Mensen in ontwikkelde landen zetten de kraan en veilige drinkwaterstromen aan, een dramatisch gezondheidsvoordeel dat ze als vanzelfsprekend beschouwen. Die zelfvoldaanheid was vorig jaar dramatisch verstoord toen kinderen in Flint, Michigan, begonnen met het testen van positieve voor loodvergiftiging en de bron teruggevoerd werd naar kraanwater. Maar Flint had niemand moeten verrassen; in feite hebben professionals in de waterindustrie al jaren de waarschuwing afgegeven. Veel van de waterinfrastructuur in de ontwikkelde wereld werd gebouwd 70 tot 100 jaar geleden en nadert het einde van zijn bruikbare leven. De American Water Works Association zegt dat we "het vervangings-tijdperk" zijn ingegaan, waarin we moeten herbouwen "de water- en afvalwatersystemen die ons zijn nagelaten door eerdere generaties." De meeste leidingen, afhankelijk van hun materialen en de omgeving waarin ze zich bevinden, hebben een levensduur van 60 tot 95 jaar. De mechanische en elektrische componenten van behandelingsinstallaties kunnen 15 tot 25 jaar dienen. Zonder snelle upgrades zullen we waarschijnlijk een verslechterde waterkwaliteit zien, met meer incidenten van lood- of arsenicumvergiftiging en bacteriële en virale besmetting, en toenemende aantallen lekken die de waterdienst verstoren en leiden tot dure noodreparaties.

In 2013, de American Society of Civil Engineers gaf het Amerikaanse drinkwatersysteem een ​​graad van D. In de Verenigde Staten barstten de waterleidingen van 240,000 per jaar open, of ongeveer één per twee minuten. Elk jaar gaat meer dan 32 miljard kubieke meter (41 miljard kubieke meter) behandeld water verloren aan lekken over de hele wereld - genoeg water om bijna 400 miljoen mensen te helpen, volgens de Wereldbank. En hoewel drinkwater in de Verenigde Staten in het algemeen redelijk veilig blijft, maakt besmetting met bacteriën of virussen mensen regelmatig ziek. In 2011-2012 zag de natie 32 drinkwater-geassocieerde ziekte-uitbraken, waardoor 431 gevallen van ziekte en 14 sterfgevallen, volgens de Centers for Disease Control and Prevention.

Het upgraden van de meer dan 1 miljoen mijl (1.6 miljoen kilometer) van drinkwaterleidingen in de VS - samen met andere waterinfrastructuur - en het uitbreiden van systemen om aan de behoeften van een groeiende bevolking te voldoen, zal naar verwachting meer dan US $ 1 biljoen kosten in de volgende 25 jaar, volgens de AWWA. Hoewel de vereiste financiële investering verbijsterend is, kan het uitstellen van upgrades leiden tot verminderde kwaliteit van het water door lekkende leidingen of verouderde behandelingsfaciliteiten, onderhoudsonderbrekingen en zelfs hogere kosten: het is veel goedkoper om een ​​lek te voorkomen dan om waterschade achteraf te repareren in beschimmelde gebouwen of gesmede wegen.

Om gerichte triage uit te voeren, helpen nieuwe technologieën - sensoren, slimme meters en gegevensbeheerplatforms - waterbeheerders bij het nemen van weloverwogen beslissingen over het toewijzen van kostbare fondsen en het voorlopen van problemen.

"We prediken activabeheer. Vervang niet alleen x procent van de pijpen per jaar ", zegt Tommy Holmes, juridisch directeur van AWWA. "Voer een analyse van uw systeem uit en kies welk 2-percentage van de leidingen moet worden vervangen in plaats van alleen te focussen op een bepaald geografisch gebied. U wilt eerst pijpen op de rand van een storing vervangen. "

