Nuestros sistemas de agua potable son un desastre. ¿Qué podemos hacer?

Las personas en los países desarrollados encienden el grifo y los flujos de agua potable segura, un dramático beneficio para la salud que tienden a dar por sentado. Esa complacencia se vio dramáticamente alterada el año pasado cuando los niños en Flint, Michigan, comenzaron a dar positivo en las pruebas de envenenamiento por plomo y la fuente se remontaba al agua del grifo. Pero Flint no debería haber tomado a nadie por sorpresa; de hecho, los profesionales de la industria del agua han estado alerta durante años. Gran parte de la infraestructura de agua en el mundo desarrollado fue construida 70 a 100 años atrás y está llegando al final de su vida útil. La American Water Works Association dice que hemos entrado en "la era de reemplazo", en la cual debemos reconstruir "los sistemas de agua y aguas residuales que nos han legado las generaciones anteriores". La mayoría de las tuberías, según sus materiales y el entorno en el que residen una vida útil de 60 a 95 años. Los componentes mecánicos y eléctricos de las plantas de tratamiento pueden servir de 15 a 25 años. Sin actualizaciones rápidas, es probable que veamos un deterioro de la calidad del agua, con más incidentes de envenenamiento por plomo o arsénico y contaminación bacteriana y viral, y un número creciente de fugas que interrumpen el servicio de agua y provocan costosas reparaciones de emergencia.

En 2013 la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles le dio al sistema de agua potable de los EE. UU. un grado de D. En todo Estados Unidos, las tuberías principales de agua 240,000 explotan al año, o aproximadamente una cada dos minutos. Cada año, más de 32 mil millones de metros cúbicos (41 mil millones de yardas cúbicas) de agua tratada se pierden por fugas en todo el mundo, agua suficiente para atender a casi 400 millones de personas, de acuerdo con el Banco Mundial. Y aunque el agua potable en los Estados Unidos sigue siendo bastante segura en general, la contaminación con bacterias o virus regularmente enferma a las personas. En 2011-2012, la nación vio Brotes de enfermedades relacionadas con el agua potable 32, que causan casos de enfermedad 431 y muertes por 14, según sus Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades.

Se estima que la mejora de más de 1 millones de millas (1.6 millones de kilómetros) de tuberías de agua potable en los EE. UU. -junto con otra infraestructura de agua- y la expansión de los sistemas para satisfacer las necesidades de una población en crecimiento costará más de US $ 1 trillón en el próximo 25 años, según AWWA. Aunque la inversión financiera necesaria es alucinante, postergar las actualizaciones puede significar la degradación de la calidad del agua de tuberías con fugas o instalaciones de tratamiento obsoletas, interrupciones del servicio e incluso mayores costos: es mucho más barato evitar una fuga que reparar el daño del agua en edificios mohosos o caminos abrochados.

Para llevar a cabo un triage específico, las nuevas tecnologías (sensores, medidores inteligentes y plataformas de administración de datos) están ayudando a los administradores del agua a tomar decisiones informadas sobre cómo asignar fondos valiosos y adelantarse a los problemas.

"Predicamos la gestión de activos. No solo reemplace x por ciento de tuberías al año ", dice Tommy Holmes, director legislativo de AWWA. "Haga un análisis de su sistema y elija qué porcentaje de 2 de las tuberías necesita ser reemplazado, en lugar de solo centrarse en un área geográfica. Primero quiere reemplazar las tuberías al borde de la falla ".


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Tech Arsenal

Ayudando a tomar estas decisiones estratégicas son los medidores de agua, que van a alta tecnología. Las ciudades están comenzando a instalar medidores inteligentes en las casas y negocios de los clientes para medir el uso del agua. Debido a que la infraestructura de medidores avanzada (conocida en el negocio como AMI) puede transmitir datos sobre el agua consumida a través de tecnología inalámbrica a las oficinas centrales en tiempo real, puede "decirle mucho más que solo el uso del agua", dice Ken Thompson, subdirector de inteligencia soluciones de agua para CH2M, una compañía de ingeniería global con sede en Colorado que ayuda a los municipios a planificar mejoras a la infraestructura del agua, elegir tecnologías e integrar el equipo en un solo sistema de gestión. Thompson dice que los medidores AMI pueden encontrar fugas en la propiedad del cliente al detectar patrones de uso inusuales. También pueden concentrarse en las roturas de tuberías debajo de la calle, que crean succión y sacan agua de las casas de los residentes. "Si ve un clúster con un problema de reflujo, es probable que haya un corte de tubería en esa calle", dice Thompson. Utilizando esa información, los gerentes pueden calcular la ubicación de la ruptura y arreglarla de inmediato antes de que dañe las casas y caminos cercanos.

