Environmental, economic, and social sustainability of urban water systems: a critical review using a life-cycle-based approach

The increasing number of studies covering different life cycle sustainability assessment (LCSA) tools and urban water systems (UWSs) emphasize the need to synthesize current research. While LCSA studies focus on an integrated approach considering the life cycle assessment (LCA), Life Cycle Costing (LCC), and social life cycle assessment (S-LCA) methodologies, these tools are typically applied separately, disregarding the trade-offs amongst economic, social, and environmental impacts. In this context, this review aims to critically analyze the literature on LCSA tools to enhance the integrated application in the future. Furthermore, we aim to identify technological trends, current challenges, and future research directions to improve sustainability. The ProKnow-C methodology was applied using a combination of four keyword sets and three databases. We selected 72 relevant papers that were analyzed in detail. Results demonstrate that authors apply different boundaries when using different LCSA tools, and lack of data was also a common issue. Furthermore, papers lack system description in the scope definition, leading to a biased interpretation of results. Another important issue was the functional unit selection, which did not represent the complexity of UWSs, lacking important details such as water loss, water quality, and population served. Water treatment is the most researched process in UWSs, and stormwater systems (collection or treatment) are rarely included, representing only 25% of the analyzed literature. In conclusion, the application of LCSA tools faces fundamental challenges, such as data quality and availability. Concerning the engineering improvements, future works should use LCSA data to support design and technology development, also focusing on human behaviour and frugal technology alternatives. Finally, new paradigms need to be developed and applied to enhance sustainability and integrate UWS. Key words: life cycle analysis, social life cycle analysis, cost life cycle analysis, life cycle sustainability analysis, urban water management Le nombre croissant d'etudes couvrant differents outils d'analyse de la durabilite du cycle de vie (ADCV) et les systemes d'eau urbains (SEU) souligne la necessite de synthetiser les recherches actuelles. Alors que les etudes d'ADCV se concentrent sur une approche integree considerant les methodologies d'analyse du cycle de vie (ACV), de cout du cycle de vie (CCV) et d'analyse du cycle de vie sociale (ACV-S), ces outils sont generalement appliques separement, sans tenir compte des compromis entre les impacts economiques, sociaux et environnementaux. Dans ce contexte, cette synthese vise a analyser de maniere critique la litterature portant sur les outils d'evaluation de la durabilite du cycle de vie (ADCV), afin d'ameliorer leur application integree a l'avenir. En outre, les auteurs souhaitent identifier les tendances technologiques, les defis actuels et les futures orientations de recherche pour ameliorer la durabilite. La methodologie Pro-know C a ete appliquee en utilisant une combinaison de quatre ensembles de mots-cles et trois bases de donnees. Ils ont selectionne 72 articles pertinents qui ont ete analyses en detail. Les resultats montrent que les auteurs de ces articles appliquent des limites differentes lorsqu'ils utilisent differents outils d'ADCV, et que le manque de donnees constituait egalement un probleme courant. De plus, les articles sont deficients en matiere de description des systemes dans la definition du champ d'application, ce qui conduit a une interpretation biaisee des resultats. Un autre probleme important consistait en la selection de l'unite fonctionnelle, qui ne representait pas la complexite des systemes d'eau urbains, ignorant des details importants tels que la perte d'eau, la qualite de l'eau et la population desservie. Le traitement de l'eau est le processus le plus etudie dans les SEU, et les systemes d'eaux pluviales (collecte ou traitement) sont rarement inclus, representant 25 % seulement de la litterature analysee. En conclusion, l'application des outils d'ADCV fait face a des defis fondamentaux, tels que la qualite et la disponibilite des donnees. En ce qui concerne les ameliorations techniques, les travaux futurs devraient utiliser les donnees de revaluation de la durabilite du cycle de vie pour soutenir la conception et le developpement technologique, en se concentrant egalement sur le comportement humain et les alternatives technologiques frugales. Enfin, de nouveaux paradigmes doivent etre developpes et appliques pour ameliorer la durabilite et integrer les SEU. [Traduit par la Redaction.] Mots-cles : analyse du cycle de vie, analyse du cycle de vie sociale, analyse du cout du cycle de vie, analyse de la durabilite du cycle de vie, gestion des eaux urbaines
1. Introduction Water is a critical resource for human civilization, and its use ranges from energy production to animal feeding and food crop irrigation. Hence, water has strategic importance and [...]