Οι άνθρωποι στις ανεπτυγμένες χώρες ενεργοποιούν τη ροή της βρύσης και του ασφαλούς πόσιμου νερού, ένα δραματικό όφελος για την υγεία που τείνουν να θεωρούν δεδομένα. Αυτός ο εφησυχασμός διακόπηκε δραματικά πέρυσι όταν τα παιδιά στο Flint του Μίσιγκαν, άρχισαν να είναι θετικά για δηλητηρίαση από μόλυβδο και η πηγή εντοπίστηκε σε νερό βρύσης. Όμως ο Φλιντ δεν θα έπρεπε να είχε εκπλήξει κανέναν. Στην πραγματικότητα, οι επαγγελματίες της βιομηχανίας ύδατος ακούγονται εδώ και χρόνια. Μεγάλο μέρος της υποδομής νερού στον ανεπτυγμένο κόσμο κατασκευάστηκε 70 έως 100 χρόνια πριν και πλησιάζει στο τέλος της ωφέλιμης ζωής του. Η American Water Works Association λέει ότι έχουμε εισέλθει στην «εποχή αντικατάστασης», στην οποία πρέπει να ανοικοδομήσουμε «τα συστήματα νερού και λυμάτων που μας κληροδότησαν οι προηγούμενες γενιές». Οι περισσότεροι σωλήνες, ανάλογα με τα υλικά τους και το περιβάλλον στο οποίο διαμένουν, έχουν διάρκεια ζωής 60 έως 95 ετών. Τα μηχανικά και ηλεκτρικά εξαρτήματα των εγκαταστάσεων επεξεργασίας μπορούν να εξυπηρετήσουν 15 έως 25 χρόνια. Χωρίς άμεσες αναβαθμίσεις, είναι πιθανό να παρατηρούμε επιδείνωση της ποιότητας του νερού, με περισσότερα περιστατικά δηλητηρίασης από μόλυβδο ή αρσενικό και βακτηριακή και ιογενή μόλυνση, και αυξανόμενος αριθμός διαρροών που διακόπτουν την εξυπηρέτηση νερού και οδηγούν σε δαπανηρές επισκευές έκτακτης ανάγκης.

Το 2013 η Αμερικανική Εταιρεία Πολιτικών Μηχανικών έδωσε το αμερικανικό σύστημα πόσιμου νερού βαθμού D. Σε όλες τις Ηνωμένες Πολιτείες, εκτοξεύτηκαν 240,000 αγωγές νερού ετησίως, ή περίπου κάθε δύο λεπτά. Κάθε χρόνο, περισσότερα από 32 δισεκατομμύρια κυβικά μέτρα (41 δισεκατομμύρια κυβικά μέτρα) επεξεργασμένου νερού χάνεται από διαρροές σε όλο τον κόσμο - αρκετό νερό για να εξυπηρετήσει σχεδόν 400 εκατομμύρια ανθρώπους, σύμφωνα με την Παγκόσμια Τράπεζα. Και παρόλο που το πόσιμο νερό στις Ηνωμένες Πολιτείες παραμένει αρκετά ασφαλές συνολικά, η μόλυνση με βακτήρια ή ιούς κάνει τα άτομα να αρρωσταίνουν τακτικά. Το 2011-2012, το έθνος είδε 32 εκδηλώσεις ασθενειών που σχετίζονται με πόσιμο νερό, προκαλώντας 431 περιπτώσεις ασθενειών και 14 θανάτους, σύμφωνα με τα Κέντρα Ελέγχου και Πρόληψης Νοσημάτων.

Η αναβάθμιση των σωλήνων πόσιμου νερού άνω των 1 εκατομμυρίου μιλίων (1.6 εκατομμύρια χιλιόμετρα) στις ΗΠΑ - μαζί με άλλες υποδομές νερού - και η επέκταση των συστημάτων για την κάλυψη των αναγκών ενός αυξανόμενου πληθυσμού προβλέπεται να κοστίσει περισσότερα από 1 τρισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ κατά τα επόμενα 25 χρόνια, σύμφωνα με το AWWA. Παρόλο που η απαιτούμενη χρηματοοικονομική επένδυση είναι εντυπωσιακή, η αναβολή αναβαθμίσεων μπορεί να σημαίνει υποβαθμισμένη ποιότητα νερού από διαρροές σωλήνων ή ξεπερασμένες εγκαταστάσεις επεξεργασίας, διακοπές υπηρεσίας και ακόμη υψηλότερο κόστος: Είναι πολύ φθηνότερο να αποφευχθεί η διαρροή από το να διορθώσουμε τη ζημία του νερού μετά σε χυτά κτίρια ή λυγισμένοι δρόμοι.