Los sensores son otro componente clave de la infraestructura de agua moderna, utilizada para detectar fugas y contaminación. El agua pasa directamente sobre el sensor, que está diseñado para medir las características químicas específicas del agua. El sensor está contenido en una caja cilíndrica, por lo general hecha de metal o plástico y 8 a 12 pulgadas de largo, que puede atornillar directamente en una tubería. El cilindro también contiene componentes electrónicos para la recopilación de datos y las comunicaciones. Para sus sistemas de gestión de agua, CH2M generalmente utiliza tres tipos de sensores, dice Thompson. El agua potable tiene un perfil químico estándar, por lo que los sensores están diseñados para detectar desviaciones, en lugar de detectar contaminantes individuales. Si los sensores marcan una aberración, eso alerta a los administradores del agua a probar el agua para determinar la causa del cambio y si es perjudicial para la salud pública.

"Hay cientos de miles de compuestos", dice Thompson. "No se puede mirar todo".

Los sensores que usan los clientes de CH2M generalmente cuestan un par de miles de dólares cada uno, dice Thompson. Una herramienta más grande como la que sirve a Dallas, Texas, podría usar 10 para sensores 20, dice, mientras que una muy pequeña que sirve a unos pocos miles de personas "podría salirse con la suya con uno o dos".

En la Universidad McMaster en Hamilton, Ontario, los investigadores están trabajando en un enfoque diferente para la tecnología de sensores de agua, uno que es mucho más barato. Gay Yuyitung, director ejecutivo de la Oficina de Enlace de la Industria McMaster, dice que los investigadores de la universidad están trabajando para producir sensores que cuestan alrededor de US $ 10.

RLos investigadores están logrando este drástico recorte de precios mediante la miniaturización de los sensores (aproximadamente del tamaño de una semilla de sésamo) y utilizando materiales y métodos de fabricación de bajo costo. "Sus como fabricar sensores utilizando una impresora de chorro de tinta en lugar de una fabricación altamente especializada ", dice Yuyitung. "Están reduciendo los componentes para que se puedan producir en masa a bajo precio".

El profesor de ingeniería de McMaster, Jamal Deen, y su equipo, incluidos sus colegas de la facultad de ingeniería Raja Ghosh y Ravi Selvaganapathy, han desarrollado sensores químicos que pueden detectar cloro y pH en agua potable Además del material básico, pueden aplicar diferentes interfaces químicas para que los sensores puedan probar una variedad de problemas de contaminación. En el futuro, esta innovación en sensores podría hacer que estas tecnologías sean más fáciles de alcanzar, especialmente para pequeñas empresas de servicios de agua. En los EE. UU., El porcentaje de 84.5 de los sistemas de agua de la comunidad es inferior al de 3,300.

Debido a que los sensores son baratos y pueden comunicarse de forma inalámbrica, también se pueden usar para ayudar a garantizar el agua potable en comunidades pequeñas y remotas que aún no están conectadas a un sistema municipal de tratamiento de agua, como las comunidades de las Primeras Naciones en el norte de Canadá o las aldeas rurales en India. Se requiere una nueva infraestructura de agua para satisfacer las necesidades de las poblaciones en crecimiento en todo el mundo, pero incluso antes de que se construya, las comunidades pueden beneficiarse de las tecnologías que miden la calidad de sus aguas. Las personas que viven fuera de la red de agua pueden usar los sensores para examinar su lago, corriente o pozo para determinar si, por ejemplo, el arsénico que se produce de forma natural se clava en el suministro de agua o si las vacas tuvieron un baño reciente río arriba.

Gestión de sistemas

El software ofrece otra herramienta tecnológica para priorizar las actualizaciones a la infraestructura de suministro de agua municipal. Dos grandes jugadores son City's Next de Microsoft y Las ciudades más inteligentes de IBM, que analiza datos de medidores inteligentes, sensores y otras fuentes para identificar las fugas y la contaminación emergentes.

El sistema de parques del Condado de Miami-Dade, que usa más de 300 millones de galones (1.14 billones de litros) de agua anualmente, está utilizando la plataforma de IBM para detectar irregularidades en el consumo de agua y despacha a los gerentes del parque para verificarlos. "Estamos ahorrando literalmente meses para encontrar y reaccionar ante las reparaciones que se necesitan", dice Jack Kardys, director del Departamento de Parques, Recreación y Espacio Abierto del Condado de Miami-Dade. El departamento anticipa 7 a 12% de ahorro en su factura anual de US $ 4 millones de agua.

CH2M también proporciona a las empresas de servicios de agua una plataforma de administración de sistemas que ayuda a los operadores a ser proactivos en la solución de problemas, en lugar de reactivos, dice Thompson. En 2013, con fondos de la Agencia de Protección Ambiental de los EE. UU., CH2M instaló sistemas de vigilancia y respuesta en Filadelfia, Nueva York, Dallas y San Francisco. Aunque los sistemas fueron concebidos para proteger el agua potable del juego sucio, las ciudades los están utilizando para la gestión cotidiana de la calidad del agua, dice Thompson. CH2M ha completado aproximadamente una docena de grandes sistemas de agua en los EE. UU. Y miles de sistemas de diversos tamaños en todo el mundo, afirma.

La verdadera fortaleza de las plataformas de datos está reuniendo en un solo lugar varias corrientes de información (caudales de agua, condiciones de infraestructura, calidad del agua) que anteriormente estaban en silos.

