Die Menschen in den Industrieländern schalten den Wasserhahn und den sicheren Trinkwasserfluss ein, ein dramatischer Gesundheitsvorteil, den sie als selbstverständlich ansehen. Diese Selbstzufriedenheit wurde im letzten Jahr dramatisch gestört, als Kinder in Flint, Michigan, begannen, positiv auf Bleivergiftung zu testen, und die Quelle wurde auf Leitungswasser zurückverfolgt. Aber Flint hätte niemanden überrascht haben sollen; In der Tat haben die Fachleute der Wasserwirtschaft seit Jahren Alarm geschlagen. Ein Großteil der Wasserinfrastruktur in der entwickelten Welt wurde gebaut 70 vor 100 Jahren und nähert sich dem Ende seines nützlichen Lebens. Die American Water Works Association sagt, dass wir in die "Erneuerungs-Ära" eingetreten sind, in der wir die von früheren Generationen hinterlassenen Wasser- und Abwassersysteme wieder aufbauen müssen. Die meisten Rohre haben abhängig von ihren Materialien und der Umwelt, in der sie leben eine Lebensdauer von 60 bis 95 Jahren. Mechanische und elektrische Komponenten der Behandlungsanlagen können 15 zu 25 Jahren dienen. Ohne sofortige Upgrades werden wir wahrscheinlich eine Verschlechterung der Wasserqualität feststellen, mit mehr Vorfällen von Blei- oder Arsenvergiftungen und bakteriellen und viralen Kontaminationen und einer zunehmenden Anzahl von Lecks, die den Wasserservice stören und zu kostspieligen Notreparaturen führen.

In 2013 die Amerikanische Gesellschaft der Bauingenieure gab dem US-Trinkwassersystem eine Note von D. Überall in den Vereinigten Staaten platzen 240,000-Wasserleitungen ein Jahr oder etwa alle zwei Minuten. Jedes Jahr werden mehr als 32 Milliarden Kubikmeter (41 Milliarden Kubikyards) aufbereitetes Wasser durch Lecks in der ganzen Welt verloren - genug Wasser, um fast 400 Millionen Menschen zu versorgen, laut der Weltbank. Und obwohl Trinkwasser in den Vereinigten Staaten insgesamt ziemlich sicher ist, macht die Kontamination mit Bakterien oder Viren die Menschen regelmäßig krank. In 2011-2012 sah die Nation 32 trinkwasserbedingte Krankheitsausbrüche, die 431-Fälle von Krankheit und 14-Todesfällen verursachen, gemäß seinen Zentren für Krankheitskontrolle und Prävention.

Der Ausbau der mehr als 1 Millionen Meilen (1.6 Millionen Kilometer) Trinkwasserleitungen in den USA - zusammen mit anderen Wasserinfrastrukturen - und der Ausbau von Systemen zur Deckung des Bedarfs einer wachsenden Bevölkerung wird voraussichtlich mehr als 1 Billionen US-Dollar kosten 25 Jahre, laut AWWA. Obwohl die erforderlichen finanziellen Investitionen verblüffend sind, kann das Aufschieben von Upgrades eine Verschlechterung der Wasserqualität durch undichte Rohrleitungen oder veraltete Behandlungsanlagen, Betriebsunterbrechungen und sogar höhere Kosten bedeuten: Es ist viel billiger, ein Leck zu vermeiden als später in schimmeligen Gebäuden oder Wasserschäden zu beheben verbogene Straßen.

Für eine zielgerichtete Triage helfen neue Technologien - Sensoren, intelligente Zähler und Datenmanagementplattformen - Wassermanagern, fundierte Entscheidungen darüber zu treffen, wie sie wertvolle Mittel zuweisen und den Problemen einen Schritt voraus sein können.

"Wir predigen das Asset Management. Ersetzen Sie nicht einfach x Prozent der Rohre pro Jahr ", sagt Tommy Holmes, Legislativdirektor von AWWA. "Führen Sie eine Analyse Ihres Systems durch und wählen Sie, welche 2-Prozent der Rohre ausgetauscht werden müssen, anstatt sich nur auf ein geografisches Gebiet zu konzentrieren. Sie möchten zuerst die Rohre ersetzen, die kurz vor dem Versagen stehen. "

