Philly Water: Forscher erproben neue Methode zur Suche nach Bleirohren

Die Bundesregierung verlangt von Wasserversorgern, dass sie Versorgungsleitungen identifizieren, die aus giftigem Blei bestehen. Forscher in Philly versuchen, einen einfacheren Weg zu finden.

Mithilfe von Sensoren zur Aufzeichnung von Schallwellen können die Drexel-Ingenieure John DeVitis (links) und KIM Iqbal (rechts) ohne Graben feststellen, ob Wasserversorgungsleitungen, die zu Häusern in der Osage Avenue in Philadelphia führen, aus Blei bestehen. (Kimberly Paynter/WHYY)

John DeVitis kauert auf dem Bürgersteig vor einem Reihenhaus in West-Philadelphia und hält einen kleinen Metallhammer in einer Hand.

Mit dem Hammer schlägt er auf die Spitze eines Metallstabs, der senkrecht aus einem Loch im Beton ragt.

Unter der Erde berührt der Stab ein Metallrohr, eine sogenannte Versorgungsleitung, die Wasser von der Wasserleitung unter der Straße in das Haus leitet.

Mit jedem Hammerschlag breiten sich Vibrationen entlang der unterirdischen Versorgungsleitung aus. Auf der Straße darüber angebrachte Sensoren erfassen diese.

„Wir senden Spannungswellen entlang des Rohrs, die sich dann durch den Boden und bis zu den Sensoren ausbreiten“, sagte DeVitis. „Die Idee besteht darin, den Materialtyp des Rohrs herauszufinden.“

DeVitis ist Teil eines Forscherteams an der Drexel University, das eine Technik testet, die Wasserversorgern im ganzen Land dabei helfen könnte, einer EPA-Anforderung zur Inventarisierung führender Versorgungsleitungen nachzukommen, ohne sie alle auszugraben.

„Blei ist sehr gesundheitsschädlich, insbesondere für kleine Kinder“, sagte KIM Iqbal, ein Doktorand, der an dem Projekt arbeitet. „Wir versuchen den kürzesten Weg zu finden, [es] zu finden.“

Das Experiment des Drexel-Labors basiert auf der Idee, dass sich Wellen unterschiedlich – zum Beispiel schneller oder langsamer – durch verschiedene Metallarten ausbreiten.

„Wenn ich einen Hammer auf Stahl abprallen lasse, höre ich einen Ping, einen sehr hochfrequenten Ping“, sagte DeVitis. „Wenn ich das Gleiche beim Lead mache, wird es dumpfer und basslastiger klingen.“

Oberirdische Sensoren nehmen diese Schwingungen auf. Anschließend analysieren die Forscher diese Daten, um die eindeutige Signatur jeder Metallart zu identifizieren.

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Die Herausforderung bestehe darin, dass sich die Vibrationen durch den Boden ausbreiten und auf ihrem Weg zu den Sensoren auf Baumwurzeln, Steine ​​oder andere Hindernisse treffen könnten, sagte Ivan Bartoli, Professor für Bauingenieurwesen bei Drexel, der das Projekt leitet.

Das Experiment sei als Blindtest konzipiert, sagte Bartoli. Die Versorgungsleitungen, zu denen sein Team Daten sammelt, bestehen aus Materialien, die den Wasserversorgern bereits bekannt sind. Bartolis Team errät das Material anhand der Vibrationen und vergleicht es dann mit den Aufzeichnungen der Energieversorger.

Das Labor habe 2018 damit begonnen, die Technik an einigen Rohren von American Water in Camden, New Jersey, zu testen, sagte Bartoli. Jetzt ist die Forschung Teil eines Projekts der Water Research Foundation, bei dem es darum geht, die besten Methoden zur Bestimmung des Versorgungsleitungsmaterials zu finden. Die Partnerschaft ermöglichte es dem Team, Untersuchungen zu Serviceleitungen in Städten wie Pittsburgh, Cincinnati und Washington, DC durchzuführen

Die Drexel-Forscher müssen ihre Daten noch validieren und den von ihnen entwickelten Prozess verfeinern, bevor er in großem Maßstab eingesetzt werden kann.

