Người dân ở các nước phát triển bật vòi nước và uống nước an toàn, một lợi ích sức khỏe đáng kể mà họ có xu hướng coi là đương nhiên. Sự tự mãn đó đã bị gián đoạn nghiêm trọng vào năm ngoái khi trẻ em ở Flint, Michigan, bắt đầu thử nghiệm dương tính với ngộ độc chì và nguồn này được truy tìm nguồn nước. Nhưng Flint không nên làm ai ngạc nhiên; trong thực tế, các chuyên gia ngành công nghiệp nước đã cảnh báo trong nhiều năm. Phần lớn cơ sở hạ tầng nước ở các nước phát triển đã được xây dựng 70 đến 100 năm trước và gần kết thúc cuộc đời hữu ích của nó. Hiệp hội Công trình Nước Mỹ cho biết chúng ta đã bước vào thời kỳ thay thế, trong đó chúng ta phải xây dựng lại hệ thống nước và nước thải do các thế hệ trước mang lại cho chúng ta. Hầu hết các đường ống, tùy thuộc vào vật liệu và môi trường mà chúng cư trú, có tuổi thọ của 60 đến 95 năm. Các thành phần cơ và điện của nhà máy xử lý có thể phục vụ các năm 15 đến 25. Nếu không nâng cấp kịp thời, chúng ta có thể thấy chất lượng nước ngày càng xấu đi, với nhiều sự cố ngộ độc chì hoặc asen và nhiễm vi khuẩn và vi rút, và gia tăng số lượng rò rỉ làm gián đoạn dịch vụ nước và dẫn đến việc sửa chữa khẩn cấp tốn kém.

Trong 2013, Hiệp hội kỹ sư dân dụng Hoa Kỳ đã cho hệ thống nước uống của Mỹ điểm D. Trên khắp nước Mỹ, đường ống nước 240,000 nổ một năm, hoặc cứ khoảng hai phút một lần. Hàng năm, hơn 32 tỷ mét khối (41 tỷ mét khối) nước đã xử lý bị mất do rò rỉ trên khắp thế giới - lượng nước đủ để phục vụ gần như hàng triệu triệu người, theo Ngân hàng Thế giới. Và mặc dù nước uống ở Hoa Kỳ vẫn khá an toàn về tổng thể, nhưng việc nhiễm vi khuẩn hoặc vi rút thường xuyên khiến người ta bị bệnh. Trong 2011et 2012, cả nước đã thấy Nước uống 32 liên quan đến dịch bệnh bùng phát, gây ra các trường hợp mắc bệnh 431 và tử vong 14, theo Trung tâm kiểm soát và phòng ngừa dịch bệnh.

Nâng cấp hơn 1 triệu dặm (1.6 triệu km) của ống dẫn nước uống ở Mỹ - cùng với cơ sở hạ tầng nước khác - và mở rộng hệ thống để đáp ứng nhu cầu của một dân số ngày càng tăng dự kiến ​​sẽ có giá cao hơn 1 nghìn tỷ $ Mỹ trong tiếp theo 25 năm, theo AWWA. Mặc dù đầu tư tài chính cần thiết rất nhiều, nhưng việc nâng cấp có thể có nghĩa là chất lượng nước xuống cấp từ các đường ống bị rò rỉ hoặc các cơ sở xử lý lỗi thời, gián đoạn dịch vụ và thậm chí chi phí cao hơn: Ngăn chặn rò rỉ rẻ hơn nhiều so với sửa chữa thiệt hại nước sau đó trong các tòa nhà bị mốc hoặc đường gồ ghề.

Để thực hiện phân chia mục tiêu, các công nghệ mới - cảm biến, đồng hồ thông minh và nền tảng quản lý dữ liệu - đang giúp các nhà quản lý nước đưa ra quyết định sáng suốt về cách phân bổ các quỹ quý giá và đứng trước các vấn đề.

Chúng tôi rao giảng về quản lý tài sản. Đừng chỉ thay thế x Tommy Holmes, giám đốc lập pháp của AWWA cho biết, phần trăm số đường ống mỗi năm. Một bài phân tích về hệ thống của bạn và chọn phần trăm 2 cần thay thế, thay vì chỉ tập trung vào một khu vực địa lý. Trước tiên, bạn muốn thay thế đường ống trên bờ vực thất bại.

