u l d w e i n f a c t p l a n f o r t h e o c c u r r e n c e o f s u c h f a i l u r e , r a t h e r a s w e p l a n f o r

e p i d e m i c s o f i n f lu e n z a b y v a c c i n at i n g t h e p o p u l a t i o n w i t h a m i l d f o r m o f th e e x p e c t e d

o n c o m i n g p e r t u r b a t io n ? W o u l d w e c o n s i d e r m o r e o r l e ss h e a lt h y a n e n v i r o n m e n t m a d e

( a r g u a b l y ) m o r e v u l n e r a b l e t o i n e v i t a b l e i n s u l t a n d i n j u r y t h r o u g h t h e s u c c e s s o f o u r

c i t y w a s t e w a t e r i n f r a s t r u c t u r e s ? F o r i t h a s b e e n o b s e r v e d t h a t t r a n s i e n t p o l l u t i o n e v e n t s


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i n t h e r e h a b i l i t a t e d R h i n e R i v e r a r e a l l t h e mo r e s i g n i f i c a n t b e c a u s e o f a d e c l i n e i n

r e s i d e n t b a c t e ri a l p o p u l a t io n s , wh i c h h a d p r e v i o u s l y b e e n s u p p o r t e d b y a m p l e s u p p l i e s

o f u r b a n w a s te wa t e r . 3 N i t r o b e n z e n e - - a s y n t h e t i c o r g a n i c c h e m i c a l a n d i n t h is i n s t a n c e

a p o t e n t i a l p o l l u ta n t - - w i l l n o w b e a p p a r e n t i n t h e r i v er , a s a r e s u l t o f a n a c c i d e n t a l

s p i l l , wh e r e a s p r e v i o u s l y i t wo u l d h a v e b e e n mo r e s wi f t l y d e g r a d e d b e f o r e p r o p a g a t -

i n g v e r y f a r . P e r h a p s we s h o u l d k e e p o u r a q u a t i c e n v i r o n me n t s o n t h e i r t o e s , s o t o

s p e a k , b y i n f l i c t i n g mi n o r d o s e s o f h a r m o n t h e m, s o t h a t wh e n t h e r e a l t h r e a t o f

i n f r a s t r u c t u r e f a i l u r e c o me s t h e e n v i r o n m e n t i s n e i t h e r a s v u l n e r a b l e , n o r l a c k i n g i n i t s

r e s i l i e n c e , a s i t mi g h t o t h e r wi s e h a v e b e e n ?

B u t o u r o r i g i n a l q u e s t io n i s n o t s t r a i g h t f o r wa r d t o a n s we r , s i n c e ' p r e v i o u s l y ' ( in t h e

e x a m p l e o f t h e R h i n e ) m e a n s ' in l i v i ng m e m o r y ' , w h i c h w i ll c l e a rl y n o t s tr e tc h b a c k

t o t h e q u a s i -p r i s ti n e , p r e - c i t y c o n d i t i o n t h a t we i m a g i n e m a y o n c e h a v e p r e v a i l e d . W e

mi g h t h a v e a r g u e d a c a s e i n f a v o u r o f r e t u r n i n g t o s o me e q u i l i b r i u m, o r s o me i n v a r i -

a n t s t a t e o f t h e e n v i r o n me n t , f r e e f r o m p e r t u r b a t i o n . C e r t a i n l y , mu c h o f t h e e n g i n e e r -

i n g o f wa s t e wa t e r i n f r a s t r u c t u r e s h a s b e e n g e a r e d s p e c i f i c a l l y t o t h e a s s u mp t i o n a n d

d e s i r a b i l it y o f a s t e a d y s t at e , 14 a n d e q u a l l y c o n f i d e n t l y we m i g h t n o w p r e s u m e t h a t t h e

h i g h - f r e q u e n c y p e r t u rb a t i o n s o f t h e e n v i r o n m e n t th a t w i l l re s u l t f r o m i n f r a s tr u c t u r e

f a i l u r e s ( F i g . 2 b ) a r e i n g e n e r a l n o t d e s i r a b l e . T h e u n d e s i r a b i l i t y o f o t h e r f o r ms o f

p e r t u r b a t i o n ( r e l a t i v e t o a l o n g e r - t e r m ' e q u i l i b r i u m ' ) i s f a r l e s s c l e a r - c u t , h o we v e r .

E c o s y s t e m s h a v e e v o l v e d i n r e s p o n s e t o p e r t u r b a t i o n s ~5 s u c h t h a t i n p i e d m o n t s t r e a ms

o f t h e s o u t h - ea s t e rn U S A f r e q u e n t fl o o ds t h a t . . . k e e p t h e m a c r o i n v e r t e b r a t e c o m -

m u n i t y i n p e r p e tu a l d i s e q u i l ib r i u m . . . c a n b e a r g u e d t o b e t h e n o r m , 16 a n d t h e r e f o r e ,

pe rhaps , des i rab le . We sha l l have to l eave th i s deba te to run i t s course . The essen t i a l

p o i n t o f F ig . 2 i s th a t t h e t e mp l a t e o f t h e e n t i r e sp e t ru m o f t e mp o r a l p e r t u r b a t i o n s a n d

f l u c tu a t i o n s in t h e r e s p o n s e o f a s y s t e m m a y b e a n a p p r o p r i a t e v e h i c l e f o r b o t h d e s c r i b -

i n g t h e s y s t e m ' s s t a t e ( h e a l t h ) a n d c o mp r e s s i n g t h e i mme n s e v o l u me o f a t t r i b u t e s o f

wh i c h t h i s d e s c r i p t i o n i s c o mp r i s e d .

S O M E C H O I C E S

W e d o n o t y e t k n o w h o w t o e n g a g e q u a n ti t at i v el y t h e se p r in c i p le s - - o f m i n i m a l

d i s t o r t i o n o f t h e n a t u r a l f l o ws o f ma t e r i a l s a n d o f ma t c h i n g s o me p r e - c i t y t e mp l a t e o f

p e r t u r b a t i o n s - - i n d i s c r i m i n a t i n g a m o n g a l t e r n a t i v e c h o i c e s f o r t h e w a s t e w a t e r

i n f r a s t r u c t u r e a s a wh o l e o r f o r i t s c o mp o n e n t p a r t s .