„Die Idee ist, dies … zu einer Selbstverständlichkeit zu machen“, sagte DeVitis. „In der Größenordnung von 100 Dollar oder so – ähnlich wie bei einem Bleitest, den Sie einfach von Ihrem Wasserhahn zu Hause aus durchführen können. Wir versuchen, es den Massen zugänglich zu machen.“

Wenn die Technik des Drexel-Teams funktioniert, könnte die Nachfrage groß sein.

Wasserversorger im ganzen Land müssen gemäß der Blei- und Kupferregel der EPA bis Oktober 2024 eine erste Bestandsaufnahme der Versorgungsleitungen und der Materialien, aus denen sie bestehen, erstellen.

„Wir haben etwa 500.000 Serviceleitungen, das ist also ein ziemlich großer Aufwand“, sagte Adam Hendricks, der die angewandte Forschungsgruppe des Philadelphia Water Department leitet.

Es wäre teuer, alle diese Rohre auszugraben, um ihr Material zu bestimmen, sagte Hendricks.

„Ich denke, die niedrige Zahl liegt bei etwa 2.000 US-Dollar pro Servicelinie“, sagte Hendricks. „Wenn man also diese Kosten für die Anzahl der Unbekannten addiert, die wir haben, wird das schnell ziemlich hoch.“

In Philly sind die Serviceleitungen Eigentum des Kunden.

Das Philadelphia Water Department schätzt, dass es in der Stadt rund 20.000 Hauptversorgungsleitungen gibt, die größtenteils an ältere Häuser angeschlossen sind. Aber die Beamten sagen, sie wüssten nicht genau, wo sich diese befinden.

Das Ausgraben von Anschlussleitungen ist nicht die einzige Möglichkeit, deren Material zu bestimmen. Das Wasserministerium habe mit der Bestandsaufnahme begonnen, indem es sich die vorhandenen Bauunterlagen ansehe und prädiktive Modelle verwende, sagte Hendricks.

Wenn das Wasseramt die Zähler ersetzt, wie es derzeit in der ganzen Stadt der Fall ist, können die Beamten den Teil der Versorgungsleitung im Auge behalten, der vom Bordstein bis ins Haus führt. Beamte können die gesamte Versorgungsleitung prüfen und mit Zustimmung des Hausbesitzers austauschen, während sie den Hauptaustausch durchführen. Aber in den letzten Jahren hat die Wasserbehörde jedes Jahr weniger als 1 % ihrer Wasserleitungen ersetzt.

„Unsere Aufsichtsbehörden möchten wirklich, dass wir beide Teile der Servicelinie kennen und über gute, endgültige Aufzeichnungen verfügen. Hier kommt eine Technologie wie die von Drexel wirklich ins Spiel“, sagte Hendricks.

Eine Studie der American Water Works Association aus dem Jahr 2022 ergab, dass der mechanische Aushub zwar als die genaueste Methode zur Überprüfung des Versorgungsleitungsmaterials gilt, jedoch kostspielig und zeitaufwändig ist. Billigere Alternativen wie die Verwendung historischer Aufzeichnungen und das Einholen von Kundendaten, wie es in Newark, Delaware, der Fall ist, bringen ihre eigenen Herausforderungen mit sich, von unterschiedlicher Genauigkeit bis hin zu geringem Engagement. Neue Methoden, die Schall- oder Magnetwellen verwenden, könnten Vorteile haben, erfordern jedoch eine staatliche Genehmigung und Ressourcen.

Das Projekt der Water Research Foundation, an dem Drexel beteiligt ist, testet die Rohridentifizierung mithilfe von Schall, Spannungswellen und Röntgenstrahlen. Diese drei Methoden standen auf der „Shortlist der vielversprechendsten Technologien“ der Water Research Foundation, die noch nicht vollständig entwickelt seien, sagte CEO Peter Grevatt.

Beamte des Wasserministeriums von Philadelphia gehen davon aus, dass die EPA die Versorgungsunternehmen irgendwann dazu verpflichten wird, alle Hauptversorgungsleitungen zu ersetzen.

