水道からきれいな水をどうやって取り出すのでしょうか？

May 27, 2023

左から鉛管、腐食した鋼管、オルトリン酸保護処理した鉛管。 鉛管は健康上の問題を引き起こし、水道料金を押し上げます。 写真提供：環境保護局。

編集者注: 土木技師で元州上院議員のアン・ジョンソン・スチュワートは、インフラ問題について改革者向けに不定期のコラムを連載しています。

最近コスタリカへの旅行から戻りました。 私たちのホストは、水道水は「おそらく安全」に飲めるとアドバイスしてくれました。 私はそうしないことにしました。 残念なことに、それはここ本国にいる多くの米国国民にとって馴染みのある経験です。 ミネソタに住んでいる人たちにとっても。

一般に、ミネソタ州の飲料水は安全ですが、全米の飲料水の量と質の両方に関する絶え間ないニュースを無視することはできません。

ミシシッピ州ジャクソン、ミシガン州フリント、フィラデルフィアの安全問題は、問題がいかに現実的であるかを示しています。

そしてそれは質だけではなく、量も重要です。 水の供給はビジネスと経済成長に影響を及ぼし、製造に必要な水と飲料水に必要な水が直接競合するため、どちらかを選択するのは簡単ではありません。 私たちはマイクロチップや半導体を地元で生産したいと考えていますが、そのプロセスには膨大な量の水が必要です。

コロラド川は約 4,000 万人に水を供給していますが、徐々に干上がっています。 アリゾナ州はサンベルト地域では考えられないことを行った：水不足のためフェニックス周辺の成長が抑制された。 さらに、コロラド川沿いの州は、パウエル湖とミード湖が水力発電できなくなるほど水位が低下するのを防ぐことを期待して、コロラド川の水供給の大部分を川に残すことに同意したところだ。 その水はエネルギー生産に非常に必要だが、この協定では水の使用を控える農家やその他の人々に支払うのに10億ドル以上の費用がかかり、これは我が国の主要農業地域の一部で種まきがされず、潜在的に雇用が失われることを意味する。

ダコタ郡から西部の州に飲料水をパイプで送るという（失敗した）提案を覚えていますか？ 安全で豊富な飲料水の価値が高まるにつれて、それが一般的な要求、あるいは要求になることに備えてください。

ここでは水は私たちの周りに溢れているかもしれませんが、それでも貴重なものです。 私たちの飲料水のほとんどは地下の帯水層（または水を保持する岩の層）から来ており、一部は川や湖から来ています。 大都市圏では、当社の水は各都市から地元で調達されています（いくつかの都市では水源を共有しています。地元の水紛争もニュースになっています。）

飲料水の普及は現代生活における大きな技術進歩の 1 つですが、それは複雑であり、大量の資源を必要とします。 ここでは、水が地面から蛇口までどのように到達するかを簡単に説明します。

通常、水処理は単純な化学を使用して行われます。 化学の授業を受講したことがあるなら、おそらく周期表を覚えているでしょう。 その上の各要素は正または負の電荷を持っています。 したがって、特定の元素 (鉄など) を除去する必要がある場合は、その元素と反応する化学物質 (酸素やカルシウムなど) を追加します。 その元素は汚れや水中の溶解粒子と結合し、「フロック」と呼ばれるより大きな粒子を形成します。 通常、必要な処理はこれだけです。フロックは水より重いため、タンクの底に落ちます。 きれいな水が上部から流れ出し、フロックが底部（除去できる場所）に溜まるようにタンクを設計します。

きれいな水が流出した後、砂と木炭で作られたフィルターを通過します。 これにより、より多くの凝集が生じ、ほこり、寄生虫、細菌、ウイルスなどの溶解粒子がより多く除去されます。

水処理工場 (ダルースのすぐ北にある浄水場をお勧めします。見学が可能です) を訪れると、これらのフィルターがどのように機能するか、またフィルターにきれいな水を逆流して集められた水を強制的に排出することでフィルターがどのように洗浄されるかを学ぶことができます。材料。 その後、水は塩素で消毒され、残っている寄生虫、細菌、ウイルス、細菌が死滅します。 一部の都市では虫歯を防ぐためにフッ化物を添加しています。

化学の授業でもう 1 つ: pH を覚えていますか? これは、何かがどの程度塩基性か酸性かを示す尺度です。 化学物質（塩など）を加えて水の pH を調整し、（家庭で行うのと同じように）「硬く」または「柔らかく」することができます。 pH は水の腐食性に影響を与えるため、パイプの状態に影響を与える可能性があります。