Tech Arsenal

Helpen bij het nemen van deze strategische beslissingen zijn watermeters, die hightech worden. Steden beginnen slimme meters te installeren bij huizen en bedrijven van klanten om het waterverbruik te meten. Omdat geavanceerde meterinfrastructuur (in het bedrijf bekend als AMI) in realtime gegevens over water dat via draadloze technologie wordt doorgegeven naar centrale kantoren kan verzenden, kan het "u veel meer dan alleen watergebruik vertellen", zegt Ken Thompson, adjunct-directeur van intelligent water oplossingen voor CH2M, een wereldwijd engineeringbedrijf gevestigd in Colorado dat gemeenten helpt bij het plannen van upgrades voor waterinfrastructuur, technologieën kiest en apparatuur integreert in één enkel beheersysteem. Thompson zegt dat AMI-meters lekken kunnen vinden op het eigendom van de klant door ongebruikelijke gebruikspatronen te spotten. Ze kunnen ook pieken in pijpleidingsonderbrekingen onder de straat, die afzuiging creëren en water uit de huizen van bewoners halen. "Als je een cluster met een terugstromingsprobleem ziet, is er waarschijnlijk een pijpleidingonderbreking in die straat", zegt Thompson. Met behulp van die gegevens kunnen managers de locatie van de pauze berekenen en deze snel repareren voordat ze nabijgelegen huizen en wegen beschadigen.

Sensoren zijn een ander belangrijk onderdeel van moderne waterinfrastructuur, die wordt gebruikt om zowel lekkages als verontreiniging te detecteren. Water passeert direct over de sensor, die is ontworpen om specifieke chemische eigenschappen van het water te meten. De sensor bevindt zich in een cilindrische behuizing, meestal gemaakt van metaal of plastic en 8 tot 12 inch lang, die rechtstreeks in een buis kan worden geschroefd. De cilinder bevat ook elektronica voor gegevensverzameling en communicatie. Voor zijn waterbeheersystemen gebruikt CH2M meestal drie soorten sensoren, zegt Thompson. Drinkwater heeft een standaard chemisch profiel, dus de sensoren zijn ontworpen om afwijkingen te herkennen, in plaats van te testen op individuele verontreinigende stoffen. Als de sensoren een aberratie signaleren, waarschuwt dit waterbeheerders om het water te testen om de oorzaak van de verandering te bepalen en of het schadelijk is voor de volksgezondheid.

"Er zijn honderdduizenden verbindingen", zegt Thompson. "Je kunt niet naar alles kijken."

De sensoren die de klanten van CH2M gebruiken, kosten doorgaans elk een paar duizend dollar, zegt Thompson. Een groter hulpprogramma zoals dat voor Dallas, Texas, kan 10 gebruiken voor 20-sensoren, zegt hij, terwijl een echt klein bedrijf dat een paar duizend mensen bedient "er misschien een of twee mee weg kan krijgen".

Op de McMaster University in Hamilton, Ontario, werken onderzoekers aan een andere benadering van watersensortechnologie - een die enorm goedkoper is. Gay Yuyitung, directeur van het McMaster Industry Liaison Office, zegt dat universitaire onderzoekers bezig zijn met de productie van sensoren die rond de $ 10 kosten.

Researchers bereiken deze dramatische prijsdaling door de sensoren te miniaturiseren (tot ongeveer de grootte van een sesamzaadje) en door goedkope materialen en productiemethoden te gebruiken. "Haar zoals het fabriceren van sensoren met behulp van een inkjetprinter in tegenstelling tot een zeer gespecialiseerde productie, "zegt Yuyitung. "Ze verminderen de componenten zodat het goedkoop in de massa geproduceerd kan worden."

McMaster engineering professor Jamal Deen en zijn team, inclusief collega-ingenieursfaculteit leden Raja Ghosh en Ravi Selvaganapathy, hebben ontwikkeld chemische sensoren die chloor en pH kunnen detecteren in drinkwater. Bovenop het basismateriaal kunnen ze verschillende chemische interfaces toepassen, zodat de sensoren kunnen testen op verschillende vervuilingsproblemen. In de toekomst kan deze innovatie in sensoren deze technologieën gemakkelijker bereiken, met name voor kleine waterbedrijven. In de VS bedient 84.5-procent van community watersystemen minder dan 3,300-mensen.

