Mennesker i de udviklede lande åbner vandhanen og strømmer sikkert drikkevand, en dramatisk sundhedsmæssig fordel, de har tendens til at tage for givet. Denne selvtilfredshed blev dramatisk forstyrret sidste år, da børn i Flint, Michigan, begyndte at teste positive for blyforgiftning, og kilden blev sporet til ledningsvand. Men Flint skulle ikke have overrasket nogen; faktisk har fagfolk inden for vandindustrien slået alarm i årevis. Meget af vandinfrastrukturen i den udviklede verden blev bygget 70 til 100 år siden og nærmer sig slutningen af ​​dets brugstid. American Water Works Association siger, at vi er gået ind i "erstatningstiden", hvor vi skal genopbygge "vand- og spildevandssystemerne, som tidligere generationer har testamenteret os." De fleste rør har en levetid på 60 til 95 år, afhængigt af deres materialer og miljøet. Renseanlægs mekaniske og elektriske komponenter kan tjene 15 til 25 år. Uden hurtige opgraderinger vil vi sandsynligvis se en forringet vandkvalitet med flere hændelser med bly- eller arsenforgiftning og bakteriel og viral forurening og et stigende antal lækager, der forstyrrer vandtjenesten og fører til dyre nødreparationer.

I 2013 American Society of Civil Engineers gav det amerikanske drikkevandssystem en klasse på D. Overalt i USA sprænger 240,000 vandledninger om året eller cirka en hvert andet minut. Hvert år går mere end 32 milliarder kubikmeter (41 milliarder kubikmeter) behandlet vand tabt på grund af lækager rundt om i verden - nok vand til at betjene næsten 400 millioner mennesker, ifølge Verdensbanken. Og selvom drikkevand i USA generelt er ganske sikkert, gør forurening med bakterier eller vira regelmæssigt folk syge. I 2011-2012 så nationen 32 drikkevandsassocierede sygdomsudbrud, der forårsager 431 tilfælde af sygdom og 14 dødsfald, ifølge dets centre for sygdomsbekæmpelse og forebyggelse.

Opgradering af de mere end 1 million miles (1.6 millioner kilometer) drikkevandsledninger i USA - sammen med anden vandinfrastruktur - og udvidelse af systemer til at imødekomme behovene hos en voksende befolkning forventes at koste mere end US $ 1 billion i løbet af de næste 25 år ifølge AWWA. Selvom den krævede økonomiske investering er forbløffende, kan udsættelse af opgraderinger betyde forringet vandkvalitet fra utætte rør eller forældede behandlingsfaciliteter, serviceafbrydelser og endnu højere omkostninger: Det er meget billigere at forhindre en lækage end at reparere vandskader bagefter i formede bygninger spændte veje.

For at udføre målrettet triage hjælper nye teknologier - sensorer, intelligente målere og datahåndteringsplatforme - vandledere med at træffe informerede beslutninger om, hvordan man fordeler dyrebare midler og holder sig foran problemer.

”Vi forkynder kapitalforvaltning. Udskift ikke bare x procent af rørene om året, ”siger Tommy Holmes, lovgivende direktør for AWWA. ”Udfør en analyse af dit system, og vælg, hvilke 2 procent af rørene der skal udskiftes i stedet for kun at fokusere på et geografisk område. Du vil først udskifte rør på randen af ​​svigt. ”

Teknisk Arsenal

Hjælp til at tage disse strategiske beslutninger er vandmålere, som bliver high-tech. Byer begynder at installere smarte målere i kundernes huse og virksomheder for at måle vandforbruget. Fordi avanceret målerinfrastruktur (kendt i branchen som AMI) kan overføre data om vand, der forbruges via trådløs teknologi til centralkontorer i realtid, kan det ”fortælle dig meget mere end bare vandforbrug”, siger Ken Thompson, vicedirektør for intelligent vandløsninger til CH2M, et globalt ingeniørfirma med base i Colorado, der hjælper kommuner med at planlægge opgraderinger til vandinfrastruktur, vælge teknologier og integrere udstyr i et enkelt styringssystem. Thompson siger, at AMI-målere kan finde lækager på kundens ejendom ved at se usædvanlige brugsmønstre. De kan også nulstille rørledningsbrud under gaden, som skaber sugning og trækker vand ud af beboernes huse. "Hvis du ser en klynge med et tilbagestrømsproblem, er der sandsynligvis en pipeline-pause på den gade," siger Thompson. Ved hjælp af disse data kan ledere beregne placeringen af ​​pausen og rette det straks, før det beskadiger nærliggende huse og veje.