Công nghệ Arsenal

Giúp đưa ra các quyết định chiến lược này là đồng hồ nước, công nghệ cao. Các thành phố đang bắt đầu lắp đặt đồng hồ thông minh tại nhà và doanh nghiệp của khách hàng để đo lượng nước sử dụng. Bởi vì cơ sở hạ tầng đồng hồ tiên tiến (được biết đến trong kinh doanh là AMI) có thể truyền dữ liệu về nước được tiêu thụ qua công nghệ không dây đến các văn phòng trung tâm trong thời gian thực, nó có thể cho bạn biết nhiều điều hơn là chỉ sử dụng nước, ông nói, Ken Thompson, phó giám đốc thông minh giải pháp nước cho CH2M, một công ty kỹ thuật toàn cầu có trụ sở tại Colorado giúp các thành phố lên kế hoạch nâng cấp cơ sở hạ tầng nước, chọn công nghệ và tích hợp thiết bị vào một hệ thống quản lý duy nhất. Thompson nói rằng các máy đo AMI có thể tìm thấy rò rỉ trên tài sản của khách hàng bằng cách phát hiện các kiểu sử dụng bất thường. Họ cũng có thể không tham gia vào các đường ống bị vỡ dưới đường, tạo ra sức hút và hút nước ra khỏi nhà của người dân. Nếu bạn thấy một cụm có vấn đề về dòng chảy ngược, thì có lẽ đã xảy ra sự cố vỡ đường ống trên đường phố đó. Sử dụng dữ liệu đó, các nhà quản lý có thể tính toán vị trí của sự cố và khắc phục kịp thời trước khi nó làm hỏng các ngôi nhà và đường gần đó.

Cảm biến là một thành phần quan trọng khác của cơ sở hạ tầng nước hiện đại, được sử dụng để phát hiện cả rò rỉ và ô nhiễm. Nước đi trực tiếp qua cảm biến, được thiết kế để đo các đặc tính hóa học cụ thể của nước. Cảm biến được chứa trong vỏ hình trụ, thường được làm bằng kim loại hoặc nhựa và dài từ 8 đến 12, có thể vặn trực tiếp vào đường ống. Các xi lanh cũng chứa thiết bị điện tử để thu thập dữ liệu và truyền thông. Đối với các hệ thống quản lý nước của mình, CH2M thường sử dụng ba loại cảm biến, theo ông Thompson. Nước uống có hồ sơ hóa học tiêu chuẩn, vì vậy các cảm biến được thiết kế để phát hiện sai lệch, thay vì kiểm tra các chất ô nhiễm riêng lẻ. Nếu các cảm biến đánh dấu quang sai, cảnh báo cho các nhà quản lý nước kiểm tra nước để xác định nguyên nhân của sự thay đổi và liệu nó có hại cho sức khỏe cộng đồng hay không.

Có rất nhiều hàng ngàn hợp chất, ông nói. Bạn không thể nhìn vào mọi thứ.

Các khách hàng của CH2M sử dụng thường có giá vài nghìn đô la mỗi cảm biến, theo ông Thompson. Một tiện ích lớn hơn như tiện ích phục vụ Dallas, Texas, có thể sử dụng các cảm biến 10 đến 20, trong khi một tiện ích thực sự nhỏ phục vụ vài nghìn người thì có thể thoát khỏi một hoặc hai.

Tại Đại học McMaster ở Hamilton, Ontario, các nhà nghiên cứu đang nghiên cứu một phương pháp khác về công nghệ cảm biến nước - một phương pháp rẻ hơn rất nhiều. Gay Yuyitung, giám đốc điều hành của Văn phòng liên lạc công nghiệp McMaster, cho biết các nhà nghiên cứu đại học đang làm việc để sản xuất các cảm biến có giá khoảng US $ 10.

Researchers đang đạt được slash giá kịch này bởi miniaturizing các bộ cảm biến (để về kích thước của một hạt mè) và sử dụng vật liệu chi phí thấp và phương pháp sản xuất. "Đó là giống như chế tạo các cảm biến sử dụng máy in phun mực, trái ngược với sản xuất chuyên dụng cao, Yuyitung nói. Họ đang giảm các thành phần để có thể sản xuất hàng loạt với giá rẻ.

Giáo sư kỹ thuật McMaster Jamal Deen và nhóm của ông, bao gồm các thành viên khoa kỹ thuật đồng nghiệp Raja Ghosh và Ravi Selvaganapathy, đã phát triển cảm biến hóa học có thể phát hiện clo và pH trong nước uống. Trên các vật liệu cơ bản, họ có thể áp dụng các giao diện hóa học khác nhau để các cảm biến có thể kiểm tra nhiều vấn đề ô nhiễm khác nhau. Trong tương lai, sự đổi mới về cảm biến này có thể giúp các công nghệ này tiếp cận dễ dàng hơn, đặc biệt là các tiện ích nước nhỏ. Ở Mỹ, 84.5 phần trăm hệ thống nước cộng đồng phục vụ ít hơn người 3,300.