Για να πραγματοποιήσουν στοχευμένες δοκιμές, οι νέες τεχνολογίες - αισθητήρες, έξυπνοι μετρητές και πλατφόρμες διαχείρισης δεδομένων - βοηθούν τους διαχειριστές νερού να λάβουν ενημερωμένες αποφάσεις σχετικά με τον τρόπο διάθεσης πολύτιμων πόρων και να μείνουν μπροστά από προβλήματα.

«Κηρύττουμε τη διαχείριση περιουσιακών στοιχείων. Μην αντικαθιστάτε απλώς x τοις εκατό των σωλήνων ετησίως », λέει ο Tommy Holmes, νομοθετικός διευθυντής της AWWA. «Κάντε μια ανάλυση του συστήματός σας και επιλέξτε το 2% των σωλήνων που πρέπει να αντικατασταθούν, αντί να εστιάσετε μόνο σε μια γεωγραφική περιοχή. Θέλετε πρώτα να αντικαταστήσετε τους σωλήνες στα πρόθυρα αστοχίας. "

Τεχνολογία Άρσεναλ

Βοηθώντας στη λήψη αυτών των στρατηγικών αποφάσεων είναι οι μετρητές νερού, οι οποίοι έχουν υψηλή τεχνολογία. Οι πόλεις αρχίζουν να εγκαθιστούν έξυπνους μετρητές σε σπίτια και επιχειρήσεις πελατών για τη μέτρηση της χρήσης νερού. Επειδή η προηγμένη υποδομή μετρητών (γνωστή στην επιχείρηση ως AMI) μπορεί να μεταδώσει δεδομένα σχετικά με το νερό που καταναλώνεται μέσω ασύρματης τεχνολογίας σε κεντρικά γραφεία σε πραγματικό χρόνο, μπορεί να σας «πει πολλά περισσότερα από την απλή χρήση νερού», λέει ο Ken Thompson, αναπληρωτής διευθυντής έξυπνων υπηρεσιών διαλύματα νερού για CH2Μ, μια παγκόσμια εταιρεία μηχανικής που εδρεύει στο Κολοράντο και βοηθά τους δήμους να σχεδιάσουν αναβαθμίσεις σε υποδομές νερού, να επιλέξουν τεχνολογίες και να ενσωματώσουν τον εξοπλισμό σε ένα ενιαίο σύστημα διαχείρισης. Ο Thompson λέει ότι οι μετρητές AMI μπορούν να εντοπίσουν διαρροές στην ιδιοκτησία του πελάτη εντοπίζοντας ασυνήθιστα μοτίβα χρήσης. Μπορούν επίσης να μηδενιστούν σε διαλείμματα αγωγών κάτω από το δρόμο, που δημιουργούν αναρρόφηση και αντλούν νερό από τα σπίτια των κατοίκων. "Εάν δείτε ένα σύμπλεγμα με πρόβλημα αναρροής, πιθανότατα υπάρχει διακοπή αγωγού σε αυτόν τον δρόμο", λέει ο Thompson. Χρησιμοποιώντας αυτά τα δεδομένα, οι διαχειριστές μπορούν να υπολογίσουν τη θέση του διαλείμματος και να το διορθώσουν αμέσως προτού καταστρέψουν κοντινά σπίτια και δρόμους.