Technisches Arsenal

Zu diesen strategischen Entscheidungen tragen Wasserzähler bei, die High-Tech werden. Städte beginnen, intelligente Zähler in den Häusern und Geschäften von Kunden zu installieren, um den Wasserverbrauch zu messen. Da fortschrittliche Zählerinfrastruktur (in der Branche als AMI bekannt) Daten über Wasser, das über drahtlose Technologie verbraucht wird, in Echtzeit an die Zentralstellen übermitteln kann, kann es viel mehr als nur Wasserverbrauch sagen, sagt Ken Thompson, stellvertretender Direktor von intelligent Wasserlösungen für CH2M, ein globales Ingenieurbüro mit Sitz in Colorado, das Kommunen dabei unterstützt, Upgrades für die Wasserinfrastruktur zu planen, Technologien auszuwählen und Geräte in ein einziges Managementsystem zu integrieren. Thompson sagt, dass AMI-Zähler Lecks auf dem Eigentum des Kunden finden können, indem sie ungewöhnliche Nutzungsmuster aufspüren. Sie können auch auf Unterbrechungen der Pipeline unter der Straße stoßen, die Sog erzeugen und Wasser aus den Häusern der Bewohner ziehen. "Wenn Sie einen Cluster mit einem Rückflussproblem sehen, gibt es wahrscheinlich eine Pipeline-Pause in dieser Straße", sagt Thompson. Mithilfe dieser Daten können Manager den Ort der Unterbrechung berechnen und sofort beheben, bevor sie benachbarte Häuser und Straßen beschädigt.

Sensoren sind eine weitere Schlüsselkomponente der modernen Wasserinfrastruktur, die sowohl Leckagen als auch Kontaminationen erkennt. Das Wasser wird direkt über den Sensor geleitet, der die spezifischen chemischen Eigenschaften des Wassers misst. Der Sensor befindet sich in einem zylindrischen Gehäuse, normalerweise aus Metall oder Kunststoff und 8 bis 12 Zoll lang, das direkt in ein Rohr geschraubt werden kann. Der Zylinder enthält auch Elektronik für die Datenerfassung und Kommunikation. Für seine Wassermanagementsysteme verwendet CH2M typischerweise drei Arten von Sensoren, sagt Thompson. Trinkwasser hat ein standardmäßiges chemisches Profil, daher sind die Sensoren so konstruiert, dass sie Abweichungen erkennen und nicht auf einzelne Schadstoffe testen. Wenn die Sensoren eine Abweichung anzeigen, warnt dies die Wassermanager, das Wasser zu testen, um die Ursache der Änderung festzustellen und festzustellen, ob dies für die öffentliche Gesundheit schädlich ist.

"Es gibt Hunderttausende von Verbindungen", sagt Thompson. "Du kannst nicht alles sehen."

Die Sensoren, die die Kunden von CH2M verwenden, kosten in der Regel ein paar tausend Dollar, sagt Thompson. Ein größeres Dienstprogramm wie das, das Dallas, Texas, bedient, könnte 10 zu 20-Sensoren verwenden, sagt er, während ein wirklich kleiner Dienst, der ein paar tausend Menschen bedient, "mit einem oder zwei entkommen könnte".

An der McMaster University in Hamilton, Ontario, arbeiten Forscher an einem anderen Ansatz für die Wassersensortechnologie - einer, die erheblich billiger ist. Laut Gay Yuyitung, Executive Director des McMaster Industry Liaison Office, arbeiten Universitätsforscher daran, Sensoren zu produzieren, die rund US $ 10 kosten.

REsearchers erzielen diesen dramatischen Preisrutsch, indem sie die Sensoren miniaturisieren (etwa so groß wie ein Sesamsamen) und dabei kostengünstige Materialien und Herstellungsmethoden verwenden. "Es ist zum Beispiel die Herstellung von Sensoren mit einem Tintenstrahldrucker im Gegensatz zu einer hochspezialisierten Fertigung ", sagt Yuyitung. "Sie reduzieren die Bauteile, so dass sie kostengünstig in Serie produziert werden können."

McMaster-Technikprofessor Jamal Deen und sein Team haben sich zusammen mit den anderen Ingenieurfakultäten Raja Ghosh und Ravi Selvaganapathy entwickelt chemische Sensoren, die Chlor und pH erkennen können in Trinkwasser. Zusätzlich zu dem Basismaterial können sie verschiedene chemische Schnittstellen anwenden, so dass die Sensoren auf eine Vielzahl von Verschmutzungsproblemen testen können. In Zukunft könnte diese Innovation bei Sensoren diese Technologien insbesondere für kleine Wasserversorger leichter erreichbar machen. In den USA sind 84.5 Prozent der Wassersysteme der Gemeinschaft weniger als 3,300-Nutzer.

