Le persone nei paesi sviluppati accendono il rubinetto e flussi di acqua potabile sicuri, un beneficio per la salute drammatico che tendono a dare per scontato. Quel compiacimento è stato drammaticamente stravolto l'anno scorso quando i bambini a Flint, nel Michigan, hanno iniziato i test positivi per l'avvelenamento da piombo e la fonte è stata rintracciata per l'acqua del rubinetto. Ma Flint non avrebbe dovuto sorprendere nessuno; infatti, i professionisti del settore idrico hanno suonato l'allarme per anni. Gran parte delle infrastrutture idriche nel mondo sviluppato è stata costruita 70 a 100 anni fa e si sta avvicinando alla fine della sua vita utile. L'American Water Works Association afferma che siamo entrati nell '"era di sostituzione", nella quale dobbiamo ricostruire "i sistemi di acqua e acque reflue che ci hanno lasciato le generazioni precedenti." La maggior parte dei tubi, a seconda dei materiali e dell'ambiente in cui risiedono, hanno una durata di vita da 60 a 95. I componenti meccanici ed elettrici degli impianti di trattamento possono servire da 15 a 25 anni. Senza aggiornamenti rapidi, è probabile che si verifichi un peggioramento della qualità dell'acqua, con più incidenti di avvelenamento da piombo o arsenico e contaminazione batterica e virale, e un numero crescente di perdite che interrompono il servizio idrico e portano a costose riparazioni di emergenza.

In 2013 l'American Society of Civil Engineers ha dato al sistema dell'acqua potabile degli Stati Uniti un grado di D. Negli Stati Uniti, la rete idrica 240,000 scoppiò un anno, o circa uno ogni due minuti. Ogni anno, più di 32 miliardi di metri cubi (41 miliardi di metri cubi) di acqua trattata vengono persi a perdite in tutto il mondo - abbastanza acqua per servire quasi 400 milioni di persone, secondo la Banca Mondiale. E sebbene l'acqua potabile negli Stati Uniti rimanga alquanto al sicuro, la contaminazione da batteri o virus fa regolarmente ammalare le persone. In 2011-2012, la nazione ha visto 32 epidemie di malattie associate all'acqua potabile, causando casi di 431 di malattia e decessi di 14, secondo i suoi Centers for Disease Control and Prevention.

L'aggiornamento di oltre 1 milioni di miglia (1.6 milioni di chilometri) di condutture dell'acqua potabile negli Stati Uniti - insieme ad altre infrastrutture idriche - e l'espansione dei sistemi per soddisfare le esigenze di una popolazione in crescita si prevede che costino più di US $ 1 trilioni nel prossimo 25 anni, secondo l'AWWA. Sebbene l'investimento finanziario richiesto sia sbalorditivo, rimandare gli aggiornamenti può significare una qualità dell'acqua degradata da tubature o strutture di trattamento obsolete, interruzioni del servizio e costi ancora più elevati: è molto più economico prevenire una perdita che riparare i danni causati dall'acqua in edifici ammuffiti o strade inarcate.

Per eseguire il triage mirato, le nuove tecnologie - sensori, contatori intelligenti e piattaforme di gestione dei dati - stanno aiutando i responsabili delle risorse idriche a prendere decisioni informate su come allocare fondi preziosi e superare i problemi.

"Predichiamo la gestione patrimoniale. Non limitarti a sostituire x percentuale di tubi all'anno ", afferma Tommy Holmes, direttore legislativo di AWWA. "Fai un'analisi del tuo sistema e scegli quale 2 percentuale di tubi deve essere sostituita, piuttosto che concentrarti solo su un'area geografica. Prima vuoi sostituire le pipe sull'orlo del fallimento. "