G i v e n o n l y i s t h e f a c t o f t h e c u r r e n t E u r o p e a n a n d N o r t h A m e r i c a n p a r a d i g m , a s

o u r p o i n t o f d e p a r t u r e t o wa r d s a c i t y a n d i n f r a s t r u c t u r e h a v i n g a mo r e s y m p a t h e t i c

r e l a t i o n s h i p wi t h t h e i r e n v i r o n me n t . T h i s p a r a d i g m - - t h e s e we r n e t wo r k , w i t h a l l

r o u t e s l e a d i n g to a c e n t r a li s e d t re a t m e n t p l a n t - - m u s t p e r f o r m t h e f o l l o w i n g s e rv i c e s :

a c c e p t t h e wa t e r - b o r n e r e s i d u a l s o f d o me s t i c , c o mme r c i a l a n d i n d u s t r i a l a c t i v i t i e s i n

t h e c i t y , a n d r e t u r n t h e m t o t h e c i t y ' s e n v i r o n me n t i n a b e n i g n ma n n e r , w i t h ma x i ma l

resource recove ry and min imal ene rg y input . O the r s , o f course , have no t fu l ly implem ented

t h i s p a r a d i g m . At t h e e n d o f 1 99 0, f o r e x a mp l e , j u s t 4 4 % o f J a p a n ' s p o p u l a t i o n w a s

s e r v e d b y m a i n s s e we r a g e . 17 T h e y , a n d s ti ll o t h e r s w h o h a v e n o t y e t e m b a r k e d u p o n

t h i s i n f r a s t r u c tu r a l d e v e l o p m e n t , m a y n o t w a n t i t , 18 a n d we , f r o m t h e p e r s p e c t i v e o f

E u r o p e a n d N o r t h A m e r i c a , m i g h t w a n t to e v o l v e a w a y f r o m t h e p r e s e n t p a r a d ig m , f o r

t h e r e a s o n s a l r e a d y g i v e n a b o v e .

T h e o p t i o n s ma y b e ma n y , b u t f o r t h e p u r p o s e s o f t h e p r e s e n t d i s c u s s i o n j u s t t h r e e

a re iden t i fi ed : inc rementa l adap ta tion o f the p resen t (E uropean , N or th Am er ican ) s t ruc tu re

t o wa r d s wh a t we mi g h t c a ll a v i r t u o so p e r f o r m a n c e o f t h is s y s t e m, i n s e r v i n g i ts p r e s e n t

purpose ; a chan ge o f ou t look on w he th e r th i s cu r ren t purpo se i s st il l t he goa l o f p r inc ipa l ,

c o n t e m p o r a r y c o n c e r n ; o r e v o l u ti o n b y w a y o f a c h a n g e i n t h e s tr u c tu r e o f t h e s y s t e m

i t s e l f , p o s s i b l y a s a r e s u l t o f s o me r a d i c a l d i s l o c a t i o n i n t h e e n t i r e c o n c e p t o f wh a t

cons t i tu te s a wa s tew a te r in f ras truc tu re . The d i s tinc t ion b e twe en the th ree pa ths i s p r imar i ly

a u s e f u l me a n s o f o r g a n i s i n g o u r a n a l y s i s . F o r i t i s h a r d t o d r a w a l i n e b e t we e n wh e n

i n c r e me n t a l a d a p t a t i o n h a s i n f a c t b e c o me s t r u c t u r a l c h a n g e .


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10/16


g e s t i o n s a s t o t h e b e n e f i t s t h a t w o u ld a c c r u e t h e r e f r o m , a l r e a d y f o r o v e r tw o d e c a d e s

n o w . 23 W e h a v e c o n v e n t i o n a l l y i d e n t i f i e d t h e s e w e r n e tw o r k , t h e w a s t e w a te r t r e a tm e n t

plant , a nd the receiving wate r bod y as the three c onst i tuent sub -system s of th is infrastructure .

Th e c o n c e p tu a l a n d i n s t i t u t i o n a l b o u n d a r i e s b e tw e e n t h e t h r e e h a v e b e e n s u f f i c i e n t l y

s t r o n g f o r t h e m to h a v e b e e n s t u d i e d a n d m a n a g e d , b y a n d l a r g e , as i n d e p e n d e n t e n t i -

t i e s , wh ich c lea r ly th ey a re no t . 24 In rea l i ty , the re i s bu t a s t rand o f p rocess in g te chno lo -

g ies tha t t rans fe rs a re s idua l f rom i t s source and re tu rns i t , wi th ce r ta in t rans fo rmat ions ,

t o th e e n v i r o n m e n t w h e n c e i t c a m e . M u c h a s is p r e s e n t l y t h e c a s e w i th a p e t r o c h e m ic a l s

c o m p le x , s o t o o c o u ld o u r w a s t e w a te r i nf r a st r u ctu re , t h e u r b a n d r a in a ge c o m p le x , b e n e f i t

i n t h e f u tu r e f r o m s y s t e m - w id e c o - o r d in a t i o n o f i ts p r o c e s s in g o p e r a t i o n s . Th e r e i s

s c o p e f o r p r o g re s s s i m p l y a s a c o n s e q u e n c e o f d i s l o d g in g a m i n d - se t - - o f e r as i n g t h e

c o n c e p tu a l d i s t i n c t io n s a m o n g m a n a g e m e n t o f t h e p a r t s - - a n d r e c t if y in g a h i s t o r i c a l

n e g l e c t o f t h e t h r e e i n g r e d i e n ts r e q u i r e d f o r r ea c h in g t h e c l im a x i n e n g in e e r e d s y s t e m

p e r f o r m a n c e , i . e . t h e c a p a c i t y t o o b s e r v e , t o t a k e a c t i o n , a n d t o u n d e r s t a n d n o n -

e q u i l i b r i u m b e h a v io u r . 25

B u t h o w m i g h t a ll o f t hi s, o u r H - P I C o f t h e c i t y s w a s t e w a t e r i n fr a st r uc t u re , l e a d t o a

m o r e s y m p a t h e t i c c i ty - e n v i r o n m e n t r e l a ti o n s h i p ? W h a t , i n f a c t, m i g h t w e u n d e r s t a n d b y

th e w o r d s y m p a th e t i c i n t h is c o n t e x t ? I n th e f ir s t p l a c e , th e in s t a l la t i o n o f a w a s t e w a te r

i n f r a s t r u c tu r e i s a d i re c t a r t ic u l a t i o n o f t h e f u n d a m e n ta l c o n c e p t o f s t a b i li s i n g f e e d b a c k

c o n t r o l . I t is a n a c t i o n t a k e n t o m o d i f y t h e b e h a v io u r o f t h e c i ty i n r e s p o n s e t o a p e r c e iv e d

m i s m a t c h b e t w e e n w h a t i s , a n d w h a t i s d e s ir e d t o b e , th e s t a te o f t h e e n v i r o n m e n t i n w h i c h

th e c i t y i s l o c a t e d . I t i s, m o r e o v e r , a n a c t i o n t a k e n t o m o d i f y b e h a v io u r i n t h e lo n g r u n ,

o v e r t h e l e f t- h a n d s i d e ( o v e r d e c a d e s , y e a r s , m o n t h s ) o f t h e f r e q u e n c y s p e c t r u m o f F i g .