Da die Sensoren billig sind und drahtlos kommunizieren können, können sie auch dazu beitragen, in kleinen, abgelegenen Gemeinden, die noch nicht an ein kommunales Wasseraufbereitungssystem angeschlossen sind, wie etwa First Nations in Kanadas Norden oder ländliche Dörfer in Indien, sicheres Trinkwasser zu gewährleisten. Eine neue Wasserinfrastruktur ist erforderlich, um die Bedürfnisse der wachsenden Bevölkerung weltweit zu erfüllen. Aber schon bevor sie gebaut wird, können Gemeinden von Technologien profitieren, die die Qualität ihres Wassers messen. Menschen, die außerhalb des Wassernetzes leben, könnten die Sensoren verwenden, um ihren See, Strom oder Brunnen zu testen, um festzustellen, ob zum Beispiel natürlich vorkommendes Arsen in ihrem Wasservorrat aufgespießt wird oder ob Kühe stromaufwärts eine Badpause hatten.

Systems Management

Software bietet ein weiteres technologisches Werkzeug für die Priorisierung von Upgrades für kommunale Wasserversorgungsinfrastrukturen. Zwei große Spieler sind Microsofts CityNext und IBMs intelligentere Städte, die Daten von intelligenten Zählern, Sensoren und anderen Quellen analysieren, um aufkommende Lecks und Kontaminationen zu identifizieren.

Das Parksystem von Miami-Dade County, das jährlich mehr als 300 Milliarden Liter Wasser nutzt, nutzt die Plattform von IBM, um Unregelmäßigkeiten im Wasserverbrauch zu erkennen und Parkmanager zu informieren, um sie zu überprüfen. "Wir sparen wörtlich Monate, um die notwendigen Reparaturen zu finden und darauf zu reagieren", sagt Jack Kardys, Direktor von Miami-Dade County, der Abteilung für Parks, Erholung und Open Space. Die Abteilung erwartet, dass 1.14 7 Einsparungen in Höhe von USD 12 Millionen Wasserrechnung pro Jahr ermöglicht.

CH2M bietet Wasserversorgern auch eine Systemmanagement-Plattform, die Betreibern hilft, Probleme proaktiv zu lösen, anstatt zu reagieren, sagt Thompson. In 2013 installierte CH2M mit Unterstützung der US Environmental Protection Agency Überwachungs- und Reaktionssysteme in Philadelphia, New York, Dallas und San Francisco. Obwohl die Systeme konzipiert wurden, um Trinkwasser vor schlechtem Spiel zu schützen, nutzen die Städte sie für das tägliche Wasserqualitätsmanagement, sagt Thompson. CH2M hat rund ein Dutzend große Wassersysteme in den USA und Tausende von Systemen in verschiedenen Größen weltweit fertiggestellt, sagt er.

Die wahre Stärke von Datenplattformen besteht darin, verschiedene Informationsströme - Wasserdurchflussraten, Infrastrukturzustand und Wasserqualität - an einem Ort zusammenzuführen, die zuvor isoliert wurden.

Laut Michael Sullivan, Vertriebsleiter für IBM Smarter Water Management, könnten solche Systeme die Bleigefahr von Flint viel schneller erkennen. "Ein Teil des Problems mit Flint war, dass es keine wirkliche Sichtbarkeit gab", sagt er. "Es gab Informationsfetzen, aber das Problem kam erst viel später auf."

"Menschen wie einen Sensor zu behandeln", wie Sullivan es ausdrückt, ist in Entwicklungsländern besonders beliebt.Datenplattformen wie IBMs und CH2Ms können auch andere wichtige Informationen enthalten, z. B. das Material und das Alter von Rohren in einem bestimmten Bereich und ihre prognostizierte Lebenserwartung in lokalen Umgebungen. Sie können Probleme auch in nahezu Echtzeit melden, wenn Kunden in einer bestimmten Region über Lecks oder geänderte Wasserqualität sprechen und einen Basisschwellenwert überschreiten.

Sich auf die Augen der Kunden zu verlassen, ist nicht neu. Das 1993 Cryptosporidium parvum Ausbruch in Milwaukee, dass kranke 400,000 Leute zuerst gekennzeichnet wurden, als eine lokale Apotheke Beamte des öffentlichen Gesundheitswesens anrief und sagte, dass es Imodium nicht auf Lager halten konnte, Thompson sagt.