Do các cảm biến rẻ tiền và có thể giao tiếp không dây, nên chúng cũng có thể được sử dụng để giúp đảm bảo nước uống an toàn trong các cộng đồng nhỏ, xa xôi chưa được kết nối với hệ thống xử lý nước đô thị, như các cộng đồng First Nations ở các làng phía bắc hoặc nông thôn của Canada ở Ấn Độ. Cơ sở hạ tầng nước mới là cần thiết để đáp ứng nhu cầu của dân số ngày càng tăng trên toàn thế giới, nhưng ngay cả trước khi nó được xây dựng, cộng đồng có thể hưởng lợi từ các công nghệ đo lường chất lượng nước của họ. Những người sống ngoài lưới nước có thể sử dụng các cảm biến để kiểm tra hồ, suối hoặc giếng của họ để xác định xem liệu thạch tín có xuất hiện tự nhiên trong nguồn cung cấp nước của họ hay những con bò bị vỡ phòng tắm gần đây.

Quản lý hệ thống

Phần mềm cung cấp một công cụ công nghệ khác để ưu tiên nâng cấp cơ sở hạ tầng cấp nước thành phố. Hai người chơi lớn là CityNext của Microsoft và Các thành phố thông minh hơn của IBM, phân tích dữ liệu từ đồng hồ thông minh, cảm biến và các nguồn khác để xác định rò rỉ và nhiễm bẩn mới nổi.

Hệ thống công viên của Miami Miami Dade County, nơi sử dụng hơn 300 triệu gallon (1.14 tỷ lít) nước hàng năm, đang sử dụng nền tảng của IBM để phát hiện sự bất thường trong tiêu thụ nước và cử người quản lý công viên để kiểm tra. Jack Kardys, giám đốc của Miami, Dade County, Công viên, Giải trí và Không gian mở của Miami, cho biết, chúng tôi đang tiết kiệm hàng tháng trời trong việc tìm kiếm và phản ứng với những sửa chữa cần thiết. Bộ dự đoán tiết kiệm phần trăm 7 đến 12 trên hóa đơn nước hàng triệu đô la Mỹ hàng năm.

CH2M cũng cung cấp các tiện ích nước với một nền tảng quản lý hệ thống giúp các nhà khai thác có thể chủ động giải quyết vấn đề, chứ không phải là phản ứng, Thompson nói. Trong 2013, với sự tài trợ Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ, CH2M lắp đặt hệ thống giám sát và phản ứng ở Philadelphia, New York, Dallas và San Francisco. Mặc dù hệ thống đã được hình thành để bảo vệ nước uống từ chơi hôi, các thành phố đang sử dụng chúng cho việc quản lý chất lượng nước thường ngày, Thompson nói. CH2M đã hoàn thành khoảng một chục hệ thống nước lớn ở Mỹ và hàng ngàn hệ thống của các kích cỡ khác nhau trên toàn thế giới, ông nói.

Sức mạnh thực sự của nền tảng dữ liệu được mang lại với nhau tại một địa điểm suối thông tin khác nhau - tốc độ dòng nước, điều kiện cơ sở hạ tầng, chất lượng nước - đó đều bị bưng bít trước đây.

Michael Sullivan, giám đốc bán hàng của IBM Smarter Water Management, cho biết các hệ thống như vậy có thể đã xác định nguy cơ dẫn đầu của Flint nhanh hơn nhiều. Một phần của vấn đề với Flint là không có khả năng hiển thị thực sự, ông nói. Có rất nhiều thông tin, nhưng vấn đề không thực sự xuất hiện cho đến khi xa hơn nữa.

Các công dân đối xử như một cảm biến, như Sullivan nói, đặc biệt phổ biến ở các nước đang phát triển.Các nền tảng dữ liệu như IBM và CH2M cũng có thể kết hợp các thông tin nổi bật khác, chẳng hạn như vật liệu và tuổi của các đường ống trong một khu vực nhất định và tuổi thọ dự kiến ​​của chúng trong môi trường địa phương. Họ cũng có thể đánh dấu các vấn đề trong thời gian gần khi khách hàng gọi về rò rỉ hoặc thay đổi chất lượng nước ở một khu vực cụ thể vượt qua ngưỡng cơ sở.

Dựa vào mắt khách hàng trên mặt đất không phải là mới. 1993 Cryptosporidium parvum bùng phát tại Milwaukee mà ốm 400,000 mọi người ban đầu đã được gắn cờ khi một hiệu thuốc địa phương gọi là các quan chức y tế công cộng, nói rằng nó không thể giữ Imodium trong kho, Thompson nói.