Omdat de sensoren goedkoop zijn en draadloos kunnen communiceren, kunnen ze ook worden gebruikt om te zorgen voor veilig drinkwater in kleine afgelegen gemeenschappen die nog niet zijn aangesloten op een gemeentelijk waterbehandelingssysteem, zoals First Nations-gemeenschappen in het noorden van Canada of plattelandsdorpen in India. Nieuwe waterinfrastructuur is nodig om te voldoen aan de behoeften van groeiende bevolkingsgroepen over de hele wereld, maar zelfs voordat deze is gebouwd, kunnen gemeenschappen profiteren van technologieën die de kwaliteit van hun water meten. Mensen die van het waterrooster leven, kunnen de sensoren gebruiken om hun meer, beekje of bron te testen om te bepalen of, natuurlijk, arsenicum in hun watervoorziening verstrikt is of dat koeien recentelijk een badkamerbreuk stroomopwaarts hebben gehad.

Systems management

Software biedt een ander technologisch hulpmiddel voor het prioriteren van upgrades voor de gemeentelijke infrastructuur voor watervoorziening. Twee grote spelers zijn Microsoft CityNext en IBM's Smarter Cities, die gegevens analyseren van slimme meters, sensoren en andere bronnen om opkomende lekken en vervuiling te lokaliseren.

Het parkensysteem van Miami-Dade County, dat jaarlijks meer dan 300 miljoen gallons (1.14 miljard liter) water gebruikt, gebruikt IBM's platform om onregelmatigheden op te sporen in waterverbruik en parkmanagers te sturen om ze te controleren. "We besparen letterlijk maanden in het vinden en reageren op de reparaties die nodig zijn", zegt Jack Kardys, directeur van Miami-Dade County, Parks, Recreation en Open Space Department. De afdeling anticipeert 7 op 12-besparingen van een procent op de jaarlijkse US $ 4 miljoen waterrekening.

CH2M biedt waterbedrijven ook een systeem voor systeembeheer waarmee operators proactief kunnen zijn in het oplossen van problemen in plaats van reactief, zegt Thompson. In 2013 heeft CH2M, met financiering van US Environmental Protection Agency, surveillance- en responssystemen geïnstalleerd in Philadelphia, New York, Dallas en San Francisco. Hoewel de systemen zijn ontworpen om drinkwater te beschermen tegen vals spel, gebruiken de steden ze voor het beheer van de waterkwaliteit, zegt Thompson. CH2M heeft ongeveer een dozijn grote watersystemen in de VS en duizenden systemen van verschillende groottes wereldwijd voltooid, zegt hij.

De echte kracht van dataplatforms is het op één locatie samenbrengen van verschillende informatiestromen - waterstroomsnelheden, infrastructuurvoorwaarde, waterkwaliteit - die voorheen waren ingesloten.

Michael Sullivan, salesmanager voor IBM Smarter Water Management, zegt dat dergelijke systemen Flint's voorsprongsrisico veel sneller zouden hebben kunnen identificeren. "Een deel van het probleem met Flint was dat er geen echte zichtbaarheid was", zegt hij. "Er waren heel veel informatie, maar het probleem kwam pas veel verder aan het licht."

"Het behandelen van burgers als een sensor", zo stelt Sullivan, is vooral populair in ontwikkelingslanden.Gegevensplatforms zoals IBM's en CH2M's kunnen ook andere opvallende informatie bevatten, zoals het materiaal en de ouderdom van buizen in een bepaald gebied en hun verwachte levensverwachting in lokale omgevingen. Ze kunnen ook problemen signaleren in bijna-realtime wanneer klanten bellen over lekken of de veranderde waterkwaliteit in een bepaald gebied een drempelwaarde overschrijden.

Vertrouwen op de ogen van klanten op de grond is niet nieuw. De 1993 Cryptosporidium parvum uitbraak in Milwaukee dat soene 400,000-mensen aanvankelijk werden afgevlagd toen een lokale apotheek volksgezondheidsambtenaren riep, en zei dat het Imodium niet in voorraad kon houden, zegt Thompson.