Zu wissen, wo sich diese Bleirohre befinden, ist von entscheidender Bedeutung, sagte Maurice Sampson, Direktor für Ost-Pennsylvania bei der landesweiten gemeinnützigen Organisation Clean Water Action – die sich für eine Bestandspflicht einsetzte.

„Wir müssen wissen, wo [der Vorsprung] ist“, sagte Sampson. „Dann können wir einen echten Plan entwickeln, um sie loszuwerden. Wir können uns auch wirklich darauf konzentrieren, wo das Hauptanliegen liegt.“

In Philadelphia weisen nicht-hispanische schwarze Kinder und Kinder, die in Gebieten im Norden und Westen Philadelphias leben, die höchste Rate an erhöhten Bleiwerten im Blut auf. Kinder können Blei auch durch Farbe und Erde ausgesetzt sein.

Seit den 1990er-Jahren behandelt Philadelphia sein Wasser mit einer Chemikalie, die die Innenseite von Rohren beschichtet, um das Eindringen von Blei zu verhindern. Letztes Jahr testete der Energieversorger das Wasser aus den Wasserhähnen in rund 100 Haushalten mit bekanntermaßen bleihaltigen Versorgungsleitungen – und stellte fest: Der Bleigehalt entsprach in 97 % dieser Häuser dem EPA-Standard.

Wenn Rohre aufgrund von Bauarbeiten in der Nähe geschüttelt oder angestoßen werden, kann mehr Blei als üblich ins Wasser gelangen. Auf die Frage, ob das Drexel-Experiment einen ähnlichen Effekt haben könnte, sagte Bartoli, dass die Wasserversorgungsunternehmen dies überwachen, er erwarte jedoch kein Problem, da die Vibrationen „sehr gering“ seien.

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Sampson sagt, dass eine Korrosionsschutzbehandlung funktioniert, aber er sieht darin nur eine vorübergehende Lösung.

Katastrophen wie die Bleikrise in Flint, Michigan – wo Beamte nach dem Wechsel der Wasserquellen im Jahr 2014 keine Korrosionsschutzbehandlung durchgeführt haben – zeigen, dass das Risiko besteht, dass etwas schief gehen kann, solange Rohre aus Blei bestehen.

„Wenn Sie sicher sein wollen, dass Sie nicht vergiftet werden, dann wollen Sie sicherstellen, dass sich nichts in der Leitung befindet, das Sie vergiften könnte“, sagte Sampson.

Wenn Sie befürchten, dass Sie Bleirohre haben könnten, können Sie das Philadelphia Water Department bitten, Ihr Wasser kostenlos zu testen. Sie können Ihre eigene Serviceleitung auch dort testen, wo sie mit nur einer Münze und einem Magneten in Ihr Zuhause gelangt.

„Wir befinden uns in einer alten Stadt, und das bringt Herausforderungen mit sich“, sagte Jerome Shabazz, Geschäftsführer des Overbrook Environmental Education Center. „Vorsicht kann viel bewirken.“

Shabazz empfiehlt außerdem Bleitests von 3M für zu Hause, die seiner Meinung nach auf Rohren oder lackierten Oberflächen angewendet werden können.

Wenn Sie feststellen, dass Sie über Bleirohre verfügen, versuchen Sie, kein in den Rohren befindliches Wasser zu verwenden.

„Je mehr es sitzt, desto größer ist die Kontamination“, sagte Shabazz.

Die Wasserbehörde empfiehlt, Ihr Wasser vor der Verwendung 3 bis 5 Minuten lang laufen zu lassen, wenn Sie das Wasser in Ihrem Haus mindestens 6 Stunden lang nicht verwendet haben. Sie können auch eine Toilette spülen, duschen oder eine Waschmaschine laufen lassen, um Ihre Rohre zu spülen. Kochendes Wasser entfernt Blei nicht – es kann es sogar konzentrieren.

Die Wasserbehörde ersetzt die Versorgungsleitungen kostenlos mit Zustimmung der Hausbesitzer, wenn die Wasserleitung im Block ausgetauscht wird.

Berechtigte Hausbesitzer in Philly können außerdem zinslose Darlehen mit einer Rückzahlungsfrist von über 60 Monaten erhalten, um führende Versorgungsleitungen zu ersetzen.

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