Arsenale tecnico

Aiutare a prendere queste decisioni strategiche sono i contatori d'acqua, che stanno andando ad alta tecnologia. Le città stanno iniziando a installare contatori intelligenti presso le case e le imprese dei clienti per misurare l'uso dell'acqua. Poiché l'infrastruttura dei contatori avanzata (nota nel settore AMI) può trasmettere dati sull'acqua consumata tramite tecnologia wireless agli uffici centrali in tempo reale, può "dirti molto di più del semplice utilizzo dell'acqua", afferma Ken Thompson, vicedirettore intelligente soluzioni di acqua per CH2M, una società di ingegneria globale con sede in Colorado che aiuta le municipalità a pianificare gli aggiornamenti delle infrastrutture idriche, sceglie le tecnologie e integra le attrezzature in un unico sistema di gestione. Thompson afferma che i misuratori AMI possono trovare perdite sulla proprietà del cliente individuando modelli di utilizzo insoliti. Possono anche azzerare le interruzioni della conduttura sotto la strada, che creano aspirazione e attingono acqua dalle case dei residenti. "Se vedi un cluster con un problema di backflow, probabilmente c'è una interruzione della pipeline su quella strada", dice Thompson. Utilizzando tali dati, i gestori possono calcolare la posizione della pausa e risolverla prontamente prima che danneggi le case e le strade vicine.

I sensori sono un altro componente chiave delle moderne infrastrutture idriche, utilizzate per rilevare sia le perdite che la contaminazione. L'acqua passa direttamente sul sensore, che è progettato per misurare specifiche caratteristiche chimiche dell'acqua. Il sensore è contenuto in una custodia cilindrica, solitamente in metallo o plastica e 8 a 12 pollici di lunghezza, che può avvitare direttamente in un tubo. Il cilindro contiene anche l'elettronica per la raccolta e la comunicazione dei dati. Per i suoi sistemi di gestione dell'acqua, CH2M utilizza tipicamente tre tipi di sensori, afferma Thompson. L'acqua potabile ha un profilo chimico standard, quindi i sensori sono progettati per individuare le deviazioni, piuttosto che per i singoli inquinanti. Se i sensori segnalano un'aberrazione, avvisano i gestori dell'acqua di testare l'acqua per determinare la causa del cambiamento e se è dannosa per la salute pubblica.

"Esistono centinaia di migliaia di composti", afferma Thompson. "Non puoi guardare tutto."

I sensori usati dai clienti di CH2M costano in genere un paio di migliaia di dollari ciascuno, dice Thompson. Un'utilità più ampia come quella che serve Dallas, in Texas, potrebbe usare 10 per i sensori 20, dice, mentre uno molto piccolo che serve poche migliaia di persone "potrebbe farla franca con uno o due".

Alla McMaster University di Hamilton, in Ontario, i ricercatori stanno lavorando su un approccio diverso alla tecnologia dei sensori d'acqua, che è molto più economica. Gay Yuyitung, direttore esecutivo del McMaster Industry Liaison Office, afferma che i ricercatori universitari stanno lavorando per produrre sensori che costano circa US $ 10.

Rgli esploratori stanno raggiungendo questo drammatico taglio dei prezzi miniaturizzando i sensori (a circa le dimensioni di un seme di sesamo) e usando materiali e metodi di produzione a basso costo. "Suo come fabbricare sensori usando una stampante a getto d'inchiostro anziché una produzione altamente specializzata ", afferma Yuyitung. "Stanno riducendo i componenti in modo che possano essere prodotti in serie a basso costo".

Il professore di ingegneria McMaster Jamal Deen e il suo team, compresi i membri del corpo docente di ingegneria Raja Ghosh e Ravi Selvaganapathy, hanno sviluppato sensori chimici in grado di rilevare cloro e pH nell'acqua potabile. Oltre al materiale di base, possono applicare diverse interfacce chimiche in modo che i sensori possano testare una varietà di problemi di inquinamento. In futuro, questa innovazione nei sensori potrebbe rendere queste tecnologie più facili da raggiungere, in particolare per le piccole utenze idriche. Negli Stati Uniti, la percentuale di 84.5 dei sistemi idrici comunitari serve meno di 3,300.