Menselijke feedback is vooral belangrijk voor systemen die nog geen slimme meters of sensoren hebben. "Het behandelen van burgers als een sensor", zo stelt Sullivan, is vooral populair in ontwikkelingslanden. In Zuid-Afrika hebben mensen een door IBM gesponsorde app getest WaterWatchers dat stelde hen in staat om problemen zoals lekken, besmetting of stroomversnellingen via hun mobiele telefoons te melden, zegt Sullivan.

De financieringsvraag

Hoewel slimme technologie waterbedrijven helpt om slimmere beslissingen te nemen over waar ze dollars aan kapitaalinvesteringen kunnen uitgeven, waardoor ze over het geheel genomen geld kunnen besparen, is er nog steeds de vraag waar de $ 1-biljoen moet worden opgehaald die de AWWA voorspelt om de noodlijdende Amerikaanse drinkwaterinfrastructuur te repareren in de volgende kwart eeuw.

In de VS, federale, staats- en lokale overheden uitgegeven US $ 109 miljard aan waterinfrastructuur (inclusief watervoorziening en rioolwaterzuiveringsinstallaties, evenals drinkwaterbehandeling en -levering) in 2014, volgens het Congressional Budget Office. Slechts een derde daarvan - ongeveer US $ 36 miljard - was bestemd voor kapitaalinvesteringen zoals nieuwe leidingen of bijgewerkte drinkwaterbehandelingsfaciliteiten.

Zulke dollars komen voornamelijk van lokale watertarieven, van belasting vrijgestelde gemeentelijke obligaties en het Clean Water State Revolving Fund van de EPA $ 863 miljoen aan subsidies naar staten voor drinkwatervoorzieningen in het fiscale jaar 2016. Het Congres creëerde een nieuw programma voor leningen met lage rente in 2014, maar heeft er nog geen geld voor gebruikt.

Deze geldbekkens zijn niet genoeg. Om $ 1 biljoen aan investeringen te bereiken, zullen de VS gemiddeld USD 400 miljard per jaar moeten uitgeven. De US $ 36 miljard voor kapitaalinvesteringen schiet te kort.

Uiteindelijk zullen klanten waarschijnlijk meer moeten betalen voor water, zodat nutsbedrijven op hun beurt de middelen hebben die ze nodig hebben om de verouderde infrastructuur te vervangen. Particuliere investeringen via publiek-private partnerschappen zijn volgens de multinationale professionele dienstverlenende bedrijven een waarschijnlijke weg voor worstelende gemeenten EY, ondanks twee belangrijke hindernissen. Bedrijven schrikken doorgaans terug voor investeringen in waterinfrastructuur omdat de watersector sterk gereguleerd en conservatief is over verandering omdat de gezondheid van mensen op het spel staat. En mensenrechtenactivisten maken zich lange tijd zorgen dat bedrijven die betrokken zijn bij de watervoorziening ertoe leiden dat de prijzen te hoog zijn voor arme mensen, een onhoudbare situatie waarin water cruciaal is voor het leven. Desalniettemin, zette de trend in de richting van particuliere investeringen in waterlevering een stap vooruit in maart 22, Wereldwaterdag, toen de Witte Watertop van het Witte Huis aankondigde dat meer dan 150-bedrijven $ 4 miljard aan privégeld betaalden om de Amerikaanse waterinfrastructuur te verbeteren.

Uiteindelijk zullen klanten dat waarschijnlijk wel moeten doen meer betalen voor water zodat nutsbedrijven op hun beurt de middelen hebben die ze nodig hebben om de verouderde infrastructuur te vervangen. Volgens de AWWA betalen de meeste Amerikanen minder dan $ 3.75 voor elke 1,000-liters water die op hun tikken worden afgeleverd. Tommy Holmes, juridisch directeur van AWWA, zegt dat het veilig drinkwater enorm onderwaardeert. "Mensen hebben het idee dat water, omdat het van nature iets is dat uit de lucht valt, niet duur hoeft te zijn," zegt hij. "Maar Moeder Natuur verzamelt het water niet, behandelt het en levert het niet af via leidingen. Mensen doen dat en ze moeten worden betaald. "