Våre drikkevannssystemer er en katastrofe. Hva kan vi gjøre?

Folk i utviklede land slår på trykk og trygt drikkevann strømmer, en dramatisk helsemessig fordel de pleier å ta for gitt. Den selvtilfredsheten ble dramatisk forstyrret i fjor da barn i Flint, Michigan, begynte å teste positivt for blyforgiftning og kilden ble sporet til vann fra springen. Men Flint burde ikke ha tatt noen til overraskelse; Faktisk har fagfolk i vannbransjen lyttet til varsel i mange år. Mye av vanninfrastrukturen i den utviklede verden ble bygget 70 til 100 år siden og nærmer seg slutten av sitt brukbare liv. American Water Works Association sier at vi har gått inn i "erstatningsperioden", der vi må gjenoppbygge "vann- og avløpsvannssystemene som vi tidligere tidligere genererte." De fleste rør, avhengig av deres materialer og miljøet de bor i, har en levetid på 60 til 95 år. Behandlingsanleggets mekaniske og elektriske komponenter kan tjene 15 til 25 år. Uten hurtig oppgradering er det sannsynlig at vi vil se forverret vannkvalitet, med flere hendelser av bly- eller arsenforgiftning og bakteriell og viral forurensning, og økende antall lekkasjer som forstyrrer vannet og fører til kostbare nødreparasjoner.

I 2013 American Society of Civil Engineers ga USAs drikkevannssystem en klasse på D. I USA brenner 240,000 vannledninger et år, eller om ett hvert to minutter. Hvert år går mer enn 32 milliarder kubikkmeter (41 milliarder kubikkmeter) av behandlet vann til lekkasjer rundt om i verden - nok vann til å tjene nesten 400 millioner mennesker, ifølge Verdensbanken. Og selv om drikkevann i USA forblir ganske trygt i det hele tatt, gjør forurensning med bakterier eller virus regelmessig folk syk. I 2011-2012 så nasjonen 32 drikkevann-assosiert sykdom utbrudd, forårsaker 431 tilfeller av sykdom og 14 dødsfall, ifølge dens sentre for sykdomskontroll og forebygging.

Oppgradering av mer enn 1 million miles (1.6 million kilometer) av drikkevannsrør i USA - sammen med annen vanninfrastruktur - og utvidende systemer for å møte behovene til en voksende befolkning, forventes å koste mer enn US $ 1 billioner over det neste 25 år, ifølge AWWA. Selv om den nødvendige finansielle investeringen er fornøyd, kan oppstart av oppgraderinger innebære forringet vannkvalitet fra lekkede rør eller utdaterte behandlingsanlegg, serviceavbrudd og enda høyere kostnader: Det er mye billigere å forhindre lekkasje enn å fikse vannskader etterpå i moldy bygninger eller buckled veier.

For å utføre målrettet triage, bidrar nye teknologier - sensorer, smarte målere og datastyringsplattformer - vannforvaltere til å ta informerte beslutninger om hvordan man fordeler verdifulle midler og holder seg foran problemene.

"Vi forkynner kapitalforvaltning. Ikke bare erstatte x prosent av rørene i året, sier Tommy Holmes, regissør for AWWA. "Utfør en analyse av systemet ditt og velg hvilket 2-prosent av rørene må byttes ut, i stedet for å bare fokusere på et geografisk område. Du vil erstatte rør på randen av feil først. "


innerself abonnere grafikk


Tech Arsenal

Å bidra til å gjøre disse strategiske avgjørelsene er vannmålere, som går høyteknologisk. Byer begynner å installere smarte målere hos kundenes hus og bedrifter for å måle vannbruk. Fordi avansert meterinfrastruktur (kjent i virksomheten som AMI) kan overføre data om vann som forbrukes via trådløs teknologi til sentrale kontorer i sanntid, kan den "fortelle deg mye mer enn bare vannforbruk," sier Ken Thompson, nestleder for intelligent vannløsninger for CH2M, et globalt ingeniørfirma basert i Colorado som hjelper kommunene med å planlegge oppgraderinger til vanninfrastruktur, velge teknologier og integrere utstyr i et enkelt styringssystem. Thompson sier at AMI-målere kan finne lekkasjer på kundens eiendom ved å oppdage uvanlige bruksmønstre. De kan også null inn på rørledningen bryter under gaten, som lager sug og trekker vann ut av beboernes hus. "Hvis du ser en klynge med et tilbakeslagsproblem, er det sannsynligvis en rørledningssvikt på den gaten," sier Thompson. Ved hjelp av dataene kan ledere beregne plasseringen av pause og fikse det raskt før det skader nærliggende hus og veier.