Poiché i sensori sono economici e in grado di comunicare in modalità wireless, possono anche essere utilizzati per garantire acqua potabile sicura in piccole comunità remote non ancora collegate a un sistema di trattamento delle acque comunali, come le comunità delle Prime Nazioni nel nord del Canada o villaggi rurali in India. Sono necessarie nuove infrastrutture idriche per soddisfare le esigenze di una popolazione in crescita in tutto il mondo, ma anche prima della sua costruzione, le comunità possono beneficiare di tecnologie che misurano la qualità della loro acqua. Le persone che vivono fuori dalla rete idrica potrebbero usare i sensori per testare il loro lago, il flusso o bene per determinare se, per esempio, l'arsenico naturale è aumentato nelle loro riserve idriche o le mucche hanno avuto una recente rottura del bagno a monte.

sistemi di Gestione

Il software offre un altro strumento tecnologico per la definizione delle priorità degli aggiornamenti alle infrastrutture comunali di approvvigionamento idrico. Due grandi giocatori sono Microsoft's CityNext ed IBM Smarter Cities, che analizza i dati di contatori intelligenti, sensori e altre fonti per individuare perdite e contaminazioni emergenti.

Il sistema di parchi della contea di Miami-Dade, che utilizza più di 300 milioni di galloni (1.14 miliardi di litri) di acqua all'anno, utilizza la piattaforma di IBM per rilevare le irregolarità nel consumo di acqua e inviare i gestori dei parchi per controllarli. "Stiamo letteralmente risparmiando mesi nel trovare e reagire a quelle riparazioni necessarie", afferma Jack Kardys, direttore del dipartimento di Miami-Dade County, Parks, Recreation e Open Space. Il dipartimento prevede che 7 risparmi in percentuale 12 sulla sua bolletta annuale in dollari USA 4 milioni.

CH2M fornisce anche utility per l'acqua con una piattaforma di gestione dei sistemi che aiuta gli operatori a essere proattivi nella risoluzione dei problemi piuttosto che reattivi, afferma Thompson. In 2013, con il finanziamento della US Environmental Protection Agency, CH2M ha installato sistemi di sorveglianza e risposta a Philadelphia, New York, Dallas e San Francisco. Sebbene i sistemi siano stati concepiti per proteggere l'acqua potabile dai giochi scorretti, le città li stanno utilizzando per la gestione quotidiana della qualità dell'acqua, afferma Thompson. CH2M ha completato circa una dozzina di grandi sistemi idrici negli Stati Uniti e migliaia di sistemi di varie dimensioni in tutto il mondo, afferma.

La vera forza delle piattaforme di dati sta riunendo in un'unica sede vari flussi di informazioni - portate d'acqua, condizioni dell'infrastruttura, qualità dell'acqua - che erano precedentemente dissestate.

Michael Sullivan, direttore delle vendite per IBM Smarter Water Management, afferma che tali sistemi avrebbero potuto identificare il rischio di piombo di Flint molto più rapidamente. "Parte del problema con Flint era che non c'era una reale visibilità", dice. "C'erano sacche di informazioni, ma il problema non è venuto in vista fino a molto più in là."

"Trattare i cittadini come un sensore", come dice Sullivan, è particolarmente popolare nei paesi in via di sviluppo.Le piattaforme di dati come IBM e CH2M possono anche incorporare altre informazioni salienti, come il materiale e l'età dei tubi in una determinata area e la loro aspettativa di vita prevista in ambienti locali. Possono anche segnalare problemi in tempo quasi reale quando il cliente chiama perdite o qualità dell'acqua alterata in un'area specifica supera una soglia di base.

Affidarsi agli occhi dei clienti a terra non è nuovo. 1993 Cryptosporidium parvum l'epidemia a Milwaukee che gli ammalati di 400,000 furono inizialmente segnalati quando una farmacia locale chiamò funzionari della sanità pubblica, dicendo che non poteva tenere Imodium in magazzino, dice Thompson.

