Station d'aération de piscine surélevée Sidestream à Cal-Sag et à la rivière Calumet.
Alors que la population urbaine explose et que le besoin d'énergie et d'eau durables augmente, des scientifiques et des ingénieurs de l'Université de Chicago et de leurs partenaires se tournent vers l'intelligence artificielle pour construire de nouveaux systèmes de traitement des eaux usées. Deux nouveaux projets testeront des moyens de créer des systèmes d'approvisionnement en eau « intelligents » pour récupérer les nutriments et l'eau propre.
« L'eau est une ressource indispensable de notre société, car elle est nécessaire au maintien de la vie et de la prospérité économique, " a déclaré Junhong Chen, le Crown Family Professor à la Pritzker School of Molecular Engineering de l'Université de Chicago et le principal stratège de l'eau au Argonne National Laboratory. "Notre économie future et notre sécurité nationale dépendent grandement de la disponibilité d'eau potable. Cependant, l'approvisionnement en eau douce renouvelable est limité, sans substitut."
Réduire, réutilisation
Le département américain de l'Énergie a annoncé que UChicago, avec le Laboratoire National d'Argonne, Northwestern University et d'autres partenaires, bénéficiera d'un financement pour développer un système de récupération d'énergie assisté par intelligence artificielle, les nutriments et l'eau douce des eaux usées municipales.
Le but ultime du projet, qui sera financé à hauteur de 2 millions de dollars sur trois ans, est de transformer le système américain existant de traitement des eaux usées municipales en un système intelligent de récupération des ressources en eau qui réduira considérablement la consommation d'énergie et deviendra énergétiquement positif à l'échelle nationale.
Le système de récupération d'eau qui en résulterait profiterait à l'approvisionnement en eau des communautés mal desservies du côté sud de Chicago ainsi que de la région des Grands Lacs en général, y compris Milwaukee et Détroit.
MWRD relie le tunnel d'apport Des Plaines à la construction du réservoir McCook. Crédit :MWRD
« Ce projet est une étape importante dans la réalisation du plan stratégique d'Argonne visant à renforcer notre leadership dans les sciences liées à l'eau grâce à des recherches pionnières, découvertes et innovations utilisant l'intelligence artificielle, " dit Chen.
L'approche combinera l'intelligence artificielle et l'apprentissage automatique pour l'apprentissage en ligne de la dynamique du système, modélisation mathématique pour optimiser la récupération d'énergie et de nutriments, et l'analyse et la modélisation du cycle de vie en ce qui concerne à la fois la science et l'économie pour guider la conception du système. Il impliquera également le développement de nouveaux matériaux pour une production efficace de vapeur solaire et de capteurs sans fil pour la surveillance en temps réel de la qualité de l'eau.
Le concept de système intelligent pour la récupération des eaux usées municipales devrait également être applicable à d'autres eaux usées, y compris industriel et agricole.
Les autres partenaires comprennent la Great Lakes Water Authority, District métropolitain d'égouts de Milwaukee, NanoAffix et deux pôles régionaux d'innovation dans le domaine de l'eau—Current et le Conseil de l'eau. Le prix fait partie d'une liste de projets du ministère de l'Énergie totalisant 27,5 millions de dollars pour 16 projets d'infrastructures hydrauliques visant à réduire la consommation d'énergie et les émissions de carbone dans notre infrastructure hydraulique vieillissante, notamment dans le traitement des eaux usées.
En plus de Chen, les membres de l'équipe du projet comprennent Seth Darling d'Argonne, Jennifer Dunn de Northwestern University et Argonne, George Wells de l'Université Northwestern, et Asst. Prof. Yuxin Chen de l'Université de Chicago.
Construction du système de tunnel des Plaines avec de l'eau. Crédit :MWRD
Éliminer les contaminants toxiques de l'eau
Un autre projet cherche à utiliser l'IA en ingénierie moléculaire pour détecter et éliminer les contaminants de l'eau.
Produits chimiques contaminant l'eau tels que les substances polyfluoroalkyles, ou PFAS, peut entraîner de graves effets sur l'environnement et la santé, comme le faible poids de naissance du nourrisson, cancer, et la perturbation des hormones thyroïdiennes. Les approches actuelles de détection de ces produits chimiques sont coûteuses, long, et nécessitent un équipement encombrant et un personnel qualifié. Le grand nombre de contaminants - plus de 4, 000 dans la seule famille des PFAS—interdisent également le développement conventionnel de sondes biologiques ou chimiques.
Un projet dirigé par des scientifiques de l'Université de Chicago et d'Argonne développera une plate-forme utilisant la simulation moléculaire, synthèse organique, et l'intelligence artificielle pour explorer rapidement le grand espace moléculaire des sondes PFAS potentielles et identifier efficacement, conception, et fabriquer de nouvelles sondes chimiques pour détecter et éliminer les contaminants de l'eau.
L'oeuvre, qui s'associe à Current, District métropolitain de récupération des eaux du Grand Chicago, fera également progresser la science des données, caractérisation à la Source Photonique Avancée d'Argonne, et simulation haute performance. Les scientifiques espèrent qu'il pourrait potentiellement être transféré au dépistage et à l'élimination d'autres contaminants de l'eau, comme les produits pharmaceutiques, faire progresser la santé publique mondiale. Il est financé par le programme Discovery Challenge du Center for Data and Computing (CDAC), avec le soutien de l'Initiative du groupe de travail conjoint du Bureau de la recherche et des laboratoires nationaux d'UCicago.
Les scientifiques du projet comprennent Junhong Chen, Stuart Rowan, et Andrew Ferguson de la Pritzker School of Molecular Engineering, Rebecca Willett et Eric Jonas du département informatique UChicago, Seth Darling de l'école Pritzker et d'Argonne, et Sang Soo Lee et Chris Benmore d'Argonne.
