我们的水系统是一场灾难 - 我们如何改变这一点？

本文最初出现在Ensia．

发达国家的人们打开了水龙头和安全的饮用水流量，这是一个戏剧性的健康效益，他们倾向于理所当然。

去年，当弗林特，密歇根州的儿童开始检测铅中毒和来源的阳性时，这种自满被扰乱了，追溯到自来水。但弗林特不应该让任何人感到惊讶;事实上，水产品专业人士多年来一直在发出警报。

发达国家的许多水利基础设施已经建成70到100年前它的使用寿命已经接近尾声。美国水利工程协会(American Water Works Association)表示，我们已经进入了“更替时代”，我们必须重建“前几代人遗留给我们的供水和污水处理系统”。

大多数管道，取决于它们的材料和它们所在的环境，寿命为60至95岁。治疗厂的机械和电气部件可提供15至25岁。如果没有及时升级，我们可能会看到水质恶化，具有更多的铅或砷中毒和细菌和病毒污染，以及越来越多的泄漏扰动水资源，导致昂贵的应急维修。

2013年美国土木工程师协会给美国饮用水系统打了D级．在美国，每年有24万个水管爆裂，或者说每两分钟就有一个水管爆裂。每年，全球有超过410亿立方码的处理水因泄漏而流失——这些水足以供应近4亿人，根据世界银行(PDF)．

人们有这样的想法，因为水是一种自然发生的东西，从天上掉下来，它不应该是昂贵的。但大自然母亲不会收集、处理并通过管道输送水。

虽然美国在美国饮用水总体仍然安全，但经常污染细菌或病毒会让人们生病。2011 - 2012年，国家锯32起与饮用水有关的疾病暴发，造成431例疾病和14人死亡美国疾病控制与预防中心(Centers for Disease Control and Prevention，简称cdc)的数据显示。

根据AWWA的数据，在未来的25年里，升级美国超过100万英里的饮用水管道——以及其他供水基础设施——并扩大供水系统以满足不断增长的人口的需求，预计将花费超过1万亿美元。

尽管所需的财政投资令人难以置信，但推迟升级可能意味着管道漏水或处理设施过时导致水质下降，服务中断，甚至成本更高:防止漏水比事后修复发霉的建筑或弯曲的道路上的水渍要便宜得多。

为了执行有针对性的分类，新技术 - 传感器，智能电表和数据管理平台 - 帮助水管理者了解如何在如何分配宝贵的基金并保持领先地位。

“我们鼓吹资产管理。不要只是每年更换X %的管道，”AWWA的立法主任Tommy Holmes说。“分析你的系统，选择2%的管道需要更换，而不是只关注一个地理区域。首先要在管道快要失效的时候更换管道。”

科技阿森纳

帮助使这些战略决策是水表，即高科技。城市开始在客户的房屋和企业中安装智能电表，以测量供水。

由于先进的仪表基础设施（作为AMI的业务中已知）可以将关于通过无线技术消耗的水数据实时传输到中央办公室，它可以“告诉您不仅仅是水使用量，”智能副主任Ken Thompson表示水解决方案美国是一家基于科罗拉多州的全球工程公司，帮助市政当局计划升级到水资源基础设施，选择技术并将设备集成到单一管理系统中。

汤普森表示，AMI仪表可以通过发现不寻常的使用模式来发现客户的物业泄漏。它们还可以在街道下的管道中零，这会产生吸入并从居民的房屋中抽出水。

“如果你看到一个带有回流问题的群集，那么那条街上可能会在那条街道上打破，”汤普森说。使用该数据，管理人员可以计算休息的位置并在损坏附近的房屋和道路之前迅速修复它。

传感器是现代水基础设施的另一个关键组成部分，用于检测泄漏和污染。水直接通过传感器，旨在测量水的特定化学特性。传感器包含在圆柱形壳体中，通常由金属或塑料制成，8至12英寸长，可以直接拧入管道中。

圆筒还包含电子数据收集和通信。汤普森说，CH2M的水管理系统通常使用三种类型的传感器。饮用水有一个标准的化学特性，所以传感器的设计是为了发现偏差，而不是检测单个污染物。如果传感器标记出异常，就会提醒水管理人员测试水，以确定变化的原因以及它是否对公众健康有害。

“有成千上万的化合物，”汤普森说。“你不能看一切。”

汤普森表示，传感器CH2M的客户通常使用几千美元。他说，一个更大的实用程序，如德克萨斯州德克萨斯州达拉斯，可能会使用10到20个传感器，而一个真正少数人为几千人“可能会逃脱一两个。”

在安大略省汉密尔顿的麦克马斯特大学，研究人员正在研究一种不同的水传感器技术方法 - 这是一个非常便宜的方法。大学研究人员麦克马斯特行业联络处执行董事同性恋余岩正致力于生产5美元的传感器。

R研究人员正在通过将传感器小型化(到芝麻大小)和使用低成本材料和制造方法来实现这种大幅降价。“这是与使用喷墨打印机的制造传感器相反，与高度专业化的制造相反，“余岩说。”它们正在减少组件，使其可以廉价地生产群众。“

麦克马斯特大学的工程学教授Jamal Deen和他的团队，包括工程学院的同事Raja Ghosh和Ravi Selvaganapathy已经发展起来可以检测氯和pH的化学传感器在饮用水中。在基本材料的顶部，它们可以应用不同的化学接口，使传感器可以测试各种污染问题。在未来，传感器的这种创新可能会使这些技术更容易达到，特别是对于小型水公用事业而达到更容易的覆盖范围。在美国，84.5％的社区水系统不得超过3300人。