Sensorer er en annen viktig komponent i moderne vanninfrastruktur, som brukes til å oppdage både lekkasjer og forurensning. Vann passerer direkte over sensoren, som er utformet for å måle spesifikke kjemiske egenskaper av vannet. Sensoren er inneholdt i et sylindrisk tilfelle, vanligvis laget av metall eller plast og 8 til 12 inches lang, som kan skrues direkte inn i et rør. Sylinderen inneholder også elektronikk for datainnsamling og kommunikasjon. For sine vannbehandlingssystemer bruker CH2M typisk tre typer sensorer, sier Thompson. Drikkevann har en standard kjemisk profil, så sensorene er utformet for å oppdage avvik, snarere enn å teste for individuelle forurensninger. Hvis sensorene flagger en aberrasjon, varsler det vannforvaltere for å teste vannet for å bestemme årsaken til endringen og om det er skadelig for folkehelsen.

"Det er hundre tusenvis av forbindelser," sier Thompson. "Du kan ikke se på alt."

Sensorene CH2Ms kunder bruker vanligvis koster et par tusen dollar hver, sier Thompson. Et større verktøy som den som serverer Dallas, Texas, kan bruke 10 til 20 sensorer, sier han, mens en veldig liten som serverer noen få tusen mennesker "kan komme seg unna med en eller to."

På McMaster University i Hamilton, Ontario, jobber forskerne med en annen tilnærming til vannfølerteknologi - en som er mye billigere. Gay Yuyitung, administrerende direktør for McMaster Industry Liaison Office, sier universitetsforskere arbeider for å produsere sensorer som koster rundt US $ 10.

Researchers oppnår dette dramatiske prisutslippet ved å miniatyrisere sensorene (til omtrent størrelsen på et sesamfrø) og bruke billige materialer og produksjonsmetoder. "Det er som å lage sensorer ved hjelp av en blekkskriver, i motsetning til høyt spesialisert produksjon, sier Yuyitung. "De reduserer komponentene slik at det kan produseres masse på en billig måte."

McMaster ingeniør professor Jamal Deen og hans team, inkludert medarbeiderne Raja Ghosh og Ravi Selvaganapathy, har utviklet seg kjemiske sensorer som kan oppdage klor og pH i drikkevann. På toppen av grunnmaterialet kan de bruke forskjellige kjemiske grensesnitt slik at sensorene kan teste for en rekke forurensningsproblemer. I fremtiden kan denne innovasjonen i sensorer gjøre disse teknologiene enklere, spesielt for små vannforsyninger. I USA tjener 84.5 prosent av vannsystemer mindre enn 3,300-folk.

Fordi sensorene er billige og kan kommunisere trådløst, kan de også brukes til å sikre trygt drikkevann i små, fjerntliggende lokalsamfunn som ennå ikke er koblet til et kommunalt vannbehandlingssystem, slik som First Nations-samfunn i Canadas nordlige eller landlige landsbyer i India. Ny vanninfrastruktur er nødvendig for å imøtekomme behovene til voksende befolkninger over hele verden, men selv før det er bygget, kan samfunn dra nytte av teknologier som måler kvaliteten på vannet. Folk som lever utenfor vannet kan bruke sensorene til å teste sjøen, strømmen eller godt for å avgjøre om naturlig forekommende arsenik spisket i vannforsyningen eller kyrene hadde et nylig baderomsbrudd oppstrøms.

Systemadministrasjon

Programvare tilbyr et annet teknologisk verktøy for prioritering av oppgraderinger til kommunal vannforsyningsinfrastruktur. To store spillere er Microsofts CityNext og IBMs smartere byer, som analyserer data fra smarte målere, sensorer og andre kilder for å identifisere nye lekkasjer og forurensning.

Miami-Dade Countys parkanlegg, som bruker mer enn 300 millioner liter (1.14 milliarder liter) vann årlig, bruker IBMs plattform for å oppdage uregelmessigheter i vannforbruk og forsendelsesparksforvaltere for å sjekke dem ut. "Vi sparer bokstavelig talt måneder for å finne og reagere på de reparasjonene som trengs," sier Jack Kardys, direktør i Miami-Dade County, Parks, Recreation og Open Space Department. Avdelingen forventer 7 til 12 prosent besparelser på sin årlige US $ 4 millioner vannregning.

CH2M gir også vannverktøy med en systemadministrasjonsplattform som hjelper operatørene til å være proaktive for å løse problemer, snarere enn reaktive, sier Thompson. I 2013, med US Environmental Protection Agency-finansiering, installerte CH2M overvåkings- og responssystemer i Philadelphia, New York, Dallas og San Francisco. Selv om systemene ble utformet for å beskytte drikkevann mot uheldig lek, bruker byene dem for kvotisk vannkvalitet, sier Thompson. CH2M har gjennomført rundt et dusin store vannsystemer i USA og tusenvis av systemer av forskjellige størrelser over hele verden, sier han.

Den virkelige styrken av dataplattformene er å samle på ett sted ulike strømmer av informasjon - vannstrømningshastigheter, infrastrukturbetingelser, vannkvalitet - som tidligere ble silket.

