你希望喝到什么样的自来水?

摘要

为了防止微生物的繁殖及清除来自其他各种来源的病原体,包括美国在内的一些国家都要求在自来水中留有一定的消毒剂残余。但是,消毒剂残余却有可能在消毒过程中产生有潜在致癌可能的副产物,同时还可能带来腐蚀问题,而且人们也不喜欢水里的消毒剂残余的气味。一些欧洲国家的实践表明,如果能够做到其他正确的防护措施,那么不必在自来水中保留消毒剂残余。

安全的饮用水中或许并不需要消毒剂残余

(图片来源:http://sonomasun.com/2016/03/18/sonoma-valley-tap-water-excellent-quality/)

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前段时间美国密歇根州的弗林特市发生的自来水铅污染造成了一场严重的公共健康事件,也沉重打击了人们对于自来水的安全期望[1]。在重金属和其他有害物质污染之外,微生物污染也是公众的重点关注之一。为了防止微生物的繁殖及清除来自其他各种来源的病原体,包括美国在内的一些国家都要求在自来水中留有一定的消毒剂残余。

但是,消毒剂残余却有可能在消毒过程中产生有潜在致癌可能的副产物,同时还可能带来腐蚀问题,而且人们也不喜欢水里的消毒剂残余的气味[2]。一些欧洲国家的实践表明,如果能够做到其他正确的防护措施,那么不必在自来水中保留消毒剂残余。

上世纪初期,工业化国家对于包括伤寒杆菌和霍乱弧菌在内的可以通过饮水系统传播的病菌进行了控制,极大降低了水传疾病的发病率。过滤和加氯消毒显著降低了美国人的死亡率。但是1974年,人们发现加氯消毒的饮用水中,氯气会和自然界的有机物反应生成氯仿,而这是一种可能的致癌物。这一发现带来了对于微生物危险和有害物质暴露的取舍,以及在饮用水供给系统中消毒剂的整体有效性的争论[3,4]。此外,在较老的水管系统中,消毒剂还会造成管道中的铅析出从而带来污染[5]。

在一些欧洲国家(包括荷兰、瑞士、奥地利和德国),只要前期有足够的水源保护、水处理和在管道输送系统中对于致病菌和污染物的防控,那么最终进入居民家中的饮用水是可以不含有消毒剂残余的。如果这些环节中有缺失或是做得不到位,那么就会向管路系统中添加消毒剂以保持消毒剂残余从而获得一个安全边际。

在美国,未受保护的地表水常常被用作水源。水处理方式包括絮凝、沉淀、过滤以及特定时段的各种消毒,然后输送到居民家中,水中留有的化学消毒剂残余(氯气、二氧化氯或氯胺)是防止水污染的最后一道屏障。

对于水中是否需要留有消毒剂残余的选择基于几方面的平衡,即微生物污染的风险、消毒副产品危害以及水中氯气的气味和对口感的影响。在西欧国家,在输送系统中不加消毒剂残余确实可以减少消毒剂产生的副产品,但是这是否造成了疾病事件的上升?在美国,保持消毒剂残余对于防止疾病爆发的效果又如何?还有,对于改造易造成污染的陈旧管道需要有多大的投资?比如密歇根的弗林特水污染事件?仅就弗林特一地而言,改造所需资金预计就达上千万美元到15亿美元,而美国还有很多其他地方有着和弗林特同样的问题。

并没有多少直接证据能够证明水中的消毒剂残余曾经阻止过和饮用水相关的疾病爆发(包括与气溶胶有关的军团菌的病例)。一项关于荷兰、英国和美国的水传播疾病爆发数据比较显示,荷兰的水传播疾病风险非常低。就这三个国家来说,在过去几年间,每1000人的水传播疾病发病人数分别为0.59, 2.03和2.79 [6, 7]。看起来水管中的消毒剂残余并不能保证水传播疾病的低爆发率。但是,美国最近的水传播疾病大多数都是由于未经氯气消毒且间歇性使用的小型地表水系统引起的[6]。

多重屏障保证饮用水安全。经土壤和/或砂砾石过滤可以使水源免受微生物污染。控制良好的水处理过程包括颗粒去除、消毒、生物过滤和清除自然界的有机物。然后自来水可以在不用添加消毒剂残余的情况下直接输送至居民家庭,前提是还要有对水管泄露和修理的能力。

多重屏障保证饮用水安全。经土壤和/或砂砾石过滤可以使水源免受微生物污染。控制良好的水处理过程包括颗粒去除、消毒、生物过滤和清除自然界的有机物。然后自来水可以在不用添加消毒剂残余的情况下直接输送至居民家庭,前提是还要有对水管泄露和修理的能力。

