Orang-orang di negara-negara maju menghidupkan arus air paip dan air minuman yang selamat, manfaat kesihatan dramatik yang mereka cenderung mengambil begitu sahaja. Puas hati itu telah mengganggu tahun lepas apabila kanak-kanak di Flint, Michigan, mula menguji positif untuk keracunan plumbum dan sumbernya dikesan untuk memanaskan air. Tetapi Flint tidak sepatutnya mengambil sesiapa pun; Malah, profesional industri air telah membunyikan amaran selama bertahun-tahun. Kebanyakan infrastruktur air di dunia maju dibina 70 ke 100 tahun lalu dan mendekati akhir hayat bergunanya. Persatuan Kerja Air Amerika mengatakan bahawa kita telah memasuki "era penggantian," di mana kita mesti membina semula "sistem air dan air buangan yang diberikan kepada kita oleh generasi terdahulu." Kebanyakan paip bergantung kepada bahan dan persekitaran di mana mereka tinggal, jangka hayat 60 hingga tahun 95. Komponen mekanikal dan elektrik tumbuhan boleh memberi 15 kepada 25 tahun. Tanpa peningkatan yang cepat, kita mungkin akan melihat kualiti air yang semakin buruk, dengan lebih banyak insiden keracunan plumbum atau arsenik dan pencemaran bakteria dan virus, dan peningkatan jumlah kebocoran mengganggu perkhidmatan air dan membawa kepada pembaikan kecemasan yang mahal.

Di 2013 Persatuan Jurutera Awam Amerika memberikan sistem air minum AS gred D. Di seluruh Amerika Syarikat, saluran air 240,000 pecah setahun, atau kira-kira satu setiap dua minit. Setiap tahun, lebih daripada 32 bilion meter padu (41 bilion kubik kubik) air terawat hilang kebocoran di seluruh dunia - air yang mencukupi untuk berkhidmat hampir 400 juta orang, menurut Bank Dunia. Dan walaupun air minum di Amerika Syarikat tetap selamat sepenuhnya, kontaminasi dengan bakteria atau virus kerap membuat orang sakit. Dalam 2011-2012, negara melihat Wabak penyakit yang berkaitan dengan air minuman 32, menyebabkan kes penyakit 431 dan kematian 14, menurut Pusat Kawalan dan Pencegahan Penyakitnya.

Menaikkan lebih daripada 1 juta kilometer (1.6 juta kilometer) paip air minuman di Amerika Syarikat - bersama dengan infrastruktur air lain - dan memperluaskan sistem untuk memenuhi keperluan penduduk yang semakin meningkat dianggarkan bernilai lebih daripada AS $ 1 trilion untuk seterusnya 25 tahun, menurut AWWA. Walaupun pelaburan kewangan yang diperlukan adalah mengejutkan, penambahbaikan boleh menyebabkan kualiti air terdegradasi dari paip bocor atau kemudahan rawatan yang sudah lama, gangguan perkhidmatan dan kos yang lebih tinggi: Lebih murah untuk mencegah kebocoran daripada membetulkan kerosakan air selepas itu dalam bangunan berjam atau jalan kerutan.

Untuk melaksanakan triage yang disasarkan, teknologi baru - sensor, meter pintar dan platform pengurusan data - membantu pengurus air untuk membuat keputusan yang bermaklumat mengenai cara untuk memperuntukkan dana berharga dan terus mendahului masalah.

"Kami mengajar pengurusan aset. Jangan hanya menggantikan x peratus paip setahun, "kata Tommy Holmes, pengarah perundangan AWWA. "Lakukan analisa terhadap sistem anda dan pilih persentase 2 pipa yang perlu diganti, bukannya hanya memfokuskan pada kawasan geografi. Anda mahu menggantikan paip di ambang kegagalan dahulu. "