由于传感器便宜并且可以无线沟通，因此他们也可用于帮助确保小型远程社区的安全饮用水，尚未连接到市政水处理系统，例如印度加拿大北部或农村村庄的第一家国家社区。

新的水资源基础设施需要满足全球日益增长的人口的需求，但即使在建造之前，社区也可以从衡量水质质量的技术中受益。生活在水网上的人可能会使用传感器来测试他们的湖泊，溪流或良好，以确定是否在他们的供水或奶牛中飙升的自然发生的砷是最近的上游浴室休息。

系统管理

软件为优先升级市政供水基础设施提供了另一种技术工具。两大玩家微软的CityNext.和IBM的智慧城市，它分析来自智能电表，传感器和其他来源的数据，以确定出现的泄漏和污染。

迈阿密-戴德县的公园系统，每年使用超过3亿加仑的水，正在使用IBM的平台来检测用水量的异常情况，并派遣公园管理人员进行检查。

迈阿密达德县，公园，娱乐与开放空间部门主任杰克卡德斯说：“我们正在字面上节省几个月。”该部门预计其每年400万美元的净账单节省7％至12％。

CH2M还为自来水公司提供了一个系统管理平台，帮助运营商主动解决问题，而不是被动地解决问题，Thompson说。2013年，在美国环境保护局(U.S. Environmental Protection Agency)的资助下，CH2M在费城、纽约、达拉斯和旧金山安装了监测和响应系统。

汤普森说，尽管设计该系统的初衷是为了保护饮用水不受污染，但现在各个城市都在将其用于日常的水质管理。他说，CH2M已经在美国完成了大约12个大型供水系统，在世界各地完成了数千个不同规模的供水系统。

传感器是现代水基础设施的另一个关键组成部分，用于检测泄漏和污染。

数据平台的真正优势在一个位置一起带来各种信息流 - 水流率，基础设施条件，水质 - 以前是淤泥的。

IBM智能水管理公司(IBM Smarter Water Management)的销售经理迈克尔·沙利文(Michael Sullivan)说，这种系统本可以更快地识别弗林特的铅危害。“弗林特的部分问题在于没有真正的能见度，”他说。“有一些零散的信息，但直到更深入地研究之后，这个问题才真正浮出水面。”

IBM和CH2M等数据平台也可以包含其他突出的信息，例如某个区域的管道材料和年龄及其预计在当地环境中的预期寿命。当特定区域中的泄漏或改变水质超过基线阈值时，它们还可以在近实时标记问题。

依靠顾客的眼睛在地上不是新的。1993年Cryptosporidium parvum.汤普森说，当当地药学称为公共卫生官员时，爆发了400,000人，当地药房时，最初被标记了40万人。

对于那些还没有智能仪表或传感器的系统来说，人的反馈尤为重要。正如沙利文所说，“把公民当作传感器对待”在发展中国家尤其流行。在南非，人们测试了ibm赞助的应用程序驾驶室Sullivan表示，他们允许他们通过其手机报告诸如泄漏，污染或流障碍物的问题。

资金问题

While smart technology can help water utilities make more savvy decisions about where to spend capital investment dollars, potentially saving money overall, there’s still the question of where to get the $1 trillion the AWWA predicts we’ll need to fix ailing U.S. drinking water infrastructure over the next quarter-century.

在美国，联邦、州和地方政府花费了大量资金1090亿元用于水务基建(PDF)（包括供水和污水处理设施以及饮水和饮用水处理和交付），根据国会预算办公室的说法。只有三分之一的三分之一 - 约360亿美元 - 是用于资本投资，例如新的管道或更新的饮用水处理设施。

这种美元主要来自当地的水费，免税市政债券和环保署的清洁水状态循环基金，分配$ 8.63百万拨款（PDF）在2016财年饮用水设施的国家。大会于2014年创建了一项新的低利息贷款计划，但尚未为其拨款。

这些钱是不够的。为了达到超过1万亿美元的投资需求，美国每年平均需要花费400亿美元。在水务公司每年投入的360亿美元资本投资中，只有不到一半(180亿美元)可能用于饮用水，其余用于污水处理、雨水控制和新供水。

据跨国专业服务公司表示，通过公私伙伴关系私营伙伴关系的私人投资是挣扎的市政当局的途径莎莉(PDF)尽管有两次重大障碍。企业通常已经远离水资源基础设施投资，因为水部门受到严重监管和保守的改变，因为人们的健康处于危险之中。

人权活动家长期以来一直担心参与水费的公司将导致价格过高，因为穷人，水对生命至关重要。尽管如此，私人投资的私人投资趋势向3月22日前进，世界水日，当白宫水峰会宣布超过150家公司致力于私人资金，改善美国水资源基础设施。

最终，客户可能需要花更多的钱买水这样一来，公用事业公司就有了替换老化基础设施所需的资金。根据AWWA的数据，大多数美国人为送到他们水龙头的每1000加仑水支付不到3.75美元。AWWA立法主任Tommy Holmes说，这大大低估了安全饮用水的价值。

“人们有这个想法，因为水是一种自然发生的东西，从天空中落下，不应该是昂贵的，”他说。“但母亲自然不会收集水，对待它并通过管道递送它。人们这样做，他们需要得到支付。”