Люди в розвинених країнах відкривають кран і потік безпечної питної води - це надзвичайна користь для здоров’я, яку вони, як правило, сприймають як належне. Це самозаспокоєння було різко порушене минулого року, коли діти у Флінті, штат Мічиган, почали давати позитивні результати на отруєння свинцем, і джерело було простежено до водопровідної води. Але Флінт не повинен був когось здивувати; насправді, професіонали водної промисловості роками б'ють на сполох. Значна частина водної інфраструктури у розвинених країнах була побудована 70 - 100 років тому і наближається до кінця термін експлуатації. Американська асоціація водних заводів каже, що ми вступили в "епоху заміщення", в якій ми повинні відбудувати "системи водопостачання та водовідведення, заповідані нам попередніми поколіннями". Більшість труб, залежно від матеріалів та середовища проживання, мають термін служби від 60 до 95 років. Механічні та електричні компоненти очисних споруд можуть служити від 15 до 25 років. Без оперативного оновлення ми, швидше за все, побачимо погіршення якості води, частіші випадки отруєння свинцем або миш’яком та бактеріальними та вірусними забрудненнями, а також збільшення кількості витоків, що порушують водопостачання та ведуть до дорогого аварійного ремонту.

У 2013 році Американське товариство інженерів-будівельників дав американській системі питної води клас D. По всій території США в рік проривається 240,000 32 магістралей, або приблизно одна на кожні дві хвилини. Щороку понад 41 мільярди кубічних метрів (400 мільярд кубічних ярдів) очищеної води втрачається через витік у всьому світі - достатньо води, щоб обслуговувати майже XNUMX мільйонів людей, за даними Світового банку. І хоча питна вода в Сполучених Штатах залишається в цілому безпечною, забруднення бактеріями або вірусами регулярно хворіє на людей. У 2011–2012 рр. Нація побачила 32 спалаху хвороб, пов’язаних з питною водою, спричинили 431 випадок захворювань та 14 смертей, згідно з його Центрами з контролю та профілактики захворювань.

Очікується, що модернізація більш ніж 1 мільйона миль (1.6 мільйона кілометрів) трубопроводів питної води в США - разом з іншою інфраструктурою води - і розширення систем для задоволення потреб зростаючого населення коштуватимуть понад 1 трильйон доларів США протягом наступних 25 років, згідно з AWWA. Хоча необхідні фінансові вкладення вражають розум, відкладення модернізації може означати погіршення якості води з негерметичних труб або застарілих очисних споруд, перебої в обслуговуванні та навіть більші витрати: запобігти витоку набагато дешевше, ніж усунути пошкодження водою в запліснявілих будівлях або вигнуті дороги.

Для цілеспрямованого сортування нові технології - датчики, інтелектуальні лічильники та платформи управління даними - допомагають водним менеджерам приймати обґрунтовані рішення про те, як розподіляти дорогоцінні кошти та не випереджати проблеми.

“Ми проповідуємо управління активами. Не просто замінити x відсотків труб на рік », - говорить Томмі Холмс, законодавчий директор AWWA. “Проведіть аналіз вашої системи та виберіть, які 2 відсотки труб потрібно замінити, а не просто зосереджуватися на географічній області. Ви хочете спочатку замінити труби на межі поломки ».

Технологічний Арсенал

Прийняти ці стратегічні рішення допомагають лічильники води, які працюють високотехнологічно. Міста починають встановлювати розумні лічильники в будинках споживачів та на підприємствах для вимірювання використання води. Оскільки вдосконалена інфраструктура лічильників (відома в бізнесі як AMI) може передавати дані про воду, спожиту за допомогою бездротової технології, до центральних офісів в режимі реального часу, це може "сказати вам багато іншого, ніж просто використання води", говорить Кен Томпсон, заступник директора з інтелекту водні розчини для CH2M, глобальна інжинірингова компанія, що базується в Колорадо, яка допомагає муніципалітетам планувати модернізацію водної інфраструктури, вибирати технології та інтегрувати обладнання в єдину систему управління. Томпсон каже, що лічильники AMI можуть виявити витоки у власності замовника, помітивши незвичні схеми використання. Вони також можуть потрапити під обриви трубопроводів під вулицею, що створює всмоктування та витягує воду з будинків мешканців. "Якщо ви бачите кластер із проблемою зворотного потоку, на цій вулиці, ймовірно, прорив трубопроводу", - говорить Томпсон. Використовуючи ці дані, менеджери можуть розрахувати місце обриву та негайно виправити його, перш ніж він пошкодить довколишні будинки та дороги.