2 . N o tw i th s t a n d in g t h e f a c t t h a t t h i s s t r a t e g i c a c t i o n m a y h a v e h a d d e l e t e r i o u s c o n s e -

q u e n c e s f o r t h e ri g h t - h a n d s i d e o f F ig . 2 ( o v e r w e e k s , d a y s , h o u r s a n d m in u t e s ) , t h e

s p a r k in g o f th e f e e d b a c k l o o p b e t w e e n t h e b e h a v i o u r o f t h e e n v i r o n m e n t a n d t h e

b e h a v i o u r o f th e c i t y is a m a n i f e s ta t i o n o f s o m e s y m p a t h y i n th e r e la t i on s h i p b e t w e e n t h e

t w o . N o s u c h f e e d b a c k c a n a t p re s e n t b e a r t i c ul a t ed b e t w e e n t h e s t a te o f t he e n v i r o n m e n t

a n d t h e b e h a v io u r o f t h e c i t y in t h e s h o r t te r m ( o v e r t h e h ig h e r f r e q u e n c i e s o f t h e

r i g h t - h a n d s i d e o f t h e s p e c t ru m ) . T o d a y s li q u id p r o d u c t o f th e t r e a tm e n t p l a n t c a n n o t b e

m o d i f i e d t o m a t c h t o d a y s s t at e o f th e r e c e i v i n g w a t e r b o d y a n y m o r e t h a n t h e p r i m a r y

s e c to r o f t r e a tm e n t c a n b e c h a n g e d a s a f u n c t i o n o f th e f i na l l iq u id p r o d u c t , o r t h e

b e h a v i o u r o f t h e s e w e r n e t w o r k m a n i p u l a t e d a s a f u n c t i o n o f t h e d o w n s t r e a m c r u d e

s e w a g e i t w i l l d e l i v e r t o d a y t o th e t r e a tm e n t p l a n t. D e l i b e r a t e a c t i o n c a n n o t p r e s e n t l y b e

t a k e n t o m o d u l a t e t h e h ig h - f r e q u e n c y b e h a v i o u r o f t h e c i ty s w a s t e w a t e r i n f r a s tr u c tu r e i n

s y m p a t h y w i t h th e s u rr o u n d i n g e n v i r o n m e n t , m o v e d - - a s i t i s - - b y h i g h - f r e q u e n c y

p e r tu r b a t i o n s o th e r t h a n t h o s e e m a n a t i n g f r o m th e c i ty . F o r t h e c i t y s e n v i r o n m e n t , q u i t e

c l e a r l y , i s n o t b u f f e t e d m e r e ly b y t h e b e h a v io u r o f t h a t c i t y a l o n e .

To t h e e x t e n t t h a t H - P I C c a n e n a b l e s u c h d e l i b e r a t e ( f e e d b a c k ) a c t i o n , s o i t w i l l

a c h i e v e g r e a t e r s y m p a t h y i n t h e c i t y - e n v i r o n m e n t r e l a t i o n s h i p . I t m a y a l s o a c h i e v e

s o m e m o d i f i c a t i o n o f th e h ig h - f r e q u e n c y p e a k o f i n f r a s t ru c tu r e f a i l u r e s i n F ig . 2 b ,

b o th f o r g o o d a n d i l l . F o r w e s h a l l b e a b l e t o s a i l c l o s e r t o t h e w in d , a s i t w e r e ; m a k e

m u c h m o r e c o m p l e x m a n o e u v r e s a t g re a t e r s p e ed ; g e t i nt o d if f ic u l ty p e r h a p s m o r e

e a s i ly ; b u t e q u a l l y s o r e c o v e r f r o m f a i lu r e m o r e s w i f t ly . O n b a l a n c e w e m i g h t l o o k t o

t h e m o d e r n a i rc r a ft a s t h e e s s e n c e o f w h a t i s a c h i e v a b l e w i t h H - P I C o f a s y s te m . I n

a n y e v e n t , H - P I C w i l l b e a d d r e s s e d t o i s s u e s o f i n fr a s t r u c tu re r e l i a b il i ty a n d a d a p t a -

t i o n , a n d t h u s it is u n q u e s t i o n a b ly o f c o n t e m p o r a r y r e l e v a n c e . I n t h e s e tt i n g o f t h e

n a tu r a l m a t e r i a l c y c l e s o f F ig . 1 i t s h o u ld e n s u r e , a t th e l e a s t, t h a t w e s h a ll b e a b l e t o

d o m o r e o f w h a t i s p r e s e n t l y b e in g d o n e , m o r e r e l i a b ly a n d m o r e e f f i c ie n t l y ( w i th l e s s

c o n s u m p t i o n o f e n er g y ) . Y et w h a t w e d o n o w , a s i s o n ly t o o a p p ar e n t, m a y n o t b e

w h a t w e s h o u l d b e d o i n g .


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Wastewater nfrastructure 4 5

Changing the purpose of the paradigm

A b s t r a c t e d f r o m i t s p h y s i c a l ma n i f e s t a t i o n , t h e s t r a n d o f u n i t p r o c e s s t e c h n o l o g i e s o f

t h e c u r r e n t p a r a d i g m mu s t b e e n g i n e e r e d i n o r d e r t o : ( i ) t r a n s p o r t t h e w a t e r - b o r n e

r e s i d u a l s o f t h e c i t y f r o m t h e i r p o i n t o f g e n e r a t i o n t o t h e i r p o i n t o f t r e a t me n t ; ( i i )

s e p a r a t e p a r t ic u l a t e ( s o l id ) m a t e r i a l f r o m t h e l i q u i d f l ux ; ( ii i) p r o m o t e t h e g r o w t h o f a

mi c r o b i a l b i o ma s s , s o a s t o ma n i p u l a t e t h e c h e m i c a l s t a tu s o f t h e s o l u t e s in t h e l i q u id

p r o d u c t ; ( i v) d e s t r o y t h e s e p a r a t e d s o l id m a t e r i a l to t h e m a x i m u m e x t e n t p o s s ib l e ; a n d

( v ) r e m o v e t h e c a r r i e r ma t e r i a l , i .e . t h e w a t e r , f r o m t h e s o l id b y - p r o d u c t . A n d t h is l as t,

t h r o u g h i t s u s e o f t h e w o r d b y - p r o d u c t , e p i to m i s e s mu c h o f t h e mi n d - s e t o f t h e f o r e g o -

i n g d is c u s s i o n . I t h a s a s s u m e d - - t a c i tl y - - t h a t t h e c i t y s e n v i r o n m e n t is e s s e n ti a l l y

t h e w a t e r e n v i r o n me n t . Y e t w e k n o w t h a t t h e i n e v i t a b l e r e s u l t o f a n i n f r a s t r u c t u r e

g e a r e d t o r e t u r n i n g a h i g h - q u a l i t y l i q u i d p r o d u c t t o t h e w a t e r s e c t o r o f t h e e n v i r o n -

me n t i s a n i n c r e a s i n g v o l u me o f s o l i d b y - p r o d u c t i n t o w h i c h mo s t o f t h e r e c a l c i t r a n t

ma t e r i a l s f r o m t h e a c t i v i t ie s o f t h e c i t y w i l l e v e n t u a l l y g r a v i t a t e ( t h e s y n t h e t i c o r g a n i c

c h e mi c a l s , h e a v y me t a l s a n d p a t h o g e n s ) .