Οι αισθητήρες είναι ένα άλλο βασικό στοιχείο της σύγχρονης υδάτινης υποδομής, που χρησιμοποιείται για τον εντοπισμό τόσο διαρροών όσο και μόλυνσης. Το νερό περνά απευθείας πάνω από τον αισθητήρα, ο οποίος έχει σχεδιαστεί για τη μέτρηση συγκεκριμένων χημικών χαρακτηριστικών του νερού. Ο αισθητήρας περιέχεται σε κυλινδρική θήκη, συνήθως κατασκευασμένη από μέταλλο ή πλαστικό και μήκους 8 έως 12 ιντσών, που μπορεί να βιδωθεί απευθείας σε σωλήνα. Ο κύλινδρος περιέχει επίσης ηλεκτρονικά για τη συλλογή δεδομένων και τις επικοινωνίες. Για τα συστήματα διαχείρισης νερού, το CH2M χρησιμοποιεί συνήθως τρεις τύπους αισθητήρων, λέει ο Thompson. Το πόσιμο νερό έχει τυπικό χημικό προφίλ, επομένως οι αισθητήρες έχουν σχεδιαστεί για να εντοπίζουν αποκλίσεις και όχι για δοκιμή μεμονωμένων ρύπων. Εάν οι αισθητήρες επισημαίνουν μια παρέκκλιση, αυτό ειδοποιεί τους διαχειριστές νερού να ελέγξουν το νερό για να προσδιορίσουν την αιτία της αλλαγής και αν είναι επιβλαβές για τη δημόσια υγεία.

«Υπάρχουν εκατοντάδες χιλιάδες ενώσεις», λέει ο Thompson. «Δεν μπορείς να δεις τα πάντα.»

Οι πελάτες που χρησιμοποιούν οι αισθητήρες CH2M κοστίζουν συνήθως μερικές χιλιάδες δολάρια το καθένα, λέει ο Thompson. Ένα μεγαλύτερο βοηθητικό πρόγραμμα όπως αυτό που εξυπηρετεί το Ντάλας του Τέξας, μπορεί να χρησιμοποιήσει 10 έως 20 αισθητήρες, λέει, ενώ ένα πολύ μικρό που εξυπηρετεί μερικές χιλιάδες άτομα «μπορεί να ξεφύγει με ένα ή δύο».

Στο Πανεπιστήμιο McMaster στο Χάμιλτον του Οντάριο, οι ερευνητές εργάζονται σε μια διαφορετική προσέγγιση στην τεχνολογία αισθητήρων νερού - μια πολύ φθηνότερη. Ο Gay Yuyitung, εκτελεστικός διευθυντής του McMaster Industry Liaison Office, λέει ότι οι ερευνητές πανεπιστημίου εργάζονται για την παραγωγή αισθητήρων που κοστίζουν περίπου 10 $.

RΟι ερευνητές επιτυγχάνουν αυτή τη δραματική μείωση των τιμών με τη μικρογράφηση των αισθητήρων (περίπου στο μέγεθος ενός σουσάμι) και χρησιμοποιώντας υλικά χαμηλού κόστους και μεθόδους κατασκευής. "Του σαν να κατασκευάζουμε αισθητήρες χρησιμοποιώντας έναν εκτυπωτή μελάνης σε αντίθεση με την εξαιρετικά εξειδικευμένη κατασκευή », λέει ο Yuyitung. «Μειώνουν τα εξαρτήματα έτσι ώστε να μπορεί να παραχθεί μαζικά φθηνά.»

Ο καθηγητής μηχανικής του McMaster, Jamal Deen και η ομάδα του, συμπεριλαμβανομένων των συναδέλφων των μελών της σχολής μηχανικών, Raja Ghosh και Ravi Selvaganapathy, έχουν αναπτυχθεί χημικοί αισθητήρες που μπορούν να ανιχνεύσουν το χλώριο και το pH σε πόσιμο νερό. Πέρα από το βασικό υλικό, μπορούν να εφαρμόσουν διαφορετικές χημικές διεπαφές, έτσι ώστε οι αισθητήρες να μπορούν να ελέγξουν για διάφορα θέματα ρύπανσης. Στο μέλλον, αυτή η καινοτομία στους αισθητήρες μπορεί να καταστήσει αυτές τις τεχνολογίες ευκολότερη, ιδίως για τις μικρές επιχειρήσεις ύδρευσης. Στις ΗΠΑ, το 84.5% των κοινοτικών συστημάτων ύδρευσης εξυπηρετούν λιγότερους από 3,300 ανθρώπους.