Il feedback umano è particolarmente importante per i sistemi che non dispongono ancora di contatori o sensori intelligenti. "Trattare i cittadini come un sensore", come dice Sullivan, è particolarmente popolare nei paesi in via di sviluppo. In Sud Africa, le persone hanno testato un'app sponsorizzata dall'IBM chiamata WaterWatchers che ha permesso a loro di segnalare problemi come perdite, contaminazione o ostruzioni di flusso attraverso i loro telefoni cellulari, dice Sullivan.

La domanda di finanziamento

Mentre la tecnologia intelligente può aiutare i servizi idrici a prendere decisioni più sagge su dove spendere gli investimenti in conto capitale, potenzialmente risparmiando denaro in generale, c'è ancora la questione su dove ottenere $ 1 trilioni AWWA prevede che avremo bisogno di riparare l'infrastruttura dell'acqua potabile in sofferenza negli Stati Uniti nel prossimo quarto di secolo.

Negli Stati Uniti, spesi governi federali, statali e locali US $ 109 miliardi sull'infrastruttura idrica (compresi gli impianti di approvvigionamento idrico e di trattamento delle acque reflue, nonché il trattamento e la consegna dell'acqua potabile) in 2014, secondo l'Ufficio del Bilancio del Congresso. Solo un terzo di questo - circa $ 36 miliardi - era destinato a investimenti di capitale come nuove tubazioni o impianti di trattamento dell'acqua potabile aggiornati.

Tali dollari provengono principalmente dalle tariffe idriche locali, dalle obbligazioni municipali esenti da imposta e dal fondo di rotazione statale dell'acqua pulita dell'EPA, che ha assegnato $ 863 milioni in borse di studio agli stati per le installazioni di acqua potabile nell'anno fiscale 2016. Il Congresso ha creato un nuovo programma di prestiti a basso interesse in 2014, ma non ha ancora stanziato fondi per questo.

Queste riserve di denaro non sono sufficienti. Per raggiungere $ 1 trilioni di investimenti, gli Stati Uniti dovranno spendere una media di US $ 400 miliardi all'anno. Il miliardo di dollari USA 36 per investimenti di capitale è molto breve.

In definitiva, i clienti dovranno probabilmente pagare di più per l'acqua, così le utility a loro volta avranno i fondi necessari per sostituire l'infrastruttura obsoleta. L'investimento privato tramite partenariati pubblico-privato è un probabile percorso per i comuni in difficoltà, secondo la multinazionale dei servizi professionali EY, nonostante due ostacoli significativi. Le imprese in genere hanno evitato gli investimenti in infrastrutture idriche perché il settore idrico è fortemente regolamentato e prudente in merito al cambiamento, poiché la salute delle persone è a rischio. E gli attivisti per i diritti umani si sono a lungo preoccupati che le aziende coinvolte nella consegna dell'acqua porteranno a prezzi troppo alti per i poveri, una situazione insostenibile in cui l'acqua è fondamentale per la vita. Tuttavia, la tendenza verso gli investimenti privati ​​nella consegna dell'acqua ha fatto un passo in avanti verso 22, la Giornata mondiale dell'acqua, quando il Vertice Water White ha annunciato che oltre le società 150 hanno impegnato $ 4 miliardi in denaro privato per migliorare le infrastrutture idriche degli Stati Uniti.

In definitiva, i clienti dovranno probabilmente pagare di più per l'acqua così le utility a loro volta hanno i fondi di cui hanno bisogno per sostituire l'infrastruttura obsoleta. Secondo l'AWWA, la maggior parte degli americani paga meno di $ 3.75 per ogni gallone d'acqua 1,000 consegnato ai loro rubinetti. Tommy Holmes, direttore legislativo di AWWA, afferma che sottovaluta enormemente l'acqua potabile. "Le persone hanno questa idea che, poiché l'acqua è una cosa naturale che cade dal cielo, non dovrebbe essere costoso", dice. "Ma Madre Natura non raccoglie l'acqua, la tratta e la consegna attraverso i tubi. Le persone lo fanno e devono essere pagati ".