A bas ic and se l f -ev iden t p r inc ip le o f ch em ica l eng inee r ing is tha t the ex ten t o f m an ipu la -

t i o n o f t h e c h e m i c a l s t a tu s o f a s u b s t a n c e i s a f u n c t i o n o f t h e t i me a l l o w e d f o r c e r t a i n

r e a c t i o n s t o t a k e p l a c e . I n a w a s t e w a t e r i n f r a s t r u c t u r e t h e t i me a l l o w a b l e i s i n v e r s e l y

r e l a t e d t o t h e c a p a c i t y f o r s t o r i n g ( d e t a i n i n g ) t h e f l u x o f ma t e r i a l

en route

f r o m i t s

p o i n t o f g e n e r a t i o n t o i t s p o i n t o f r e t u r n i n t o t h e e n v i r o n me n t . T h e v e r y h i g h - v o l u me

l i q u i d t h r o u g h p u t o f t h e s y s t e m d e ma n d s t h e e n g i n e e r i n g o f r e l a t i v e l y f a s t ( mi c r o b i a l )

r e a c t io n s , u n l e s s e n o r m o u s t r a c t s o f la n d a r e t o b e o c c u p i e d t o p r o v i d e s u f f ic i e n t d e t e n -

t io n i n t h e p a s s a g e o f t hi s f lu x . T h e s e p r o c e s s e s c o n s u m e e n e r g y . T h e y a r e d e l i b e r a t e l y

e n g i n e e r e d a t a d o w n s t r e a m l o c a t i o n i n t h e t r e a t me n t p l a n t . T h e r e f o r e t h e y d o n o t

e x p l o i t t h e f u l l d e t e n t i o n t i me o f t h e s y s t e m ; y e t t h e y a r e k n o w n t o o c c u r i n a d v e r t e n t l y

u p s t r e a m ( i n t h e s e w e r n e t w o r k ) . T h e y c o n v e r t t h e m o r e e a s i l y d e g r a d a b l e f o r m s o f

t h e C - , N - a n d P - b e a t i n g ma t e r i a l s i n t o t h e mo r e r e c a l c i t r a n t f o r m o f s u r p l u s b i o ma s s ;

a n d t h i s t h e n mu s t b e i n c o r p o r a t e d i n t o t h e o u t p u t s o l i d p r o d u c t , a r g u a b l y u n d e r mi n -

i n g th e l o n g e r ( b u t n o t l i mi t l e ss ) d e t e n t i o n ti me r e q u i r e d - - a n d a f f o r d a b l e - - f o r th e

s l o w e r r e a c t i o n s e x p l o i t e d in p r o c e s s i n g t h e m u c h s ma l l e r f l ux o f s e p a r a te d s o l i d ma t e -

rial.

I f w e l o o k e d s i mp l y a t t h e c u r r e n t p a r a d i g m i n t h e a b st r ac t , a s a s t r a n d o f u n i t

p r o c e s s t e c h n o l o g i e s f r o m s o u r c e t o s i n k , i n s t e a d o f i ts p r e s e n t p h y s i c a l ma n i f e s t a -

t i o n ( o f t h e s e w e r n e t w o r k a n d t h e t r e a t me n t p l a n t ) , w e mi g h t w e l l w a n t t o o v e r t u r n

s o me , i f n o t a l l , o f t h e f i v e b a s i c e n g i n e e r i n g p r i n c i p l e s b y w h i c h w e c u r r e n t l y o p e r -

a te . W e m i g h t w a n t t h u s t o d i s l o d g e th e n o t i o n o f t h e s e w e r n e t w o r k a s a s o m e w h a t

p a s s i v e c o n d u i t a n d re p l a c e it w i t h th e i ma g e o f t r e a t me n t b e i n g p u s h e d b a c k u p s t r e a m

f r o m t h e e n d - o f - p i p e p l a n t t o w a r d s t h e s o u r c e o f t h e r es i d u a ls . 26 W e m i g h t t u r n t o

a d v a n t a g e th e p o p u l a r v i e w o f t h e s o li d s i n th e s y s t e m a s a n u i s a n c e , w h e t h e r a s

d e p o s i t s o n t h e b e d o f t h e s e w e r n e t w o r k o r a s s e p a r a t e d o u t f r o m t h e l i q u i d p r o d u c t

d u r i n g t r e a t me n t . O n t h e o n e h a n d , t h e p r o d u c t s o f t h e s l o w r e a c t i o n s i n t h e l o w e r -

v o l u m e , s l o w e r f l u x o f s o l id s m i g h t b e u s e d a s p r e c u r s o r s f o r s u b s e q u e n t m a n i p u l a t i o n

t h r o u g h t h e f a s t r e a c t i o n s i n t h e h i g h e r - v o l u me f a s t - mo v i n g l i q u i d f l u x . R e c y c l i n g o f

t h e s e ( i n t e r me d i a t e ) p r o d u c t s f r o m d o w n s t r e a m t o u p s t r e a m i s in t u r n a cl a s s ic e x a m p l e

o f e n g i n e e r i n g a l o n g e r r e s i d e n c e t i m e f o r r e a c t io n w i th o u t i n c r e a si n g t h e v o l u m e o f

t h e r e a c t o r (a n d s u c h r e c y c l e w i l l b e mu c h e a s i e r t o r ea l i se w i t h t h e c o n c e n t r a t e d

s ma l l v o l u me s o f s o l i d s p r o c e s s i n g p r o d u c t s ) . O n t h e o t h e r h a n d , w e mi g h t p r e f e r t o

a r r e s t d e s t r u c t i o n o f t h e s e p a r a t e d s o l i d s a l mo s t a l t o g e t h e r , t a k i n g t h e v i e w t h a t t h e

r a w m a t e r i a l ( a s i n t h e d e l i b e r a t e p r o d u c t i o n o f m a g n e s i u m - a m m o n i u m - p h o s p h a t e )

w i l l a d d v a l u e t o t h e l a n d w h e r e i t s s u b s e q u e n t t r a n s f o r ma t i o n ( d e g r a d a t i o n ) c a n t a k e

p l a c e a t a mo r e l e i s u r e l y p a c e . L a s t , w e mi g h t t a il o r c o n t ro l o f t h e mi c r o b i a l e c o s y s t e m

f o r t r e a t me n t o f t h e l i q u i d p r o d u c t s o a s t o s h i f t t h e a g e - d i s t r ib u t i o n o f t h e p o p u l a t i o n

m o r e t o w a r d s s e n e s c e n c e , t h e r e b y t o a v o i d t h e s u r p lu s s o l id p r o d u c t o f e x c e s s i v e y o u t h -

fu l g rowth .

HAB 20:3 E


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I n s h o r t , a f t e r t wo c e n t u r i e s o f d e v e l o p me n t we mi g h t s e e k t o t u r n t h e h i s t o r i c a l

p u r p o s e o f t h e wa s t e wa t e r i n f r a s t r u c t u r e o n i t s h e a d . I ma g i n e , f o r e x a mp l e , t h a t i t s

g o a l w e r e t o b e t o r e c o v e r a n o p t i ma l s o l id s p r o d u c t d e s t i n e d f o r r e t u r n t o th e l a n d , t h e

b y - p r o d u c t o f w h i c h m t h e w a t e r c a r r ie r - - w o u l d h a v e t o be s i p h o n e d o ff t o th e

r e c e i v i n g w a t e r b o d y . Ye t / f a l l th e s e r o t a t i o n s o f p r i n c ip l e w e r e t o c o m e t o p a s s,

wo u l d o u r s y s t e m b e a n y f u r t h e r a l o n g a p a t h t o t h e p r e - c i t y c o n d i t i o n s e n c a p s u l a t e d

in F igs 1 and 2?