Датчики - ще одна ключова складова сучасної водної інфраструктури, яка використовується для виявлення як витоків, так і забруднення. Вода проходить безпосередньо над датчиком, призначеним для вимірювання конкретних хімічних характеристик води. Датчик міститься у циліндричному корпусі, зазвичай виготовленому з металу або пластику, довжиною від 8 до 12 дюймів, який може вкручуватися безпосередньо в трубу. Циліндр також містить електроніку для збору даних та зв'язку. Для своїх систем управління водою CH2M зазвичай використовує три типи датчиків, каже Томпсон. Питна вода має стандартний хімічний профіль, тому датчики призначені для виявлення відхилень, а не для перевірки на наявність окремих забруднювачів. Якщо датчики позначають відхилення, це попереджає менеджерів з водних ресурсів про тестування води, щоб визначити причину зміни та чи не шкодить вона здоров’ю населення.

"Існує сотні тисяч сполук", - говорить Томпсон. "Ви не можете подивитися на все".

Клієнти датчиків CH2M, як правило, коштують пару тисяч доларів кожен, говорить Томпсон. Більша утиліта, така як та, яка обслуговує Даллас, штат Техас, може використовувати 10-20 датчиків, каже він, тоді як справді невелика, яка обслуговує кілька тисяч людей, "може врятуватися одним чи двома".

В університеті Макмастера в Гамільтоні, Онтаріо, дослідники працюють над іншим підходом до технології датчиків води - набагато дешевшим. Гей Юйітунг, виконавчий директор Офісу зв'язку Макмастера, каже, що університетські дослідники працюють над виробництвом датчиків, вартість яких становить близько 10 доларів США.

RДослідники досягають цієї різкої цінової різниці шляхом мініатюризації датчиків (приблизно до розміру насіння кунжуту) та використання недорогих матеріалів та методів виготовлення. "Його як виготовлення датчиків за допомогою струменевого принтера, на відміну від вузькоспеціалізованого виробництва », - говорить Юйітунг. "Вони зменшують компоненти, щоб це можна було дешево виготовляти".

Професор інженерії Макмастера Джамаль Дін та його команда, включаючи колег-викладачів інженерного факультету Раджа Гоша та Раві Селваганапаті, розробили хімічні датчики, здатні визначати хлор і рН у питній воді. Поверх основного матеріалу вони можуть застосовувати різні хімічні інтерфейси, щоб датчики могли перевіряти різні проблеми забруднення. У майбутньому це нововведення в сенсорах може спростити доступ до цих технологій, особливо для малих підприємств водопостачання. У США 84.5 відсотка комунальних водних систем обслуговують менше 3,300 людей.

Оскільки датчики дешеві і можуть обмінюватися даними по бездротовій мережі, їх також можна використовувати для забезпечення безпечної питної води в невеликих віддалених громадах, які ще не підключені до муніципальної системи очищення води, таких як громади Перших Націй на півночі Канади або сільські села в Індії. Нова водна інфраструктура потрібна для задоволення потреб зростаючого населення у всьому світі, але ще до її побудови громади можуть скористатися технологіями, що вимірюють якість їх води. Люди, які живуть від водопровідних мереж, можуть використовувати датчики для тестування свого озера, струмка чи свердловини, щоб визначити, чи, скажімо, природний миш’як, що додався у їх водопостачання, чи у корів нещодавно не розбилася ванна кімната за течією.

Управління системами

Програмне забезпечення пропонує ще один технологічний інструмент для встановлення пріоритетів для модернізації комунальної інфраструктури водопостачання. Два великі гравці Microsoft's CityNext та Розумніші міста IBM, який аналізує дані з розумних лічильників, датчиків та інших джерел, щоб визначити нові витоки та забруднення.

Система парків округу Маямі – Дейд, яка щорічно використовує понад 300 мільйонів галонів (1.14 мільярда літрів) води, використовує платформу IBM для виявлення порушень у споживанні води та управління диспетчерськими парками для їх перевірки. "Ми економимо буквально місяці на пошуку та реагуванні на необхідні ремонтні роботи", - говорить Джек Кардіс, директор округу Маямі-Дейд, Департаменту парків, відпочинку та відкритого космосу. Департамент передбачає економію від 7 до 12 відсотків на щорічному рахунку за воду у 4 мільйони доларів США.

CH2M також надає комунальним службам платформу управління системами, яка допомагає операторам бути активними у вирішенні проблем, а не реагувати, каже Томпсон. У 2013 році за фінансування Агентства з охорони навколишнього середовища США CH2M встановив системи спостереження та реагування у Філадельфії, Нью-Йорку, Далласі та Сан-Франциско. Хоча системи були задумані для захисту питної води від грубої гри, міста використовують їх для безперервного управління якістю води, говорить Томпсон. CH2M побудував близько десятка великих систем водопостачання в США та тисячі систем різного розміру у всьому світі, каже він.