Επειδή οι αισθητήρες είναι φθηνοί και μπορούν να επικοινωνούν ασύρματα, μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για να διασφαλιστεί το ασφαλές πόσιμο νερό σε μικρές, απομακρυσμένες κοινότητες που δεν είναι ακόμη συνδεδεμένες με ένα δημοτικό σύστημα επεξεργασίας νερού, όπως οι κοινότητες Πρώτων Εθνών στα βόρεια του Καναδά ή αγροτικά χωριά στην Ινδία. Απαιτείται νέα υδάτινη υποδομή για την κάλυψη των αναγκών των αυξανόμενων πληθυσμών παγκοσμίως, αλλά ακόμη και πριν κατασκευαστεί, οι κοινότητες μπορούν να επωφεληθούν από τεχνολογίες που μετρούν την ποιότητα του νερού τους. Οι άνθρωποι που ζουν έξω από το πλέγμα νερού μπορεί να χρησιμοποιήσουν τους αισθητήρες για να δοκιμάσουν τη λίμνη, το ρεύμα ή το πηγάδι τους για να προσδιορίσουν εάν, ας πούμε, το φυσικό αρσενικό που έφτασε στην τροφοδοσία νερού ή οι αγελάδες είχαν πρόσφατα διάλειμμα μπάνιου προς τα πάνω.

Διαχείριση Συστημάτων

Το λογισμικό προσφέρει ένα άλλο τεχνολογικό εργαλείο για την ιεράρχηση των αναβαθμίσεων σε δημοτικές υποδομές ύδρευσης. Δύο μεγάλοι παίκτες είναι Το CityNext της Microsoft και Εξυπνότερες πόλεις της IBM, τα οποία αναλύουν δεδομένα από έξυπνους μετρητές, αισθητήρες και άλλες πηγές για να εντοπίσουν τις διαρροές και τη μόλυνση.

Το σύστημα πάρκων Miami – Dade County, το οποίο χρησιμοποιεί περισσότερα από 300 εκατομμύρια γαλόνια (1.14 δισεκατομμύρια λίτρα) νερού ετησίως, χρησιμοποιεί την πλατφόρμα της IBM για την ανίχνευση παρατυπιών στην κατανάλωση νερού και την αποστολή διαχειριστών πάρκων για να τα ελέγξει. «Εξοικονομούμε κυριολεκτικά μήνες για να βρούμε και να αντιδρούμε σε εκείνες τις επισκευές που χρειάζονται», λέει ο Jack Kardys, διευθυντής του Miami-Dade County, Parks, Recreation και Open Space Department. Το τμήμα προβλέπει εξοικονόμηση 7 έως 12 τοις εκατό στον ετήσιο λογαριασμό νερού 4 εκατομμυρίων δολαρίων ΗΠΑ.

Το CH2M παρέχει επίσης υπηρεσίες κοινής ωφελείας με μια πλατφόρμα διαχείρισης συστημάτων που βοηθά τους χειριστές να είναι προληπτικοί στην επίλυση προβλημάτων και όχι αντιδραστικών, λέει ο Thompson. Το 2013, με χρηματοδότηση από τον Οργανισμό Περιβαλλοντικής Προστασίας των ΗΠΑ, το CH2M εγκατέστησε συστήματα παρακολούθησης και απόκρισης στη Φιλαδέλφεια, τη Νέα Υόρκη, το Ντάλας και το Σαν Φρανσίσκο. Παρόλο που τα συστήματα σχεδιάστηκαν για την προστασία του πόσιμου νερού από βρώμικο παιχνίδι, οι πόλεις τα χρησιμοποιούν για διαχείριση ποιότητας νερού, λέει ο Thompson. Η CH2M ολοκλήρωσε περίπου δώδεκα μεγάλα συστήματα νερού στις ΗΠΑ και χιλιάδες συστήματα διαφόρων μεγεθών παγκοσμίως, λέει.

Η πραγματική ισχύς των πλατφορμών δεδομένων συγκεντρώνει σε μία τοποθεσία διάφορες ροές πληροφοριών - ρυθμούς ροής νερού, κατάσταση υποδομής, ποιότητα νερού - που είχαν προηγουμένως σιωπηθεί.