F i g u r e 2 a l as , i s e n t ir e l y a p r is o n e r o f t h e v e r y s a m e m i n d - s e t we h a v e j u s t a t -

t e m p t e d t o o v e r t u r n : it c a p t u re s m e r e l y t h e e s s e n c e o f s ti mu l u s a n d r e s p o n s e i n r e s p e c t

o f t h e h e a l t h o f t h e wa t e r s e c t o r o f t h e c i t y s e n v i r o n me n t . We i n h a b i t t h e l a n d s u r f a c e

o f t h e g l o b e , h o we v e r , a n d h a v e h i s t o r i c a l l y p a r t i c i p a t e d i n c y c l e s o f C - , N- , P - a n d

p o s s i b l y S - b e a r i n g m a t e r ia l s , in w h i c h t h e r e w e r e n o r a p i d ( a c c e l e r a t e d ) d i v e r s i o n s

i n t o t h e s u r f a c e wa t e r - s e c t o r o f t h e e n v i r o n m e n t . G i v e n t h i s p e r s p e c t iv e , p e r h a p s t h e

cur ren t pa rad igm, tu rned towards i ts o the r goa l , w ou ld a l low the c i ty to s it m ore sym pa the ti -

c a l l y i n i t s e n v i r o n me n t , u p t o a p o i n t . F o r we h a v e s p u n q u i t e e x o t i c ma t e r i a l s - -

p r i n c i p a l l y s y n t h e t i c o r g a n i c c h e mi c a l s ( n o t f o u n d t o o c c u r n a t u r a l l y ) a n d h e a v y me t -

a l s - - i n t o t h e a rc h e t y p a l c y c l e o f F i g . 1 .

Changing the paradigm

T h e s e e d s o f a mo r e r a d i c a l c h a n g e o f s t r u c t u r e h a v e b e e n s e wn . I n t h e g r a n d s we e p

o f t h in g s , w h y s h o u l d t h e wastewater i n f r a s t r u c t u r e b e d e s i g n e d - - a s we h a v e s a id

t h r o u g h o u t - - t o accept the water borne residuals o f d o m e s t ic , c o m me r c i a l a n d i n d u st ri a l

a c t i v i t i e s i n t h e c i t y ? T h e l a n g u a g e , l e t a l o n e t h e p u r p o s e a n d e n g i n e e r i n g t h e r e o f ,

m a y b e p r o f o u n d l y w r o n g - h e a d e d . F o r t h at w h i c h w e h a v e s c r a m b l e d c o m p r e h e n s i v e l y

i n u s i n g wa t e r t o c o n v e y m a t e r i a l th r o u g h t h e c i t y i s m i g h t i l y d if f ic u l t t h e r e a f t e r t o

u n s c r a mb l e . I n d e e d , c o n v e n t i o n a l wa s t e wa t e r tr e a t me n t i n E u r o p e a n a n d N o r t h Am e r i c a n

c i t i e s h a s wr e s t l e d wi t h t h i s p r o b l e m s i n c e i t s i n c e p t i o n .

S u s t a i n a b le d e v e l o p m e n t is n o t th e o n l y c o n t e m p o r a r y m a x i m . T h e r e is c l e a n

t e c h n o l o g y , w h i c h i n o u r m i n d s e y e w i ll p e r m i t u s t o u n h o o k i n du s tr ia l a c t iv i ty f r o m

t h e c i t y s w a s t e w a t e r i n f ra s t ru c t u re a n d t h e n c e e l i m i n a t e m a n y ( a lt h o u g h b y n o m e a n s

a l l ) o f t h e h e a v y me t a l s a n d s y n t h e t i c o r g a n i c c h e mi c a l s t h a t g r a v i t a t e t o wa r d s t h e

s o l id s p r o d u c t ( s e e, f o r e x a m p l e , M a c G a r v i n a n d J o h n s t o n 27 a n d N i e mc z y n o w i c z 2 8 ) .

T h e r e is s o u r c e c o n t r o l t o o , a s a l r e a d y r e f l e c t e d i n G e l d o f

e t a l 2 9

A r m e d w i t h t h e s e

a l t e r n a ti v e s , we c a n a t t a c k o u r p r o b l e m f r o m o t h e r a n g l e s , d is ma n t l i n g t h e o b s ta c l e s o f

a f e w mo r e p r e j u d i c e s i n t h e p r o c e s s .

W h e r e t h e r e a re n o t s e p a ra t e s e we r s y s t e ms f o r mo v i n g f o u l s e wa g e a n d u r b a n s u r f a c e

run of f ac ross the c ity , by w ha t p r inc ip le m igh t w e wish to sepa ra te them ? Before r each ing

for the conven t iona l r e sponse to th i s ques t ion - - o f today s ( supposed ly ) sepa ra te sewer

s y s t e ms i n t h e m o r e mo d e r n c it ie s - - l et u s p a u s e t o c o n s i d e r wh e n c e t h e ma j o r it y o f t h e

m ate r i a l s o f conce rn de r ive and wh i the r is the i r des tina t ion . W i th the cu r ren t pa rad igm fo r

the wa s tew a te r in f ras t ruc tu re w e h ave a rgued tha t the e ssen ti a l cha l lenge m ay l i e in r e tu rn -

ing the so l id p roduc t to the l and . In the p resence o f a c lean indus try , the mos t im por tan t

d iv id ing l ine may fa l l not b e t we e n f o u l s e w a g e a n d s u r f a c e ru n o f f b u t b e t we e n t o il e t

f lush ings and a l l e l se . Th i s l a t t e r com pr i ses the rem ainde r o f the f lux o f l iqu id ma te r i a l

th rough a no t iona l househo ld , som et imes re fe r red to a s g rey sew age , toge the r wi th the

sur face runof f . I f we cou ld , w e m igh t wish to r e -en g inee r an a l te rna t ive fo rm o f sepa ra te

sewer sys tem, in which mere ly a second p ipe i s p laced wi th in the ex i s t ing sewer fo r the

co nv eya nce and s t ri c tly sepa ra te t r ea tme n t o f the so l ids p rodu c t o f the c i ty . Af te r a ll , i n

t e r ms o f t h e h e a v y m e t a ls a n d s y n t h e ti c o rg a n i c c h e mi c a l s t h at w o u l d o t h e r wi s e b e s p u n

in to th i s p roduc t , w ha t be t t e r ev iden ce wo uld the re be o f i t s accep tab i l ity fo r re tu rn to the

land than i t s p r io r passage th rough the hum an body , and th rough th i s a lone? The though t

has s om e appea l ; bu t, o f course , i t ove r looks the pa thog ens tha t mus t s ti ll be r e m ove d

f r o m t h e p r o d u c t.

T h e c l o s e r i s t h e p o i n t o f s e p a r a t io n o f t h e f l u x e s o f ma t e r i a l s t o t h e a c t i v it i e s o f l i fe


13/16

Wastewater nfrastructure 4 7

i n th e c i ty , th e m o r e p r o f o u n d m a y b e t h e i m p l i ca t io n s f o r a n y d o w n s t r e a m p r o c e s s i n g

o f t h e s e f l u x e s b e f o r e t h e i r r e t u r n t o t h e c i t y ' s e n v i r o n me n t . T h e wa y s i n wh i c h t h e

s t r an d s o f u n i t p r o c e s s t e c h n o l o g i e s m a y b e d r a w n t o g e t h e r, n o t wi t h s t a n d i n g t h e e x p l o -

s ion in seemingly n o v e l m e t h o d s o f u n i t p ro c e ss in g , m a y b e c o m e c o m b i n a to r ia U y m a n y .