Tech Arsenal

Membantu membuat keputusan strategik ini adalah meter air, yang akan berteknologi tinggi. Bandar mula memasang meter pintar di rumah dan perniagaan pelanggan untuk mengukur penggunaan air. Oleh kerana infrastruktur meter maju (dikenali sebagai perniagaan sebagai AMI) boleh menghantar data tentang air yang digunakan melalui teknologi tanpa wayar ke pejabat pusat dalam masa nyata, ia boleh "memberitahu anda lebih daripada sekadar penggunaan air," kata Ken Thompson, timbalan pengarah pintar penyelesaian air untuk CH2M, sebuah syarikat kejuruteraan global yang berpusat di Colorado yang membantu perbandaran merancang peningkatan kepada infrastruktur air, memilih teknologi dan mengintegrasikan peralatan ke dalam sistem pengurusan tunggal. Thompson mengatakan bahawa meter AMI dapat mencari kebocoran pada harta pelanggan dengan melihat corak penggunaan yang tidak biasa. Mereka juga boleh menjadi sifar di saluran paip di bawah jalan, yang membuat sedutan dan mengeluarkan air keluar dari rumah-rumah penduduk. "Sekiranya anda melihat satu kelompok dengan masalah aliran balik, mungkin terdapat saluran paip di jalan itu," kata Thompson. Menggunakan data itu, pengurus boleh mengira lokasi rehat dan membetulkannya sebelum merosakkan rumah dan jalan raya berdekatan.

Sensor adalah komponen utama infrastruktur air moden yang digunakan untuk mengesan kebocoran dan pencemaran. Air pas langsung ke atas sensor, yang direka untuk mengukur ciri kimia tertentu air. Sensor terkandung dalam kes silinder, biasanya diperbuat daripada logam atau plastik dan 8 hingga 12 inci yang panjang, yang dapat sekrup langsung ke dalam pipa. Silinder juga mengandungi elektronik untuk pengumpulan dan komunikasi data. Bagi sistem pengurusan airnya, CH2M biasanya menggunakan tiga jenis sensor, kata Thompson. Minum air mempunyai profil kimia standard, jadi sensor direka untuk melihat penyimpangan, dan bukannya menguji pencemar individu. Jika sensor menandakan penyimpangan, yang memberi isyarat pengurus air untuk menguji air untuk menentukan punca perubahan dan sama ada ia berbahaya kepada kesihatan awam.

"Terdapat ratusan ribu sebatian," kata Thompson. "Anda tidak boleh melihat segala-galanya."

Pengesan pelanggan CH2M biasanya menggunakan beberapa ribu dolar setiap satu, kata Thompson. Utiliti yang lebih besar seperti yang berfungsi di Dallas, Texas, mungkin menggunakan 10 untuk sensor 20, katanya, sementara yang benar-benar kecil berkhidmat beberapa ribu orang "mungkin dapat pergi dengan satu atau dua."

Di McMaster University di Hamilton, Ontario, para penyelidik bekerja pada pendekatan yang berbeza untuk teknologi sensor air - yang jauh lebih murah. Gay Yuyitung, pengarah eksekutif Pejabat Perhubungan Industri McMaster, berkata para penyelidik universiti sedang berusaha untuk menghasilkan sensor yang berharga sekitar AS $ 10.

Researchers sedang mencapai ini slash harga dramatik dengan miniaturizing sensor (kepada kira-kira sebesar biji bijan) dan menggunakan bahan kos rendah dan kaedah pembuatan. "Ia seperti sensor fabrikasi menggunakan pencetak dakwat jet berbanding dengan pembuatan yang khusus, "kata Yuyitung. "Mereka mengurangkan komponen supaya ia boleh dihasilkan secara mingguan secara murah."

Profesor kejuruteraan McMaster Jamal Deen dan pasukannya, termasuk ahli-ahli fakulti kejuruteraan Raja Ghosh dan Ravi Selvaganapathy, telah membangunkan sensor kimia yang dapat mengesan klorin dan pH dalam air minuman. Di atas bahan asas, mereka boleh memohon antara muka kimia yang berbeza supaya sensor dapat menguji pelbagai isu pencemaran. Di masa depan, inovasi ini dalam sensor mungkin menjadikan teknologi ini lebih mudah dicapai, terutamanya untuk utiliti air kecil. Di Amerika Syarikat, 84.5 peratus sistem air komuniti berkhidmat kurang daripada orang 3,300.