Ο Michael Sullivan, διευθυντής πωλήσεων της IBM Smarter Water Management, λέει ότι τέτοια συστήματα θα μπορούσαν να έχουν εντοπίσει τον κίνδυνο μολύβδου της Flint πολύ πιο γρήγορα. «Μέρος του προβλήματος με τον Flint ήταν ότι δεν υπήρχε πραγματική ορατότητα», λέει. "Υπήρχαν τσέπες πληροφοριών, αλλά το πρόβλημα δεν εμφανίστηκε πραγματικά μέχρι πολύ πιο μακριά."

«Η μεταχείριση των πολιτών σαν αισθητήρας», όπως το θέτει ο Sullivan, είναι ιδιαίτερα δημοφιλής στις αναπτυσσόμενες χώρες.Οι πλατφόρμες δεδομένων όπως τα IBM και τα CH2M μπορούν να ενσωματώσουν και άλλες σημαντικές πληροφορίες, όπως το υλικό και η ηλικία των σωλήνων σε μια συγκεκριμένη περιοχή και το προβλεπόμενο προσδόκιμο ζωής τους σε τοπικά περιβάλλοντα. Μπορούν επίσης να επισημάνουν προβλήματα σε σχεδόν πραγματικό χρόνο όταν οι πελάτες καλούν για διαρροές ή αλλοιωμένη ποιότητα νερού σε μια συγκεκριμένη περιοχή ξεπερνούν ένα κατώτατο όριο αναφοράς.

Το να βασίζεσαι στα μάτια των πελατών στο έδαφος δεν είναι καινούργιο. Το 1993 Cryptosporidium parvum ξέσπασμα στο Μιλγουόκι που άρρωσε 400,000 άτομα αρχικά επισημάνθηκε όταν ένα τοπικό φαρμακείο κάλεσε αξιωματούχους δημόσιας υγείας, λέγοντας ότι δεν μπορούσε να διατηρήσει το Imodium σε απόθεμα, λέει ο Thompson.

Τα ανθρώπινα σχόλια είναι ιδιαίτερα σημαντικά για συστήματα που δεν διαθέτουν ακόμη έξυπνους μετρητές ή αισθητήρες. «Η μεταχείριση των πολιτών σαν αισθητήρας», όπως το θέτει ο Sullivan, είναι ιδιαίτερα δημοφιλής στις αναπτυσσόμενες χώρες. Στη Νότια Αφρική, οι άνθρωποι δοκίμασαν μια εφαρμογή που χρηματοδοτείται από την IBM Water Watchers που τους επέτρεψε να αναφέρουν ζητήματα όπως διαρροές, μόλυνση ή εμπόδια ροής μέσω των κινητών τους τηλεφώνων, λέει ο Sullivan.

Η ερώτηση χρηματοδότησης

Ενώ η έξυπνη τεχνολογία μπορεί να βοηθήσει τις επιχειρήσεις κοινής ωφελείας να πάρουν πιο καταλαβαίνω αποφάσεις σχετικά με το πού να ξοδέψουν κεφάλαια επενδυτικών δολαρίων, εξοικονομώντας χρήματα πιθανώς συνολικά, εξακολουθεί να υπάρχει το ερώτημα για το πού να πάρουμε το 1 τρισεκατομμύριο δολάρια που η AWWA προβλέπει ότι θα χρειαστεί να διορθώσουμε την ασθένεια των ΗΠΑ τον επόμενο τέταρτο αιώνα.

Στις ΗΠΑ, οι ομοσπονδιακές, πολιτειακές και τοπικές κυβερνήσεις δαπανήθηκαν 109 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ για υδάτινη υποδομή (συμπεριλαμβανομένων των εγκαταστάσεων ύδρευσης και επεξεργασίας λυμάτων, καθώς και επεξεργασία και παράδοση πόσιμου νερού) το 2014, σύμφωνα με το Γραφείο Προϋπολογισμών του Κογκρέσου. Μόνο το ένα τρίτο - περίπου 36 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ - αφορούσε επενδύσεις κεφαλαίου, όπως νέους σωλήνες ή ενημερωμένες εγκαταστάσεις επεξεργασίας πόσιμου νερού.