Menschliches Feedback ist besonders wichtig für Systeme, die noch keine intelligenten Zähler oder Sensoren haben. "Menschen wie einen Sensor zu behandeln", wie Sullivan es ausdrückt, ist in Entwicklungsländern besonders beliebt. In Südafrika testeten Menschen eine von IBM gesponserte App namens WasserWächter So konnten sie Probleme wie Lecks, Verunreinigungen oder Strombehinderungen über ihre Mobiltelefone melden, sagt Sullivan.

Die Finanzierungsfrage

Während intelligente Technologien Wasserversorgern dabei helfen können, fundiertere Entscheidungen darüber zu treffen, wo sie Investitionssummen ausgeben und möglicherweise insgesamt Geld sparen können, gibt es immer noch die Frage, wo wir die $ 1 Billionen der AWWA-Vorhersagen erhalten, die wir brauchen, um die angeschlagene US-Trinkwasserinfrastruktur zu reparieren im nächsten Vierteljahrhundert.

In den USA haben Bund, Länder und Kommunen ausgegeben US $ 109 Milliarde auf Wasserinfrastruktur (einschließlich Wasserversorgungs- und Abwasserbehandlungsanlagen sowie Trinkwasseraufbereitung und -lieferung) in 2014, so das Congressional Budget Office. Nur ein Drittel davon - etwa US $ 36 Milliarden - war für Kapitalinvestitionen wie neue Rohre oder modernisierte Trinkwasseraufbereitungsanlagen.

Solche Dollars kommen hauptsächlich aus lokalen Wassergebühren, steuerbefreiten Kommunalobligationen und dem EPA-Clean Water State Revolving Fund, der zugeteilt wurde $ 863 Millionen in Zuschüssen zu Staaten für Trinkwasseranlagen im Geschäftsjahr 2016. Der Kongress hat in 2014 ein neues zinsgünstiges Darlehensprogramm geschaffen, aber noch kein Geld dafür angeeignet.

Diese Pools von Geld sind nicht genug. Um $ 1 Billionen an Investitionen zu erreichen, müssen die USA jährlich durchschnittlich 400 Milliarden US-Dollar ausgeben. Die 36-Milliarde US-Dollar für Kapitalinvestitionen bleiben weit hinter den Erwartungen zurück.

Letztendlich werden die Kunden wahrscheinlich mehr für Wasser bezahlen müssen, damit die Versorgungsunternehmen wiederum die Mittel erhalten, die sie benötigen, um die alternde Infrastruktur zu ersetzen. Private Investitionen über öffentlich-private Partnerschaften sind nach Angaben des multinationalen Dienstleistungsunternehmens ein wahrscheinlicher Weg für die kämpfenden Kommunen EYtrotz zwei wesentlicher Hürden. Die Unternehmen haben sich in der Regel vor Investitionen in die Wasserinfrastruktur zurückgehalten, weil der Wassersektor stark reguliert und konservativ gegenüber Veränderungen ist, weil die Gesundheit der Menschen auf dem Spiel steht. Und Menschenrechtsaktivisten sind seit langem besorgt darüber, dass Unternehmen, die an der Wasserversorgung beteiligt sind, dazu führen, dass die Preise für arme Menschen zu hoch sind, eine unhaltbare Situation, in der Wasser für das Leben entscheidend ist. Dennoch machte der Trend zu privaten Investitionen in die Wasserversorgung einen Schritt weiter. März 22, Weltwassertag, als der Wassergipfel des Weißen Hauses bekanntgab, dass mehr als 150-Unternehmen $ 4 Milliarden an privatem Geld zur Verbesserung der US-Wasserinfrastruktur versprachen.

Letztlich werden die Kunden wahrscheinlich müssen bezahle mehr für Wasser Die Versorgungsunternehmen wiederum verfügen über die Mittel, die sie benötigen, um die alternde Infrastruktur zu ersetzen. Laut der AWWA zahlen die meisten Amerikaner weniger als $ 3.75 für jede 1,000 Gallone Wasser, die an ihre Wasserhähne geliefert wird. Tommy Holmes, der gesetzgebende Direktor von AWWA, sagt, dass sauberes Trinkwasser erheblich unterbewertet wird. "Menschen haben diese Idee, dass Wasser, weil es ein natürlich vorkommendes Ding ist, das vom Himmel fällt, nicht teuer sein sollte", sagt er. "Aber Mutter Natur sammelt das Wasser nicht, behandelt es und liefert es durch Rohre. Die Leute machen das und sie müssen bezahlt werden. "