Phản hồi của con người đặc biệt quan trọng đối với các hệ thống chưa có đồng hồ hoặc cảm biến thông minh. Các công dân đối xử như một cảm biến, như Sullivan nói, đặc biệt phổ biến ở các nước đang phát triển. Ở Nam Phi, mọi người đã thử nghiệm một ứng dụng do IBM tài trợ có tên là Đồng hồ nước cho phép họ báo cáo các vấn đề như rò rỉ, nhiễm bẩn hoặc truyền vật cản qua điện thoại di động của họ, Sullivan nói.

Câu hỏi tài trợ

Mặc dù công nghệ thông minh có thể giúp các công ty cấp nước đưa ra quyết định sáng suốt hơn về việc chi tiêu vốn đầu tư vào đâu, có khả năng tiết kiệm tiền nói chung, vẫn còn câu hỏi về việc lấy $ 1 nghìn tỷ mà AWWA dự đoán chúng ta sẽ cần sửa chữa cơ sở hạ tầng nước uống của Hoa Kỳ trong một phần tư thế kỷ tiếp theo.

Ở Mỹ, chính phủ liên bang, tiểu bang và địa phương đã chi 109 tỷ USD về cơ sở hạ tầng nước (bao gồm các cơ sở cung cấp nước và xử lý nước thải cũng như xử lý và giao nước uống) tại 2014, theo Văn phòng Ngân sách Quốc hội. Chỉ một phần ba trong số đó - khoảng 36 tỷ USD - là dành cho các khoản đầu tư vốn như đường ống mới hoặc các cơ sở xử lý nước uống cập nhật.

Những đô la này chủ yếu đến từ phí nước địa phương, trái phiếu đô thị được miễn thuế và Quỹ quay vòng nhà nước sạch của EPA, được phân bổ $ 863 triệu tiền tài trợ đến các tiểu bang cho các cơ sở nước uống trong năm tài chính 2016. Quốc hội đã tạo ra một chương trình cho vay lãi suất thấp mới trong 2014 nhưng chưa chiếm được tiền cho nó.

Những nhóm tiền này là không đủ. Để đạt được khoản đầu tư hàng nghìn tỷ đô la Mỹ, Mỹ sẽ cần chi trung bình khoảng 8 tỷ đô la Mỹ hàng năm. Khoản đầu tư trị giá hàng tỷ đô la Mỹ cho đầu tư vốn giảm rất xa.

Cuối cùng, khách hàng có thể sẽ phải trả nhiều tiền hơn cho nước để các tiện ích lần lượt có tiền mà họ cần để thay thế cơ sở hạ tầng đã cũ. Đầu tư tư nhân thông qua quan hệ đối tác công-tư là một con đường có khả năng cho các thành phố đang gặp khó khăn, theo công ty dịch vụ chuyên nghiệp đa quốc gia EY, mặc dù có hai rào cản đáng kể. Các doanh nghiệp thường tránh xa các khoản đầu tư cơ sở hạ tầng vì ngành nước được kiểm soát chặt chẽ và bảo thủ về sự thay đổi vì sức khỏe của người dân đang bị đe dọa. Và các nhà hoạt động nhân quyền từ lâu đã lo ngại rằng việc các tập đoàn tham gia giao nước sẽ dẫn đến giá quá cao cho người nghèo, một tình huống không thể giải quyết được khi nước rất quan trọng đối với cuộc sống. Tuy nhiên, xu hướng đầu tư tư nhân vào giao nước đã tiến lên một bước trong tháng 3 22, Ngày Nước thế giới, khi Hội nghị thượng đỉnh về Nhà Trắng tuyên bố rằng hơn các công ty 150 đã cam kết tiền tư nhân để cải thiện cơ sở hạ tầng nước Mỹ.

Cuối cùng, khách hàng có thể sẽ phải trả nhiều tiền hơn cho nước do đó, các tiện ích lần lượt có tiền mà họ cần để thay thế cơ sở hạ tầng cũ. Theo AWWA, hầu hết người Mỹ trả ít hơn $ 3.75 cho mỗi gallon nước 1,000 được chuyển đến vòi của họ. Tommy Holmes, giám đốc lập pháp của AWWA, nói rằng việc đánh giá rất cao nước uống an toàn. Người dân có ý tưởng này bởi vì nước là một thứ tự nhiên rơi xuống từ bầu trời, nên nó không đắt tiền, ông nói. Tuy nhiên, mẹ thiên nhiên không thu thập nước, xử lý và cung cấp qua đường ống. Mọi người làm điều đó, và họ cần được trả tiền.