Michael Sullivan, gerente de ventas de IBM Smarter Water Management, dice que tales sistemas podrían haber identificado el peligro de plomo de Flint mucho más rápidamente. "Parte del problema con Flint era que no había visibilidad real", dice. "Hubo porciones de información, pero el problema realmente no apareció hasta mucho más adelante".

"Tratar a los ciudadanos como un sensor", como dice Sullivan, es particularmente popular en los países en desarrollo.Las plataformas de datos como IBM y CH2M también pueden incorporar otra información destacada, como el material y la antigüedad de las tuberías en un área determinada y su expectativa de vida proyectada en entornos locales. También pueden detectar problemas casi en tiempo real cuando las llamadas de los clientes sobre fugas o la calidad del agua alterada en un área específica sobrepasa un umbral de referencia.

Confiar en los ojos de los clientes en el suelo no es algo nuevo. El 1993 Cryptosporidium parvum El brote en Milwaukee que enfermó a las personas de 400,000 fue inicialmente marcado cuando una farmacia local llamó a funcionarios de salud pública, diciendo que no podía mantener a Imodium en inventario, dice Thompson.

La retroalimentación humana es especialmente importante para sistemas que aún no tienen medidores o sensores inteligentes. "Tratar a los ciudadanos como un sensor", como dice Sullivan, es particularmente popular en los países en desarrollo. En Sudáfrica, las personas probaron una aplicación patrocinada por IBM llamada WaterWatchers Eso les permitió informar problemas como fugas, contaminación u obstrucción de corrientes a través de sus teléfonos móviles, dice Sullivan.

La cuestión de la financiación

Si bien la tecnología inteligente puede ayudar a las empresas de agua a tomar decisiones más inteligentes sobre dónde gastar los dólares de inversión de capital, potencialmente ahorrar dinero en general, aún existe la pregunta de dónde conseguir el trillón de $ 1 que AWWA predice que necesitaremos para reparar la infraestructura de agua potable de EE. UU. durante el próximo cuarto de siglo.

En los Estados Unidos, los gobiernos federales, estatales y locales gastaron US $ 109 millones en infraestructura de agua (incluido el suministro de agua y las instalaciones de tratamiento de aguas residuales, así como el tratamiento y suministro de agua potable) en 2014, según la Oficina de Presupuesto del Congreso. Solo un tercio de eso, alrededor de US $ 36 mil millones, se destinó a inversiones de capital, como tuberías nuevas o instalaciones actualizadas de tratamiento de agua potable.

Dichos dólares provienen principalmente de tarifas locales de agua, bonos municipales exentos de impuestos y el Fondo Rotatorio Estatal de Agua Limpia de la EPA, que asignó $ 863 millones en subvenciones a los estados para las instalaciones de agua potable en el año fiscal 2016. El Congreso creó un nuevo programa de préstamos a bajo interés en 2014, pero aún no se ha apropiado de dinero para ello.

Estos grupos de dinero no son suficientes. Para llegar a $ 1 billón en inversión, los EE. UU. Deberán gastar un promedio de US $ 400 billones anualmente. Los US $ 36 mil millones para inversiones de capital son muy pocos.

En última instancia, los clientes probablemente tendrán que pagar más por el agua para que los servicios públicos a su vez tengan los fondos que necesitan para reemplazar la infraestructura obsoleta. Según la empresa multinacional de servicios profesionales, la inversión privada a través de asociaciones público-privadas es un camino probable para las municipalidades en dificultades EY, a pesar de dos obstáculos significativos. Por lo general, las empresas se han alejado de las inversiones en infraestructura hídrica porque el sector del agua está muy regulado y es conservador en cuanto al cambio porque la salud de las personas está en juego. Y los activistas de derechos humanos han estado preocupados desde hace mucho tiempo de que lograr que las empresas participen en el suministro de agua llevará a que los precios sean demasiado altos para los pobres, una situación insostenible en la que el agua es esencial para la vida. Sin embargo, la tendencia hacia la inversión privada en el suministro de agua dio un paso adelante en marzo 22, Día Mundial del Agua, cuando la Cumbre del Agua de la Casa Blanca anunció que más de 150 empresas comprometieron $ 4 mil millones en dinero privado para mejorar la infraestructura de agua de EE. UU.

En última instancia, los clientes probablemente tendrán que pagar más por el agua para que las empresas a su vez tengan los fondos que necesitan para reemplazar la infraestructura obsoleta. Según AWWA, la mayoría de los estadounidenses pagan menos de $ 3.75 por cada 1,000 galones de agua entregada a sus grifos. Tommy Holmes, director legislativo de AWWA, dice que subestima mucho el agua potable. "La gente tiene la idea de que, como el agua es algo que cae naturalmente del cielo, no debería ser costoso", dice. "Pero la madre naturaleza no recoge el agua, la trata y la entrega a través de tuberías. La gente hace eso y necesitan que se les pague ". Ver la página principal de Ensia

Sobre el Autor

Con sede en San Francisco, la reportera independiente Erica Gies vive actualmente en París. Ella escribe sobre ciencia y medio ambiente, particularmente energía y agua, para el New York Times, International Herald Tribune, Forbes, Noticias alámbricas y otros puntos de venta.

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Este artículo fue publicado originalmente en ENSIA