Sensorer er en anden nøglekomponent i moderne vandinfrastruktur, der bruges til at opdage både lækager og forurening. Vand passerer direkte over sensoren, som er designet til at måle vandets specifikke kemiske egenskaber. Sensoren er indeholdt i en cylindrisk kasse, normalt lavet af metal eller plast og 8 til 12 inches lang, der kan skrues direkte ind i et rør. Cylinderen indeholder også elektronik til dataindsamling og kommunikation. For sine vandhåndteringssystemer bruger CH2M typisk tre typer sensorer, siger Thompson. Drikkevand har en standard kemisk profil, så sensorerne er designet til at få øje på afvigelser snarere end at teste for individuelle forurenende stoffer. Hvis sensorerne markerer en aberration, advarer vandledere om at teste vandet for at bestemme årsagen til ændringen, og om det er skadeligt for folkesundheden.

”Der er hundredtusinder af forbindelser,” siger Thompson. "Du kan ikke se på alt."

Sensorerne, som CH2Ms kunder bruger, koster typisk et par tusinde dollars hver, siger Thompson. Et større værktøj som det, der betjener Dallas, Texas, bruger muligvis 10 til 20 sensorer, siger han, mens en rigtig lille, der betjener et par tusinde mennesker "måske kommer væk med en eller to."

På McMaster University i Hamilton, Ontario, arbejder forskere på en anden tilgang til vandsensorteknologi - en der er langt billigere. Gay Yuyitung, administrerende direktør for McMaster Industry Liaison Office, siger, at universitetsforskere arbejder på at producere sensorer, der koster omkring US $ 10.

Rforskere opnår denne dramatiske prisnedskæring ved at miniaturisere sensorerne (til størrelsen af ​​et sesamfrø) og ved hjælp af billige materialer og fremstillingsmetoder. ”Det er som at fremstille sensorer ved hjælp af en ink-jet-printer i modsætning til højt specialiseret fremstilling, ”siger Yuyitung. "De reducerer komponenterne, så de kan masseproduceres billigt."

McMaster-ingeniørprofessor Jamal Deen og hans team, herunder andre ingeniørfakultetsmedlemmer Raja Ghosh og Ravi Selvaganapathy, har udviklet sig kemiske sensorer, der kan registrere klor og pH i drikkevand. Oven på det grundlæggende materiale kan de anvende forskellige kemiske grænseflader, så sensorerne kan teste for en række forureningsproblemer. I fremtiden vil denne innovation inden for sensorer muligvis gøre disse teknologier lettere, især for små vandforsyninger. I USA betjener 84.5 procent af samfundets vandsystemer færre end 3,300 mennesker.

Fordi sensorerne er billige og kan kommunikere trådløst, kan de også bruges til at sikre sikkert drikkevand i små fjerntliggende samfund, der endnu ikke er forbundet med et kommunalt vandbehandlingssystem, såsom First Nations-samfund i Canadas nordlige eller landlige landsbyer i Indien. Ny vandinfrastruktur er påkrævet for at imødekomme behovene hos voksende befolkninger over hele verden, men selv før den er bygget, kan samfund drage fordel af teknologier, der måler kvaliteten af ​​deres vand. Mennesker, der lever fra vandnettet, kan bruge sensorerne til at teste deres sø, vandløb eller brønd til at afgøre, om f.eks. Naturligt forekommende arsenik spidset i deres vandforsyning, eller køer havde et nylig badeværelsesopbrud.

Systemadministration

Software tilbyder et andet teknologisk værktøj til prioritering af opgraderinger til kommunal vandforsyningsinfrastruktur. To store spillere er Microsofts CityNext , IBMs smartere byer, som analyserer data fra smarte målere, sensorer og andre kilder for at lokalisere nye lækager og forurening.

Miami – Dade County parksystem, der bruger mere end 300 millioner liter (1.14 milliarder liter) vand årligt, bruger IBMs platform til at opdage uregelmæssigheder i vandforbruget og sender parkchefer til at tjekke dem ud. ”Vi sparer bogstaveligt talt måneder ved at finde og reagere på de reparationer, der er nødvendige,” siger Jack Kardys, direktør for Miami – Dade County, Parks, Recreation og Open Space Department. Afdelingen forventer besparelser på 7 til 12 procent på sin årlige vandregning på US $ 4 millioner.

CH2M giver også vandforsyninger en systemadministrationsplatform, der hjælper operatører med at være proaktive med at løse problemer snarere end reaktive, siger Thompson. I 2013 installerede CH2M med amerikansk miljøbeskyttelsesagentur overvågnings- og reaktionssystemer i Philadelphia, New York, Dallas og San Francisco. Selvom systemerne var udtænkt til at beskytte drikkevand mod dårligt spil, bruger byerne dem til kvotian vandkvalitetsstyring, siger Thompson. CH2M har afsluttet omkring et dusin store vandsystemer i USA og tusinder af systemer i forskellige størrelser over hele verden, siger han.

Den sande styrke ved dataplatforme er at samle forskellige strømme af information på et sted - vandgennemstrømningshastigheder, infrastrukturtilstand, vandkvalitet - der tidligere blev lukket.

