This research investigated using a life cycle environmental and economic approach to evaluate IX technology for small potable water systems, allowing for the identification and development of process and design improvements that reduce environmental impacts and costs. The main goals were to evaluate conventional IX in terms of life cycle environmental and economic sustainability, develop a method for improving designs of IX systems from a environmental and economic sustainability standpoint, evaluate potential design improvements, and make the research findings accessible to water professionals through user-friendly tools and frameworks that take into account their feedback. This research provides an understanding, from the perspective of life cycle environmental impacts and costs, of the tradeoffs between various reactor designs of IX, the effects of scale, key contributors to impact and cost, design trends that improve sustainability, and how combined cation anion exchange compares to conventional IX. Furthermore, tools were developed that can be used to identify design choices that improve sustainability of IX systems. These tools were made into a user-friendly format to better bridge the gap between research and practice.

O adensamento populacional que as metrópoles vivenciam contribui para reduzir a disponibilidade específica de água, medida em m³/hab.ano. Adicionalmente a este evento, quando o crescimento urbano ocorre de forma não planejada, isso impacta também a qualidade dos mananciais. Esses dois efeitos ocorrem de forma combinada, sobretudo na Região Metropolitana de São Paulo (RMSP). Como consequência observam-se opções de ampliação da capacidade de produção de água potável sucessivamente mais custosas, seja por processos mais caros para o tratamento de um manancial mais poluído, próximo ao centro consumidor, seja pela maior distância de um manancial não poluído, e maiores custos com obras, como ocorre atualmente na implantação do Sistema Produtor São Lourenço (SPSL). Esse processo de encarecimento das opções para ampliação do sistema centralizado de produção de água potável persistirá na RMSP, conforme a população continue a aumentar nas próximas décadas. Existem fontes alternativas com disponibilidade satisfatória, como a água residuária, que quando adequadamente tratadas, podem ser direcionadas para usos que não demandam água potável. Essa possibilidade tem sido aproveitada de forma crescente pelo mercado imobiliário em edifícios, através da instalação de sistemas prediais de água não potável (SPANP), e há diferentes tecnologias disponíveis se consolidando com custos em tendência de queda. Nesse contexto, o objetivo da pesquisa é formular um modelo matemático de tomada de decisão para verificar se a utilização de SPANP são viáveis em relação à implantação do SPSL. Para o desenvolvimento da pesquisa, realizou-se revisão bibliográfica para avaliar as experiências de implantação de SPANP com fonte de águas cinzas em diferentes localidades, bem como para estabelecer a comparação de produção de água potável em macroescala em relação à produção de água não potável em microescala. Foram coletados dados quanto aos custos de construção, operação e manutenção de um SPANP em operação em um edifício na RMSP, e o mesmo para o SPSL. Por meio dos princípios da Programação Inteira, foi formulado um modelo para a indicação de qual opção de sistema apresenta o menor custo total acumulado durante os 20 primeiros anos de operação. Foram simulados cinco cenários com a alteração das principais variáveis que influenciam o comportamento da viabilidade das opções, sendo que as simulações foram realizadas com o uso do software LINDOTM. Em quatro dos cinco cenários simulados, o SPSL foi a opção de menor custo acumulado no 20o ano de operação, indicando a maior probabilidade do mesmo ser a opção de implantação mais econômica no presente. No entanto, devido à tendência de encarecimento das alternativas de ampliação do sistema centralizado de produção de água potável e de redução de custos dos SPANP, essa conclusão não pode ser adotada automaticamente quanto ao próximo sistema centralizado de água potável planejado para ser implantado. / The population agglomeration phenomenon that the metropolises pass through, reduces the water availability measured by the indicator m³/hab.year. Additionally, when urban growth happen in an unplanned way, it also impacts the quality of the water sources. These two effects occur in a combined way, especially in the São Paulo Metropolitan Region (SPMR). As a consequence, the options for expanding the production capacity of drinking water are successively more costly, either by more expensive processes for the treatment of a more polluted source, near the consumer center, or by the larger distance of an unpolluted source, and higer costs with construction, as it is currently happening in the implementation of the São Lourenço Producer System (SLPS). The process that is turning expensive the options for expanding the centralized drinking water system will persist in the SPMR as the population continues to increase in the coming decades. There are alternative sources with satisfactory availability, such as wastewater, which when properly treated, can be directed to uses that do not require potable water. This possibility has been used more and more by the real estate market in buildings, through the installation of non-potable water systems (NPWS), and there are different technologies available in consolidation with falling costs. Thus, the objective of the research is to formulate a mathematical decision making model to verify if the use of NPWS are viable in relation to the implementation of the SLPS. For the development of the research, a bibliographical review was carried out to evaluate the experiences of implementation of NPWS with source of gray water in different localities, as well as to establish the comparison of production of drinking water in macro scale in relation to the production of non-potable water in micro scale. Data were collected on the costs of construction, operation and maintenance of NPWS in a building in the SPMR, and the same for SLPS. Through the principles of Integer Programming, a model was formulated to indicate which system option has the lowest accumulated total cost during the first 20 years of operation. Five scenarios were simulated with the change of the main variables that influence the viability behavior of the options, the simulations were performed using LINDOTM software. In four of the five simulated scenarios, SLPS was the lowest accumulated cost option in the 20th year of operation, indicating that it is more likely to be the most economical deployment option in the present. However, due to the rising cost of alternatives for the expansion of the centralized drinking water production system and the cost reduction of NPWSs, this conclusion cannot be automatically adopted for the next centralized drinking water system planned to be implemented.