Ho w, t h e n , i n t h e f a c e o f g r o s s u n c e r t a i n t y wi t h r e g a r d b o t h t o l a n d r e q u i r e me n t s a n d

c o s t c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e c a n d i d a t e t e c h n o l o g i e s a n d t o t h e l e v e l o f s e r v i c e a n d r e l i -

a b i l i t y t h a t wo u l d b e e x p e c t e d o f t h i s i n f r a s t r u c t u r e f o r s u s t a i n a b l e c i t i e s o f t h e mi d -

2 1 s t c e n t u r y , s h o u ld w e i d e n t if y p r o m i s in g s tr a nd s o f t e c h n o l o g y ? W e h a v e r e v i e w e d

o v e r 1 0 0 c a n d i d a t e t e c h n o l o g i e s , a n d c o mp o s e d a n d r u n a s c r e e n i n g mo d e l , i n wh i c h

t h e s t r a n d s ma y b e g e n e r a t e d a t r a n d o m a n d t h e n s e l e c t i v e l y s c r e e n e d . 3 A m o n g o t h e r

c o n c l u s i o n s , i t a p p e ar s t h a t i f to i l e t f lu s h i n g s a re s e p a r a t e d a t s o u r c e f r o m t h e r e m a i n -

i n g g r e y s e w a g e a n d u r b a n s u r f a c e r u n of f, s o m e o f t h e m o s t c o m m o n f o r m s o f pr e s e nt -

d a y b i o t e c h n i c a l p r o c e s s e s ma y we l l b e s u b s t i t u t e d b y p h y s i c a l a n d c h e mi c a l me a n s o f

p r o c e s s i n g t h e r e s u l t in g l o we r - s t r e n g t h l i q u id p r o d u c t .

F o r a v a r i e t y o f r e a s o n s s u c h a p o s s i b i l i t y c h a f e s u n c o mf o r t a b l y a g a i n s t t h e u r g e t o

d e s i g n

biodegradable

p r o d u c t s f o r c o n s u mp t i o n i n t h e me t a b o l i s m o f t h e c i t y . Wh a t ,

we m i g h t a s k , w o u l d b e t h e b e n e f i t o f in c o r p o r a t i n g t h is f e a t u r e b y d e s i g n , i f i t i s n o t

t h e n t o b e e x p l o i t e d a t t h e e n d o f t h e p r o d u c t ' s l i fe c y c l e ? An y s h i ft a w a y f r o m e x p l o i t-

i n g b i o l o g i c a l p r i n c i p l e s t o wa r d s t h e u s e o f p h y s i c a l a n d c h e mi c a l p r i n c i p l e s wo u l d

l i k e wi s e a p p e a r t o r u n c o u n t e r t o t h e e x h o r t a t i o n f o r C i v i l E n g i n e e r s t o wo r k wi t h

e c o s y s t e m s r a t h e r th a n c o n c r e t e . 3~ W e t la n d s , t h e k i d n e y s o f t h e l a n d s c a p e , 32 a r e a

s a l ie n t a t t r a c t o r o f c o n t e m p o r a r y a t t e n t io n , 33 n o t l e a s t b e c a u s e t h e y m a y mo s t a p t l y

s y mb o l i s e t h e r e t u r n t o s o me p r e - c i t y c o n d i t i o n . B u t i n t h e c o n t e x t o f t h e c i t y we

c o u l d r a i s e t h e o b v i o u s o b j e c t i o n t h a t t h e s e , a n d o t h e r f o r ms o f e c o l o g i c a l e n g i n e e r -

i n g , 34 a r e e x p e n s i v e i n t e r ms o f t h e l i mi t e d l a n d a r e a n e c e s s a r y f o r a c h i e v i n g s u f f ic i e n t

d e t e n t i o n t i me s f o r r e a c t i o n s t o p r o c e e d t o a s u f f i c ie n t e x t e n t .

We mi g h t a l s o r a i s e t h e mo r e s u b t l e o b j e c t i o n t h a t t h e l o n g - t e r m b e h a v i o u r o f a n

i n f r a s t r u c t u r e f o u n d e d o n t h e p r o p e r t i e s o f e c o s y s t e m s is s i g n i f i c a n t ly l e ss p r e d i c t a b l e

t h a n o n e b a s e d o n t h e p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e o r , m o r e a c c u r a t e l y , t h e p r o p e r t i e s o f , s a y ,

m e m b r a n e a n d m a g n e t i c s e pa r a ti o n t e c h n o lo g i e s. F a i lu r e m a y o c c u r i n a n y s y s t e m n o t

b e c a u s e o f t h e s h o c k s t o wh i c h i t i s s u b j e c t b u t b e c a u s e o f a n i n a d e q u a t e u n d e r s t a n d -

ing o f i t s inne r w ork ings . In the sp i ri t o f F ig . 2b , an ec o log ica l ly eng ine e red in f ras t ruc tu re

m a y b e l e s s r e li a b l e i n t h e l o n g r u n t h a n t h o s e w e n o w h a v e . ~5 W h a t i s mo r e , a n d

p e r h a p s p r e c i s e l y b e c a u s e o f t h i s i n e v i t a b l y i n a d e q u a t e u n d e r s t a n d i n g , e c o s y s t e ms a r e

p e r c e i v e d t o h a v e a l i fe o f t h e i r ow n , w h i c h o f c o u r s e t h e y d o . T h e y h a v e a n e l e m e n t

o f ' s e l f - d e s i g n 3 6 t h a t p l a c e s t h e m a l i tt le t o o f a r b e y o n d t h e r e a s s u r i n g e s s e n c e o f a

c o n v e n t i o n a l l y e n g i n e e r e d s y s t e m, wh i c h i s ( a r g u a b l y ) t h a t we h a v e ma s t e r y o v e r i t s

in tended pe r fo rmance . Whe the r ' s e lf -des ign ' is bu t ano the r l abel fo r ' i nadequa te unders tand-

i n g ' o r i n d e e d a ma n i f e s t a t i o n o f s t r u c t u r a l c h a n g e i n t h e e v o l v i n g b e h a v i o u r o f a

s y s t e m, i s a m o r e p h i l o s o p h i c a l q u e s t i o n o f s o m e c o n s i d e r a b l e i n te r e s t. 37

R e l i a b i l i ty o f s e r v i c e a n d t h e m i n i mi s a t i o n o f f a il u r e ma y i n t h e e n d b e the d e c i s i v e

f a c t o r s i n c o n c e i v i n g o f a w a s t e w a t e r i n f r a s t ru c t u r e t h a t i s r a d i c a l ly d i f f e r e n t f r o m t h a t

o f t o d a y ' s E u r o p e a n a n d N o r t h A m e r i c a n c i t i e s , y e t a d e s i r a b l e p a r a d i g m t o w a r d s

w h i c h t o p r o c e e d . C o n s i d e r th a t w e h a v e n o w a p a r a d i g m o f d o w n s t r e a m , e n d - o f - p i p e

t rea tmen t o f a m ixed w a te r /was te p roduc t o f a ' l e s s - than-c lean ' indus t ry and c i ty economy.