Kerana sensor murah dan boleh berkomunikasi tanpa wayar, mereka juga boleh digunakan untuk membantu memastikan air minuman yang selamat di komuniti kecil dan terpencil yang belum dihubungkan dengan sistem rawatan air perbandaran, seperti masyarakat Bangsa-Bangsa Pertama di utara Kanada atau kampung pedalaman di India. Infrastruktur air baru diperlukan untuk memenuhi keperluan populasi yang semakin meningkat di seluruh dunia, tetapi sebelum dibina, masyarakat dapat memperoleh manfaat daripada teknologi yang mengukur kualiti air mereka. Orang yang hidup dari grid air mungkin menggunakan sensor untuk menguji tasik, sungai atau baik untuk menentukan sama ada, katakan, secara semulajadi arsenik yang ada di dalam bekalan air mereka atau lembu mempunyai bilik mandi baru-baru ini memecah hulu.

Management Systems

Perisian menawarkan satu lagi alat teknologi untuk mengutamakan peningkatan ke infrastruktur bekalan air perbandaran. Dua pemain besar adalah Microsoft CityNext and IBM's Smarter Cities, yang menganalisis data dari meter cerdas, sensor dan sumber lain untuk menentukan kebocoran dan pencemaran yang baru muncul.

Sistem taman Miami-Dade County, yang menggunakan lebih daripada 300 juta gelen (1.14 bilion liter) air setiap tahun, menggunakan platform IBM untuk mengesan penyelewengan dalam penggunaan air dan menghantar pengurus taman untuk memeriksa mereka. "Kami menjimatkan secara literal sebulan untuk mencari dan bertindak balas terhadap pembaikan yang diperlukan," kata Jack Kardys, pengarah Miami-Dade County, Parks, Recreation, dan Jabatan Angkasa Terbuka. Jabatan ini menjangka 7 untuk 12 peratus simpanan pada tagihan air tahunan AS $ 4 juta.

CH2M juga menyediakan utiliti air dengan platform sistem pengurusan yang membantu pengendali proaktif dalam menyelesaikan masalah, bukannya reaktif, kata Thompson. Dalam 2013, dengan pembiayaan Amerika Syarikat Agensi Perlindungan Alam Sekitar, CH2M dipasang pengawasan dan tindak balas sistem di Philadelphia, New York, Dallas dan San Francisco. Walaupun sistem telah dicipta untuk melindungi air minuman dari unsur jenayah, bandar-bandar menggunakan mereka untuk pengurusan kualiti air yg terjadi setiap hari, kata Thompson. CH2M telah selesai kira-kira sedozen sistem air yang besar di Amerika Syarikat dan beribu-ribu sistem pelbagai saiz di seluruh dunia, katanya.

Kekuatan sebenar platform data membawa bersama-sama dalam satu lokasi pelbagai aliran maklumat - kadar aliran air, keadaan infrastruktur, kualiti air - yang silo sebelumnya.

Michael Sullivan, pengurus jualan untuk IBM Smarter Water Management, mengatakan sistem sedemikian dapat mengenal pasti bahaya plumbum Flint dengan lebih cepat. "Sebahagian masalah dengan Flint tidak ada penglihatan nyata," katanya. "Terdapat poket maklumat, tetapi masalahnya tidak semestinya berlaku sehingga lebih jauh di sepanjang garis."

"Mengubati rakyat seperti sensor," seperti yang dinyatakan oleh Sullivan, sangat popular di negara-negara membangun.Platform data seperti IBM dan CH2M dapat menggabungkan maklumat penting lain, seperti bahan dan umur paip di kawasan tertentu dan jangkaan jangka hayat mereka dalam persekitaran tempatan. Mereka juga boleh membezakan masalah dalam masa sebenar apabila pelanggan memanggil mengenai kebocoran atau kualiti air yang diubah dalam kawasan tertentu melepasi ambang batas asas.

Bergantung pada mata pelanggan di atas tanah bukanlah sesuatu yang baru. The 1993 Cryptosporidium parvum wabak di Milwaukee yang jatuh sakit 400,000 orang pada mulanya ditandai apabila farmasi tempatan yang dikenali sebagai pegawai kesihatan awam, berkata ia tidak boleh terus Imodium dalam stok, Thompson berkata.