Michael Sullivan, salgschef for IBM Smarter Water Management, siger, at sådanne systemer kunne have identificeret Flints blyfare meget hurtigere. ”En del af problemet med Flint var, at der ikke var nogen reel synlighed,” siger han. "Der var lommer med information, men problemet kom ikke rigtig til syne, før det kom meget længere langs linjen."

"At behandle borgere som en sensor," som Sullivan udtrykker det, er især populært i udviklingslande.Dataplatforme som IBM og CH2M kan også inkorporere andre vigtige oplysninger, såsom rørets materiale og alder i et bestemt område og deres forventede forventede levetid i lokale miljøer. De kan også markere problemer i næsten realtid, når kunden ringer om lækager eller ændret vandkvalitet i et specifikt område overgår en basislinjetærskel.

At stole på kundernes øjne på jorden er ikke nyt. 1993 Cryptosporidium parvum udbruddet i Milwaukee, der sygte 400,000 mennesker, blev oprindeligt markeret, da et lokalt apotek ringede til folkesundhedsembedsmænd og sagde, at det ikke kunne holde Imodium på lager, siger Thompson.

Menneskelig feedback er især vigtig for systemer, der endnu ikke har smarte målere eller sensorer. "At behandle borgere som en sensor," som Sullivan udtrykker det, er især populært i udviklingslande. I Sydafrika testede folk en IBM-sponsoreret app kaldet WaterWatchers der gjorde det muligt for dem at rapportere problemer som lækager, forurening eller stream-forhindringer via deres mobiltelefoner, siger Sullivan.

Finansieringsspørgsmålet

Mens smart teknologi kan hjælpe vandforsyninger med at tage mere kloge beslutninger om, hvor de skal bruge kapitalinvesteringer dollars, hvilket potentielt sparer penge samlet set, er der stadig spørgsmålet om, hvor man kan få $ 1 billioner, som AWWA forudsiger, at vi bliver nødt til at rette den skrantende amerikanske drikkevandsinfrastruktur det næste kvart århundrede.

I USA brugte føderale, statslige og lokale regeringer 109 mia. Dollars på vandinfrastruktur (inklusive vandforsyning og rensningsanlæg samt behandling og levering af drikkevand) i 2014, ifølge Congressional Budget Office. Bare en tredjedel af dette - omkring 36 milliarder dollars - var til kapitalinvesteringer såsom nye rør eller opdaterede drikkevandsbehandlingsfaciliteter.

Sådanne dollars kommer primært fra lokale vandafgifter, skattefri kommunale obligationer og EPA's Clean Water State Revolving Fund, som tildelte $ 863 millioner i tilskud til stater for drikkevandsfaciliteter i regnskabsåret 2016. Kongressen oprettede et nyt lånelånsprogram i 2014, men har endnu ikke afsat penge til det.

Disse puljer af penge er ikke nok. For at nå $ 1 billioner i investeringer skal USA bruge gennemsnitligt 400 milliarder dollars om året. De 36 mia. Dollars til kapitalinvesteringer mangler langt.

I sidste ende bliver kunder sandsynligvis nødt til at betale mere for vand, så forsyningsselskaber til gengæld har de midler, de har brug for til at erstatte aldrende infrastruktur. Ifølge det multinationale professionelle serviceselskab er private investeringer via offentlig-private partnerskaber en sandsynlig vej for kommuner, der kæmper EYpå trods af to betydelige forhindringer. Virksomheder har typisk undgå at investere i vandinfrastruktur, fordi vandsektoren er stærkt reguleret og konservativ med hensyn til forandring, fordi folks sundhed står på spil. Og menneskerettighedsaktivister har længe været bekymrede for, at det at få virksomheder involveret i vandlevering vil føre til for høje priser for fattige mennesker, en uholdbar situation, når vand er kritisk for livet. Ikke desto mindre tog tendensen mod private investeringer i vandforsyning et skridt fremad den 22. marts, Verdens Vanddag, da Det Hvide Hus Vandtopmøde meddelte, at mere end 150 virksomheder forpligtede sig til 4 milliarder dollars i private penge til at forbedre den amerikanske vandinfrastruktur.

I sidste ende bliver kunderne sandsynligvis nødt til det betale mere for vand så forsyningsselskaber har til gengæld de midler, de har brug for til at erstatte aldrende infrastruktur. Ifølge AWWA betaler de fleste amerikanere mindre end $ 3.75 for hver 1,000 liter vand, der leveres til deres vandhaner. Tommy Holmes, lovgivende direktør for AWWA, siger, at meget undervurderer sikkert drikkevand. ”Folk har denne idé, at fordi vand er en naturligt forekommende ting, der falder ned fra himlen, bør det ikke være dyrt,” siger han. ”Men Moder Natur opsamler ikke vandet, behandler det og leverer det gennem rør. Folk gør det, og de skal betales. ”