Справжня сила платформ обробки даних об’єднує в одному місці різні потоки інформації - витрати води, стан інфраструктури, якість води - які раніше були закриті.

Майкл Салліван, менеджер з продажу IBM Smarter Water Management, каже, що подібні системи могли б значно швидше визначити головну небезпеку Флінта. "Частковою проблемою Флінта було те, що реальної видимості не було", - говорить він. "Були кишені інформації, але проблема насправді не з’явилася набагато далі".

«Поводження з громадянами як з датчиком», як каже Салліван, особливо популярне в країнах, що розвиваються.Платформи даних, такі як IBM та CH2M, можуть включати й іншу важливу інформацію, таку як матеріал та вік труб у певній області та їх прогнозована тривалість життя в місцевих умовах. Вони також можуть повідомляти про проблеми майже в реальному часі, коли дзвінки клієнтів про витоки або зміну якості води в певній області перевищують базовий рівень.

Покладатися на погляд клієнтів на місця не є новиною. 1993 рік Cryptosporidium parvum Томсон заявив, що спалах в Мілуокі, в результаті якого захворіло 400,000 XNUMX людей, спочатку був позначений, коли місцева аптека зателефонувала представникам органів охорони здоров'я, сказавши, що не може тримати "Імодіум" на складі.

Відгуки людей особливо важливі для систем, які ще не мають розумних лічильників або датчиків. «Поводження з громадянами як з датчиком», як каже Салліван, особливо популярне в країнах, що розвиваються. У Південній Африці люди протестували додаток, який фінансує IBM Наглядачі води це дозволило їм повідомляти про такі проблеми, як витоки, забруднення або перешкоди через мобільні телефони, говорить Салліван.

Питання фінансування

Хоча розумні технології можуть допомогти комунальним підприємствам приймати більш кмітливі рішення щодо того, куди витратити долари капітальних вкладень, потенційно заощаджуючи гроші в цілому, все ще залишається питання, де взяти $ 1 трлн, за прогнозами AWWA, нам потрібно буде виправити хвору інфраструктуру питної води США наступна чверть століття.

У США проводили федеральні, штатні та місцеві органи влади 109 млрд. Доларів США на водну інфраструктуру (включаючи споруди водопостачання та очищення стічних вод, а також очищення та доставку питної води) у 2014 році, повідомляє Бюджетне бюро Конгресу. Лише третина з них - близько 36 млрд. Доларів США - були спрямовані на капіталовкладення, такі як нові труби або оновлені споруди для очищення питної води.

Такі долари отримують, головним чином, місцеві водні збори, звільнені від оподаткування муніципальні облігації та Державний оборотний фонд EPA, що виділяє $ 863 млн. Грантів державам для споруд з питною водою у 2016 фінансовому році. Конгрес створив нову програму позик із низьким відсотком у 2014 році, але досі не виділив на це грошей.

Цих пулів грошей недостатньо. Щоб досягти 1 трлн. Дол. Інвестицій, США доведеться витрачати в середньому 400 млрд. Дол. США щорічно. 36 мільярдів доларів США на капітальні інвестиції не вистачає.

Зрештою, споживачам, швидше за все, доведеться платити більше за воду, тому комунальні послуги, в свою чергу, мають кошти, необхідні для заміни застарілої інфраструктури. За даними багатонаціональної фірми з надання професійних послуг, приватні інвестиції через державно-приватне партнерство - це ймовірний шлях боротьби з муніципалітетами EY, незважаючи на дві значні перешкоди. Підприємства, як правило, ухиляються від інвестицій у водну інфраструктуру, оскільки водний сектор жорстко регламентований та консервативний щодо змін, оскільки це пов'язано зі здоров'ям людей. І правозахисники вже давно стурбовані тим, що залучення корпорацій до доставки води призведе до завищених цін для бідних людей, що є невідповідною ситуацією, коли вода є критичною для життя. Тим не менше, тенденція до приватних інвестицій у водопостачання зробила крок вперед 22 березня, Всесвітнього дня води, коли Саміт водних ресурсів Білого дому оголосив, що понад 150 компаній виділили 4 мільярди доларів приватних грошей на покращення водної інфраструктури США.

Зрештою, клієнтам, швидше за все, доведеться платити більше за воду тож комунальні підприємства, в свою чергу, мають кошти, необхідні для заміщення застарілої інфраструктури. За даними AWWA, більшість американців платять менше 3.75 доларів за кожні 1,000 галонів води, доставленої до їх кранів. Томмі Холмс, законодавчий директор AWWA, каже, що значно недооцінює безпечну питну воду. "Люди думають, що оскільки вода - це природна річ, яка падає з неба, вона не повинна бути дорогою", - говорить він. “Але мати-природа не збирає воду, не обробляє її і не подає по трубах. Люди роблять це, і їм потрібно платити ».