关于水中消毒剂残余的辩论中的另外一个焦点是基础设施的鲁棒性(译者注:鲁棒性即robustness的音译,指系统的健壮性,也即其在异常和危险情况下维持某些性能的特性)与污染事件之间的关联。在荷兰,从1970年代开始,至少有一半的自来水管道已经更换过,因此其管网的平均已使用时间是33至37年[8]。在美国,虽然有地区差异,但是据估计有22%的管道年龄已经超过50年,而管道的平均使用寿命是47年,只有43%的在用管道状况是“好”或者“良好”[9]。在英国,库存的管道中有60%没有生产日期记录,而据估计管道的平均寿命是75-80年[10]。英国要求在自来水中留有消毒剂残余[11]。

泄露量是衡量自来水管网易损性的指标之一。在荷兰是低至6%,,英国是25%,美国是16% [8, 12, 13]。一般情况下,美国的自来水管网中水的滞留时间较长,这有可能造成微生物的再生长和消毒副产品的形成。在管网中保持一个适当的压力有助于形成屏障阻断污染,但是如果水压过高,哪怕是瞬时压力过高,都可能造成水管爆裂。实际上,美国现在的饮用水系统基础设施急需资金投入,包括置换含铅的管道和很多人家庭中使用的含铅水管接头。

需要注意的是,饮用水的价格在欧洲和美国是不一样的。在一些西欧国家,其水价要比美国高2至3倍[14]。在计算自来水管网的整体性和确保微生物安全性而所需的投资时很显然还需要考虑到饮用水价格的影响。

要了解自来水管网系统的长期性能,还需要从各种途径获得在制造饮用水时所使用的其他一些对比数据,比如水质、疾病爆发以及管网事故等。水管中的微生物菌群以及微生物安全水的定义都需要进一步加以研究。

此外,不断改进的监控系统和新兴的传感技术可以为自来水管网提供预警,有助于确定何时修理和保护这大量的管道资产。在绿色水利基础设施建设中包括了水循环系统、雨水收集系统和太阳能水加热系统,有必要建立多重屏障,预防条件致病菌,类如军团杆菌这种在建设有绿色水利设施和水滞留时间较长的房屋中常见的病菌[15]。但截至目前欧洲的证据表明,只要有多重屏障发挥作用,无需消毒剂残余也可以提供安全的饮用水。

 

参考文献:

[1] M. Hanna-Attisha, J. LaChance, R. C. Sadler, A. Champney Schnepp, Am. J. Public Health 106, 283 (2015).

[2] E. D. Mackey et al., Public perception of tap water chlorinous flavor (Water Research Foundation, Denver, CO, 2005).

[3]G. J. Medema, P. W. M. H. Smeets, E. J. M. Blokker, J. H. M. van Lieverloo, in Microbial Growth in Drinking-Water Supplies: Problems, Causes, Control and Research Needs, D. van der Kooij, P. van der Wielen, Eds., (IWA Publishing, London, 2014), pp. 95–125.

[4] D. L. Sedlak, U. von Gunten, Science 331, 42 (2011).

[5] M. Edwards, S. Triantafyllidou, D. Best, Environ. Sci. Technol. 43, 1618 (2009).

[6]K. D. Beer et al., Morb. Mortal. Wkly. Rep. 64, 842 (2015).

[7]B. Guzman-Herrador et al., Eurosurveillance 20, 21160 (2015).

[8] Vewin, Dutch water sector, 2015; www.vewin.nl/english/dutch-water-sector.

[9] S. Folkman, Water main break rates in the USA and Canada: A comprehensive study (Utah State University, Logan, UT, April 2012); see www.neng.usu.edu/mae/faculty/stevef/UtahStateWaterBreakRatesLR.pdf.

[10] UKWIR. National sewer and water mains failure database, Issue 1.2, Project Report 08/RG/05/26, UK Water Industry Research, 2011.

[11] DWI, The Water Supply Regulations, Statutory Instrument 2010 No. 991.

[12] D. Carrington, Most water companies not required to cut leaks before 2015 despite drought, The Guardian, 7 May 2012; www.theguardian.com/environment/2012/may/07/water-companies-cut-leaks-2015-drought.

[13] USEPA. Water audits and water loss control for public water systems, Report 816-F-13-002 (2013).

[14] N. Hrovatin, S. J. Bailey, Utilities Policy 10, 13 (2001).

[15]W. J. Rhoads, A. Pruden, M. A. Edwards, Environ. Sci.: Water Research & Technology 2, 164 (2016).

 

作者:Fernando Rosario-Ortiz, Joan Rose, Vanessa Speight, Urs von Gunten, Jerald Schnoor

翻译:心止即岸

来源:《科学》杂志2016年第351卷第912-914页

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