Michael Sullivan, salgsansvarlig for IBM Smarter Water Management, sier at slike systemer kunne ha identifisert Flints ledelse fare mye raskere. "En del av problemet med Flint var at det ikke var noen sikt," sier han. "Det var lommer med informasjon, men problemet kom ikke til syne før mye lenger langs linjen."

"Å behandle borgere som en sensor," som Sullivan sier, er spesielt populær i utviklingsland.Dataplattformer som IBMs og CH2Ms kan også inkludere annen viktig informasjon, som for eksempel materialet og alder av rør i et bestemt område og deres forventede levetid i lokale miljøer. De kan også flagge problemer i nær sanntid når kunden ringer om lekkasjer eller endret vannkvalitet i et bestemt område, overgå en grenseverdi.

Å stole på kundenes øyne på bakken er ikke ny. 1993 Cryptosporidium parvum utbruddet i Milwaukee som sykede 400,000-folk ble opprinnelig flagget da et lokalt apotek ringte til offentlige helsemyndigheter, og sa at det ikke kunne holde Imodium på lager, sier Thompson.

Menneskelig tilbakemelding er spesielt viktig for systemer som ennå ikke har smarte målere eller sensorer. "Å behandle borgere som en sensor," som Sullivan sier, er spesielt populær i utviklingsland. I Sør-Afrika testet folk en IBM-sponset app som heter WaterWatchers som tillot dem å rapportere problemer som lekkasje, forurensning eller strømmen hindringer via sine mobiltelefoner, sier Sullivan.

Finansieringsspørsmålet

Mens smart teknologi kan hjelpe vannforsyninger gjøre mer kunnskapsrike beslutninger om hvor du skal bruke kapitalinvesteringsdollar, som potensielt sparer penger samlet, er det fortsatt spørsmålet om hvor du skal få $ 1 billioner som AWWA forutser at vi må fikse dårlig amerikansk drikkevannsinfrastruktur over det neste kvart århundre.

I USA brukte føderale, statslige og lokale myndigheter US $ 109 milliarder på vanninfrastruktur (inkludert vannforsyning og avløpsbehandlingsanlegg samt drikkevannbehandling og levering) i 2014, ifølge kongressens budsjettkontor. Bare en tredjedel av det - om US $ 36 milliarder - var for kapitalinvesteringer som nye rør eller oppdaterte drikkevannsbehandlingsanlegg.

Slike dollar kommer hovedsakelig fra lokale vannavgifter, skattefritakede kommunale obligasjoner og EPAs rentvannstatens revolveringsfond, som tildelte $ 863 millioner i tilskudd til stater for drikkevann fasiliteter i regnskapsåret 2016. Kongressen opprettet et nytt lavrente låneprogram i 2014, men har ennå ikke bevilget penger til det.

Disse pengepengene er ikke nok. For å nå $ 1 trillion i investering, må USA bruke gjennomsnittlig US $ 400 milliarder årlig. US $ 36 milliarder for kapitalinvesteringer faller langt kort.

Til slutt vil kundene sannsynligvis måtte betale mer for vann, slik at verktøyene i sin tur har de pengene de trenger for å erstatte aldrende infrastruktur. Privat investering via offentlig-private partnerskap er en sannsynlig vei for sliter kommunene, ifølge det multinasjonale profesjonelle tjenesterfirmaet EY, til tross for to betydelige hindringer. Bedrifter har typisk skilt seg fra vanninfrastrukturinvesteringer fordi vannsektoren er tungt regulert og konservativ for endring fordi folks helse er på spill. Og menneskerettighetsaktivister har lenge vært opptatt av at å få selskaper involvert i vannforsyning vil føre til høye priser for fattige mennesker, en uholdbar situasjon når vann er kritisk for livet. Utviklingen mot private investeringer i vannforsyning tok imidlertid et skritt fremover Mars 22, World Water Day, da Vitenskapens Vitenstopmøte kunngjorde at mer enn 150-selskaper forpliktet $ 4 milliarder i private penger til å forbedre USAs vanninfrastruktur.

Til slutt vil kundene sannsynligvis måtte betale mer for vann så verktøyene i sin tur har de midler de trenger for å erstatte aldrende infrastruktur. Ifølge AWWA betaler de fleste amerikanere mindre enn $ 3.75 for hver 1,000 gallon vann som leveres til kranene sine. Tommy Holmes, regissør for AWWA, sier at det undervurderer trygt drikkevann. "Folk har denne ideen at fordi vann er en naturlig forekommende ting som faller fra himmelen, bør det ikke være dyrt," sier han. "Men Mor Nature samler ikke vannet, behandler det og leverer det gjennom rør. Folk gjør det, og de må betales. " Se Ensia hjemmeside

Om forfatteren

Basert i San Francisco, lever uavhengig reporter Erica Gies for tiden i Paris. Hun skriver om vitenskap og miljø, spesielt energi og vann, for New York Times, International Herald Tribune, Forbes, Wired News og andre utsalgssteder.

Relatert bok:

at InnerSelf Market og Amazon

 

Denne artikkelen opprinnelig oppstod på Ensia