T h e u l t i ma t e d e s t i n a t i o n ( f a t e ) o f a n y x e n o b i o t i c s u b s t a n c e c o n f u s e d wi t h t h e n a t u r a l

c y c l e s o f ma t e r i a l s , a t wh a t e v e r p o i n t o n t h e i r p a s s a g e t h r o u g h t h e c i t y , w i l l mo s t

p r o b a b l y b e t h e s o l i d p r o d u c t o f d o wn s t r e a m t r e a t me n t . Ye t t h e r e a t l e a s t i t s f u r t h e r

p ropaga t ion i s a r re s ted ; i t has been caugh t in a cen t ra l i sed , end-of -p ipe ba r r i e r . A c lean

t e c h n o l o g y i n i n d u s t r y wi l l c o n f i n e s o me o f t h e s e s u b s t a n c e s a t s o u r c e ; s e p a r a t i o n a t

s o u r c e o f t o i l e t f l u sh i n g s , g r e y s e w a g e , a n d u r b a n r u n o f f m a y c o n f i n e t h e i r p r o p a g a -

t i o n d o w n s t r e a m t h r o u g h s o m e o f t h e c h a n n e l s o f t h e i n f r a s t r u c t u r e ; c o m p r e h e n s i v e

c o n t r o l a t s o u r c e o f u rb a n r u n o f f3 8 wo u l d d i v e r t t h e i r p o t e n t i a l mo v e me n t i n t o a h o s t

o f w i d e l y d i s p e r s e d p o i n t s o f e n t r y i n t o t h e s u b - s u r f a c e , g r o u n d wa t e r s e c t o r o f t h e

c i t y ' s e n v i r o n m e n t ; a n d t h e s y s t e m a t ic m i g r a t io n o f t re a t m e n t u p s t r e a m f r o m t h e e n d


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o f t h e p i ~ e t h r o u g h t h e p i p e a n d i n t o t h e s o u r c e , t h a t i s o n - s i t e t r e a t me n t o f d o me s t i c

s o u r c e s , ~ wi l l c o n s t i t u t e th e c l e a n h o u s e h o l d , t h e c o m p a n i o n o f a c l e a n i n d u s t r y a n d

a m o r e s y m p a t h e t i c c o n t r o l o f u r b a n r u n o f f a t s o u r c e. T h i s, w i t h o u t t h e s u b s ti t u ti o n o f

wa t e r b y a i r a s th e c a r r ie r , in a v a c u u m o p e r a t e d s y s t e m o f t o i le t f lu s h i n g a n d s e w a g e

c o n v e y a n c e ,4 wo u l d l e a v e u s wi t h a n a l t o g e t h e r d i ff e r e n t p a r a d i g m: o f a d e c e n t r a -

l i s e d , h i g h l y s e g r e g a t e d i n f r a s t r u c t u r e i n wh i c h t h e e n g i n e s o f ma t e r i a l ma n i p u l a t i o n

s i t a t t h e ma n y h e a d s o f ma n y p i p e s . I f t h e s e ma n y mo r e e n g i n e s f a i l , a s t h e y s u r e l y

wi l l, i n c l u d i n g i n t h e c le a n t e c h n o l o g i e s o f t h e n e w m i l l e n n i u m , wi l l t h e a d v e r s e

c o n s e q u e n c e s t h e r e o f p r o p a g a t e f a r w i t h a n y s i g n i f i c a n c e i n to t h e c i t y ' s e n v i r o n m e n t ?

C O N C L U S I O N S : T O W A R D S S O M E C R I T I C A L E C O N O M I C , S O C IA L A N D

P H I L O S O P H I C A L Q U E S T IO N S

T h e s e t h i n g s ma y r e a c h d e e p l y i n t o o u r d a i l y l i v e s a n d h a b i t s . T o wh a t e x t e n t mi g h t

we , the pub l i c , c i ty -dwel le r s , be inc l ined to acce p t the p roduc t s o f the cu r ren t w as tew a te r

i n f r a s tr u c t u r e , t u r n e d t o a d i f f e r e n t p u r p o s e ? T o wh a t e x t e n t s h o u l d o u r d a i l y l i v es a n d

h a b i ts b e a l t e r e d b y t h e d i c t a t e s o f a r a d i c a l l y d if f e r e n t p a r a d i g m f o r th i s c o m p o n e n t o f

a c i t y ' s i n f r a s t r u c t u r e ?

Ou r p u r p o s e h a s b e e n t o s e t o u t t h e e v o l v i n g d y n a mi c s o f p o s s i b l e c h a n g e i n t h e

c i t y ' s wa s t e wa t e r i n f r a s t r u c tu r e i n o r d e r to p o s e m b u t n o t a n s w e r - - s u c h q u e s ti o n s

i n a r i c h e r a n d mo r e s p e c i f i c ma n n e r . We h a v e ma d e a n a p p e a l t o t h e i ma g e o f a c i t y

a s a n o r g a n i s m , i n o r d e r t h e n c e to t r a c e o v e r t h e lo n g t e r m w h e t h e r t he m e t a b o l is m o f

t h is o r g a n i s m i s i n s y m p a t h y w i t h t h at o f t h e c i t y ' s s u r r o u n d i n g e n v i r o n m e n t , b o t h

l o c a l l y a n d g l o b a ll y . T h i s h a s d r a wn i n p a r t o n e a r l i e r wo r k o n a s s e s s i n g t h e i mp a c t o f

a c i ty s was tew a te r in f ras t ruc tu re on the g loba l cy c les o f ma te ri al f lows .41 Cu t tm g

a c r o s s t h e i ma g e o f me t a b o l i s m a n d t h e h e a l t h o f a n o r g a n i s m f r o m a r a t h e r d i f f e r e n t

p e r s p e c ti v e , w e h a v e o b s e r v e d h o w t h e c i ty h a s q u i c k e n e d t h e p u l s e o f i ts s u r r o u n d i n g

e n v i r o n me n t , p e r h a p s ma k i n g t h i s e n v i r o n me n t mo r e v u l n e r a b l e a n d l e s s r e s i l i e n t i n

t h e f a c e o f i n e v i t a b l e f a i l u r e s i n t h e s y s t e m o f wa s t e c o l l e c t i o n a n d t r e a t me n t .