Τέτοια δολάρια προέρχονται κυρίως από τοπικά τέλη νερού, φορολογικά αφορολόγητα δημοτικά ομόλογα και από το Ταμείο Ανακυκλοφορίας του Καθαρού Νερού της EPA, το οποίο 863 εκατομμύρια δολάρια σε επιχορηγήσεις στις πολιτείες για εγκαταστάσεις πόσιμου νερού το οικονομικό έτος 2016. Το Κογκρέσο δημιούργησε ένα νέο πρόγραμμα χαμηλού επιτοκίου το 2014, αλλά δεν έχει ακόμη διαθέσει χρήματα για αυτό.

Αυτά τα αποθέματα χρημάτων δεν είναι αρκετά. Για να φτάσει το 1 τρισεκατομμύριο δολάρια σε επενδύσεις, οι ΗΠΑ θα πρέπει να ξοδεύουν κατά μέσο όρο 400 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ ετησίως. Τα 36 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ για επενδύσεις κεφαλαίου υπολείπονται πολύ.

Τελικά, οι πελάτες πιθανότατα θα πρέπει να πληρώσουν περισσότερα για το νερό, έτσι οι επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας έχουν στη συνέχεια τα κεφάλαια που χρειάζονται για να αντικαταστήσουν τη γηράσκουσα υποδομή. Η ιδιωτική επένδυση μέσω συμπράξεων δημόσιου-ιδιωτικού τομέα είναι ένας πιθανός δρόμος για τους δήμους που αντιμετωπίζουν προβλήματα, σύμφωνα με την εταιρεία πολυεθνικών επαγγελματικών υπηρεσιών EY, παρά τα δύο σημαντικά εμπόδια. Οι επιχειρήσεις έχουν συνήθως απομακρυνθεί από τις επενδύσεις σε υδάτινες υποδομές, επειδή ο τομέας του νερού είναι πολύ ρυθμισμένος και συντηρητικός για την αλλαγή, επειδή διακυβεύεται η υγεία των ανθρώπων. Και οι ακτιβιστές των ανθρωπίνων δικαιωμάτων ανησυχούν από καιρό ότι η συμμετοχή εταιρειών στην παροχή νερού θα οδηγήσει σε υπερβολικά υψηλές τιμές για τους φτωχούς ανθρώπους, μια αναπόφευκτη κατάσταση όταν το νερό είναι κρίσιμο για τη ζωή. Ωστόσο, η τάση προς ιδιωτικές επενδύσεις στην παροχή νερού προχώρησε ένα βήμα μπροστά στις 22 Μαρτίου, την Παγκόσμια Ημέρα Νερού, όταν η Σύνοδος Κορυφής του Λευκού Οίκου ανακοίνωσε ότι περισσότερες από 150 εταιρείες δεσμεύθηκαν 4 δισεκατομμύρια δολάρια σε ιδιωτικά χρήματα για τη βελτίωση των υδάτινων υποδομών των ΗΠΑ.

Τελικά, οι πελάτες πιθανότατα θα πρέπει πληρώστε περισσότερα για νερό έτσι οι επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας έχουν στη συνέχεια τα κεφάλαια που χρειάζονται για να αντικαταστήσουν τη γηράσκουσα υποδομή. Σύμφωνα με το AWWA, οι περισσότεροι Αμερικανοί πληρώνουν λιγότερο από 3.75 $ για κάθε 1,000 γαλόνια νερού που παραδίδονται στις βρύσες τους. Ο Tommy Holmes, νομοθετικός διευθυντής της AWWA, λέει ότι υποτιμά σε μεγάλο βαθμό το ασφαλές πόσιμο νερό. «Οι άνθρωποι έχουν αυτήν την ιδέα ότι επειδή το νερό είναι ένα φυσικό πράγμα που πέφτει από τον ουρανό, δεν θα πρέπει να είναι ακριβό», λέει. «Αλλά η Μητέρα Φύση δεν συλλέγει το νερό, δεν το επεξεργάζεται και το παραδίδει μέσω σωλήνων. Οι άνθρωποι το κάνουν αυτό και πρέπει να πληρώνονται. "