Maklum balas manusia sangat penting untuk sistem yang belum mempunyai meter pintar atau sensor. "Mengubati rakyat seperti sensor," seperti yang dinyatakan oleh Sullivan, sangat popular di negara-negara membangun. Di Afrika Selatan, orang menguji aplikasi yang ditaja oleh IBM yang dipanggil WaterWatchers yang membolehkan mereka melaporkan isu-isu seperti kebocoran, pencemaran atau aliran halangan melalui telefon bimbit mereka, kata Sullivan.

Soalan Pembiayaan

Walaupun teknologi pintar dapat membantu utiliti air membuat lebih banyak keputusan bijak tentang di mana untuk menghabiskan dolar pelaburan modal, yang berpotensi menjimatkan wang secara keseluruhan, masih ada persoalan di mana untuk mendapatkan $ 1 trilion yang AWWA meramalkan kita perlu memperbaiki infrastruktur air minum AS sepanjang abad ke-20 yang akan datang.

Di Amerika Syarikat, kerajaan persekutuan, negeri dan tempatan dibelanjakan AS $ 109 bilion untuk infrastruktur air (termasuk bekalan air dan kemudahan rawatan kumbahan serta rawatan air minum dan penghantaran) di 2014, menurut Pejabat Bajet Kongres. Hanya satu pertiga daripada itu - kira-kira US $ 36 bilion - adalah untuk pelaburan modal seperti paip baru atau kemudahan rawatan air minum yang dikemas kini.

Ringgit sedemikian datang terutamanya dari yuran air tempatan, bon perbandaran yang dikecualikan cukai dan Dana Revolving Negara Air Bersih EPA, yang diperuntukkan $ 863 juta dalam geran ke negeri untuk kemudahan air minuman di tahun fiskal 2016. Kongres mencipta program pinjaman faedah rendah baru di 2014 tetapi belum lagi memperuntukkan wang untuknya.

Kolam wang ini tidak mencukupi. Untuk mencapai pelaburan 1 trilion, Amerika Syarikat perlu membelanjakan purata US $ 400 bilion setiap tahun. AS $ 36 bilion untuk pelaburan modal jatuh jauh.

Pada akhirnya, pelanggan mungkin perlu membayar lebih banyak untuk air sehingga utiliti pula mempunyai dana yang mereka perlukan untuk menggantikan infrastruktur penuaan. Pelaburan swasta melalui perkongsian awam-swasta adalah jalan yang mungkin untuk perbandaran yang sukar, menurut firma perkhidmatan profesional multinasional EY, walaupun terdapat dua halangan penting. Perniagaan biasanya bersembunyi dari pelaburan infrastruktur air kerana sektor air sangat dikawal dan konservatif mengenai perubahan kerana kesihatan rakyat dipertaruhkan. Dan aktivis hak asasi manusia telah lama bimbang bahawa mendapatkan syarikat yang terlibat dalam penyerahan air akan menyebabkan harga terlalu tinggi untuk orang miskin, keadaan tidak dapat dipertahankan ketika air sangat penting untuk hidup. Walau bagaimanapun, trend ke arah pelaburan swasta dalam penghantaran air mengambil langkah ke hadapan Mac 22, Hari Air Sedunia, apabila Sidang Kemuncak Air Putih mengumumkan bahawa lebih daripada syarikat-syarikat 150 melakukan $ 4 bilion dalam wang persendirian untuk meningkatkan infrastruktur air AS.

Pada akhirnya, pelanggan mungkin perlu membayar lebih untuk air jadi utiliti pula mempunyai dana yang mereka perlukan untuk menggantikan infrastruktur penuaan. Menurut AWWA, kebanyakan rakyat Amerika membayar kurang daripada $ 3.75 untuk setiap gelen air 1,000 yang dihantar ke keran mereka. Tommy Holmes, pengarah perundangan AWWA, mengatakan bahawa air minum yang sangat tidak bernilai. "Orang ramai mempunyai idea ini kerana air adalah sesuatu yang alami yang jatuh dari langit, ia tidak sepatutnya mahal," katanya. "Tetapi Ibu Alam tidak mengumpul air, merawatnya dan menyampaikannya melalui paip. Orang berbuat demikian, dan mereka perlu dibayar. "