A r m e d t h u s w i t h t w o b r o a d n o t i o n s o f w h a t m i g h t b e c o n s i d e r e d a s y m p a t h e t i c

c i t y - e n v i r o n m e n t r e l a ti o n s h i p , i n t h e s p e c i f ic a n d l a r g e l y te c h n i c a l t e r ms o f g l o b a l

ma t e r i a l c y c l e s a n d f r e q u e n c y r e s p o n s e , t h r e e p o s s ib l e p a t h s i n t o t h e f u t u r e h a v e b e e n

c h a r t e d . In s h o r t , t h e s e c o m p r i s e : ( i) d o i n g m o r e o f wh a t i s p r e s e n t l y b e i n g d o n e , mo r e

re l iab ly and m ore e f fi c ien t ly , wi th the p reva i l ing (European and Nor th A m er ican) pa rad igm

f o r a wa s t e wa t e r i n f r a s t r u c t u r e ; ( i i ) c h a n g i n g t h e p u r p o s e o f t h e c u r r e n t p a r a d i g m, t o

p r o d u c e a n ' o p t i ma l ' s o l i d p r o d u c t , a s o p p o s e d t o a n o p t i ma l l i q u i d p r o d u c t ; a n d ( i i i )

mi g r a t i o n f r o m t h e p r e s e n t , n o w o f t e n d e n i g r a t e d , c e n t r a l i s e d ' e n d - o f - p i p e ' p a r a d i g m,

t o a d e c e n t r a l i s e d , h i g h l y s e g r e g a t e d i n f r a s t r u c t u r e i n wh i c h t h e e n g i n e s o f ma t e r i a l

ma n i p u l a t i o n s i t a t t h e h e a d s o f ma n y s h o r t p i p e s r e t u r n i n g t h e p r o d u c t s o f t h e c i t y ' s

m e t a b o l i s m t o t h e e n v i r o n m e n t i n a b e n ig n f a s h i o n - - w h e n p r o p e r l y f u n ct i on i n g . I n

s p i te o f t h e ma n y s e e m i n g a d v a n t a g e s o f t h is l as t, w e h a v e r a i s e d a q u e s t i o n r e g a r d i n g

t h e r e l i a b i l i t y o f s o u r c e - c o n t r o l l e d c l e a n t e c h n o l o g i e s a n d c l e a n h o u s e h o l d s .

W e h a v e s o u g h t t o o v e r t u r n s o me l o n g - h e l d p r e ju d i c e s a b o u t t h e t e c h n i c a l fo r m a n d

p u r p o s e o f a c i t y ' s wa s t e wa t e r i n f r a s t r u c t u r e a n d t h u s t o p r i s e o p e n t h e d o o r o n t o a

r i c h e r p a le t t e o f p o s s i b l e t e c h n i c a l s o l u ti o n s f o r m o v i n g t h e f l u x o f a s s o c i a t e d ma t e r i -

a l s t h r o u g h a n d a r o u n d t h e c i t y . I n t h e w i d e r s e t ti n g , h o w e v e r , t h e r e i s n o t me r e l y t h e

t e c h n o l o g y o f t h e wa s t e wa t e r i n f r a s t r u c t u r e t o b e c o n s i d e r e d , b u t a l s o t h e t e c h n o l o g y

o f w a t e r s u p p l y , o f s o l i d w a s t e ( r e f u s e ) c o l le c t i o n , o f e n e r g y s u p p ly , a n d o f t r a n s p o r t

42

a n d c o m m u n i c a t i o n . A n d t h e n t h e r e a r e t h e i n s tr u m e n t s o f e c o n o m i c p o li cy , s o m e o f

t h e m p e r h a p s d i f f e r e n t f r o m t h o s e o f t h e p a st , t h a t ma y b e w i e l d e d i n o r d e r t o f o s t e r a

m o r e s y m p a t h e t i c c i t y - e n v i r o n m e n t r e l a ti o n sh i p . 43 B u t b e y o n d c o n s i d e ra t io n s o f j u s t

t e c h n o l o g y a n d e c o n o m i c s we l i v e in t i me s w h e n t h e p re v a i li n g mo o d i s m o v i n g t o wa r d s

t h a t o f ' s t a k e h o l d e r p a r t i c i p a t io n ' . T h e c o n s e q u e n c e s o f th e t e c h n o c r a t ' s r u mi n a t i o n s

a n d v a l u e j u d g e m e n t s w i l l b e v i s i te d l e s s a n d l e ss u p o n a n u n s u s p e c t i n g p u b l ic . 44 Ye t


15/16

Wastewater Infrastructure 419

w i d e r s t il l, a ft er t h r ee c e n t u r i e s o f th e w e d g e h a v i n g b e e n d r i v e n b e t w e e n r e a s o n a n d

e m o t i o n , 4 5 i t h a s b e e n a r g u e d t h at . . . w e a r e e n t e r in g i n t o a m o r e p h i l o s o p h i c a l

c e n t u r y w h e r e t h e u n c o n s c i o u s l o g i c o f f e e l in g [ w i l l p l a y ] a n i m p o r t a n t b a c k g r o u n d

r o l e i n s te e r i n g o u r t e c h n o l o g y ' .4 6 W e a r e w e l l a w a r e , t h er e fo r e, o f t h e p e r h a p s p r e d o m i n a n t

r o le s o c i a l , i n s ti tu t i on a l a n d p h i l o s o p h i c a l c o n s i d e r a t io n s m a y h a v e i n f a s h i o n i n g t h e

t e c h n o l o g i c a l f a b r i c o f a w a s t e w a t e r i n f r as t r u c tu r e o f th e f u tu r e .

Acknowledgements --

Som e o f t h i s w or k ha s i t s o r ig i n s i n a p r o j e c t on

Environmentally Efficient Urban Drainage for

the 21st Century

s uppor t e d by t he U K E ng i ne e r i ng a nd Phys i c a l Sc i e nc e s R e s e a r c h C ounc i l ( E PSR C ) du r i ng 1992- 1994 .

W e a r e g r a t e fu l t o t he E PSR C f o r t h is s uppor t .

M . B . B e c k i s c u r r e n tl y V i s i ti ng P r o f e s s o r i n t he D e pa r t m e n t o f C i v il E ng i ne e r i ng a t t he I m pe r i a l C o l l e ge o f Sc i e nc e ,

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t he c ho i c e o f de ve l opm e n t s t r a t e g i e s a nd f o r t he s e l e c t i on a nd a dop t i on o f ne w t e c hno l og i e s t o s uppor t t he s e

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l e ng t h o f t im e i n t he w a t e r s e c t o r (t he y a r e t he r e be c a us e w e ha ve a w a t e r - bo r ne s ys t e m o f w a s t e c onve ya n c e ) .

Se c ond , t he t e c hn o l ogy o f b i o l og i c a l n i t r if i c a t ion - de n i t r i fi c a t i on ge ne r a t e s no t on l y n i t r oge n ga s bu t a l s o n i t r ous

ox i de . I na dve r t e n t ge ne r a t i on o f t h i s la t te r , i n how e ve r s m a l l a n a m oun t r e l at i ve to o t he r s ou r c e s , m a y be r e ga r de d

a s unde s i r a b l e , s inc e n i t r ous ox i de i s s u s pe c t e d o f t he de s t r uc ti on o f oz one a nd i s know n t o be a g r e e nho us e ga s .

T h i r d , i t ha s be e n a r gue d t ha t t he w i de s p r e a d u s e o f b i o l og i c a l de n i t r i f i c a t i on w ou l d d i s t o r t s i gn i f i c a n t l y a nd

a dve r s e l y t he ba l a nc e o f n i t r oge n be t w e e n t ha t w h i c h i s b i o l og i c a l ly a va i l a b le i n s o i l s a nd t ha t w h i c h i s una va i l -

a b l e i n t he f o r m o f n i tr oge n ga s i n t he a t m os ph e r e ( s e e R . Sc hu l z e - R e t t m e r ( 1991) no t e 8 ) .

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