古い水道管の多くは鉛でできており、予防策を講じないと、鉛が水道管に浸出する可能性があります。 鉛は、特に子供にとって危険な神経毒です。 最も効果的な解決策は鉛管を完全に交換することですが（インフラ投資・雇用法のおかげで、そのための資金が得られました）、水道事業体は通常、水道管の間に保護膜を作るために水道に何らかの形のリン酸塩を添加します。鉛管とその中を流れる水。

これは、そうでない場合を除いてうまく機能します。フリントの水問題は、悲劇的な例です。 市は水源を、これまで使用していたものよりもかなり多くの塩化物を含む水源に変更した。 水とパイプの間に保護膜を形成するために必要なリン酸塩を添加しなかったため、腐食が発生し、水中に高濃度の鉛が含まれた。

前述したように、水処理における化学は単純かつ重要です。

鉛パイプについて話している間、鉛パイプを交換するのはそれほど簡単ではありません。 たとえば、セントポール市は（他の多くの都市と同様に）、システム全体に水を供給するパイプである鉛製の水道本管を数マイルにわたって取り替える作業を進めている。 これは素晴らしいことであり、飲料水供給の安全性を向上させるのに大いに役立ちます。 ただし、都市は通常、住宅のサービスバルブ (縁石の後ろにあるため「縁石止め」と呼ばれることが多い) への配管の保守のみを担当します。 引込線はカーブストップとメーターの間のパイプで、多くの古い住宅 (1986 年より前に建てられた) には鉛引込線と配管の両方が含まれており、住宅所有者の責任でこれらを交換する必要があります。 そのためには壁を取り壊し、給水管を交換する必要があります。 どちらも非常にコストがかかり、破壊的な操作です。

セントポールは、インフラ投資・雇用法に基づく連邦資金を活用して、2万6000軒の住宅所有者がメーターから自宅までのパイプを交換するのを支援しているが、多くの住宅では依然として内部の配管やはんだ付けに鉛が使われている。 他の都市でも同様のプログラムがあり、議会は今年、賢明にもより多くの予算をこの取り組みに割り当てました。

多くの小さな町が飲料水システムの改善や維持に資金を提供できる唯一の方法は債券です。 ミネトンカでは、水道代は月約 40 ドルです。 それはどこでも当てはまるわけではありません。小さな町には依然として流通システムが必要ですが、人口の減少に伴い、そのシステムにお金を払う住民も失われます。

たとえば、レッド・レイク・フォールズのような小さな町が老朽化した給水塔の交換資金を調達する場合、住民一人当たり数千ドルの評価を受けることになる。 レッド レイク フォールズの住民は、飲料水に私の 5 倍のお金を払っています (いいえ、それはタイプミスではありません)。

また、小さな町には、独自にプロジェクトに資金を提供するための固定資産税の基礎がありません。 今議会だけでも、ミネソタ州の60以上のコミュニティが上院資本投資委員会に飲料水処理プロジェクトだけで総額5億ドル以上の資金要請を提出した。 リストは長く、ミネソタ州の隅々まで（ただしほとんどが田舎）を表しています。

安全な飲料水は重要であり、ミネソタ州でも期待されるべきです。 私たちはシステムを維持しなければなりません。 ミシシッピ州ジャクソンの壊れた水道本管の1本からは、毎日500万ガロンの水が吐き出されている。 そのため、ジャクソン市（水質が悪いため、住民は何ヶ月もボトル入りの水を飲み続けた）では、水道本管の故障により、毎日5万人分の水が文字通り下水に流れ出ている。

さらに悪いことに、この亀裂は 2016 年以来修復されず、バイデン政権が救助に来るまで、市には修復するリソースがありませんでした。

ここではそんなことが起こらないようにしましょう。

ミネソタ州改革者アン・ジョンソン・スチュワート著、2023年6月7日

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アン・ジョンソン・スチュワートは土木技術者、中小企業経営者、元ミネソタ州上院議員です。 ジョンソン・スチュワートは、ウィスコンシン大学プラットビル校で環境および土木工学の学士号を取得し、ミネソタ大学で土木工学の修士号を取得しました。 HNTB と Braun Intertec での勤務を経て、彼女は独自の建設検査および材料試験事業であるプロフェッショナル エンジニアリング サービスを立ち上げ、30 人以上を雇用するまでに成長させました。 彼女は事業を売却しましたが、土木技師として働き続け、ミネソタ大学でコースを教えています。