安全饮水是公共卫生的基石,然而水基建老化也威脅了数百万人的基本資源。 在美國和全球,上個世紀內建設的管道、處理廠和配送網絡已到了使用寿命的末日。 結果是污染、服務中断和消费者失去信任的危機在不断升级。 应对這些挑戰不仅需要大量金融投資,还需要一個综合的、多面的、整合現代科技、嚴格監控和积极主动的社区参与的全方位方法。 這篇文章研究了老舊基建所產生的主要水质风险,探究了根源,并勾勒出了确保后代水清洁可靠的最有效策略。

問題的大小:為什麼老化的基礎會威脅水質

使用基本设施是指數十年前建造的水系統的物理恶化,有時超過一個世紀。 光是美國,美國土木工程師協會(ASCE)就給國家的饮用水基本设施以C級,引用每年約30萬次主水破裂,每天损失的經处理水量約60億加仑。 許多分配管道都是用現代已知的、有危險的原料制造的,如铅、激发的鋼材和未線的铸鐵。 20世纪初設計的处理工厂往往缺乏能力,不能處理現代污染物,如PFAS、藥物和有害藻类的生產毒素。 物理衰竭和管制漏洞的结合,造成了完美的水質故障。 根据 环保局, 今后20年中维护和提升國家水系統的總成本將超过4 730億美元。

人們付出了巨大的代价。 密歇根州弗林特、紐瓦克、新澤西和密西西比州杰克遜等城市的族群遭遇了長期的危机,其中涉及铅污染、细菌暴發以及系統故障,而這些事件不成比例地影響了低收入和少數人口。 这些事件凸显出,在老化的基础设施中解决水质问题不只是一個技術或金融問題 — — 問題是環境公正和公共信任。 随着管道腐蚀和治療能力下降,保護消費者的安全網也因此被削弱,因此,预防性的介入至关重要。

与老化系統相關的污染和 健康影響

水中含有一系列化學、生物和物理污染物。

铅和铜腐蚀

铅線(LSL)仍然是古老水系最臭名昭著的遺產。 1986年前,铅被广泛用于水管和銷售器。水化學(pH、碱性、氯位)的變化造成的腐蚀可以浸入自來水。铅接触对儿童來說尤其危險,造成不可逆的认知和發展損害。管道中也使用的銅可以高水平浸出,导致胃肠困難、肝臟和肾臟問題。 2021年完成的环保局的铅和銅規則修订案要求公用事业清點服務線材料、更换引線、更频繁的采样。 然而,查明所有引線都是大規模。 許多城市仍然沒有完整的清點,而重置成本很高 — 通常是5,000至15,000美元,由公用事业和房屋所有者分拆。

微生物威胁:生物膜和病原体

古老的管道,尤其是用鐵或未線水泥做的管道,提供了粗糙的表面,可以掩藏生物膜——保护细菌和其他病原体的复杂的微生物群落。這些生物膜可以包含Legionella[(Legonnaires病因)、非结核菌菌菌Pseudomonas[。 在消毒残留物减少的系統中(在水龄很長的老化的网络中很常见),這些生物體可以成倍增,引起疾病暴發。 低流量和死路管的停滞使問題进一步恶化。 醫院和長期的护理设施常常因舊建筑的管系統複雜而爆发。

副产品(DBP)

氯和氯胺是最常见的消毒剂,它与天然有机物在水中反应,形成三卤甲烷和乙酸。长期暴露于高水平的二溴乙烷与癌症风险和生殖问题增加有關。老化的治疗工厂可能没有足够的程序(例如增强凝固、活化碳)在消毒前去除有机前体。 此外,随着水流经过老管,消毒剂腐爛,二溴乙烷得以在分配系统中积累。

新兴污染物:PFAS和微塑料

水中日益被發現的是,在饮用水供应中,使用全氟烷基物质(PFAS)——“永不化學”的消费產品和工業工序中,使用全氟烷基物(PFAS)——的環境日益受到注意,很多老舊的處理系統都未設計去除它們。PFAS在水中具有流动性,抗於常规生物治療,而且與肾癌、甲状腺病和免疫系統抑制相關。同样,微塑性在源水中很普遍,而老管材料可能流出塑料粒子。微塑性物的健康影响仍在研究之中,但受人关注的卻在增加。EPA和POS的污染程度也越来越大,这将迫使很多公用设施安裝颗粒活性碳或反向渗透系統。

管理和金融改革

衰老的基础设施的挑戰因管理上的复杂性和資金缺口而更加複雜。 《安全饮水法》规定了可執行的標準,但很多小體體缺乏遵守的技术和資金能力。 2021年的《基础设施投資和就业法》提供了150億美元的主要服務線替代,117億美元一般的饮用水國家循环基金(DWSRF)拨款,90億美元用于PFAS的補償。尽管歷史上,這仍然不能满足全部需求。 此外,由于诉讼、環境審查和政治因素,管理時間往往會延长。 如今,许多国家都要求制定资产管理规划,以資產的風險和条件為主。 然而,很多老的公用事业仍然以反應性的“破產”模式运作,而不是提前更新。

缓解和基础结构振兴战略

需要一個包括工程、政策、社區參與和技術採用的综合多管齐下的策略。

加快取代領導服務線

完全移除LSL是铅污染的唯一永久解决方案。 环保局修改的铅和銅规则要求所有公共水系在2024年10月前建立服務線清點,并在10年內取代引線。 成功的方案,如Newark,利用了聯邦和州基金、社区通知和免費水滤波器等混合方式,在重置工作時保護居民。 成功的关键是精确地映射 — — 公用事业必须使用歷史紀錄、实地檢查,甚至机器學習模型,來預測記錄不全的引線位置。

腐蚀控制优化

對於不能立即取代所有引水管的系統,优化水化學至关重要。 調整pH值和碱性、增加正磷酸酯作为腐蚀抑制剂、确保适当的消毒残留物可以大大降低浸漏。 這種方法需要全分配系統的水质參數的監控, 因為化學可以隨流、溫度和源水条件而變化。 新的感應技術可以讓实时的腐蚀監控,讓公用设施能迅速調整處理。

高级治療技術

利用現代工艺提升处理厂对于消除新出现的污染物和二氯二苯至关重要。

  • 角活化碳(GAC): 高度有效,用于PFAS,口味和味物化合物和有机前体.
  • ion Exchange(IX): 有针对性地去除PFAS,硝酸盐和重金屬.
  • 膜过滤[(超滤、纳米滤、逆渗透):极有利于去除病原和减少无机污染物和有机污染物。
  • UV 高级氧化物(UV/AOP): 分解1,4-二氧烷和PFAS等抗逆性化學物,當与过氧化氢结合時。
  • 比法比特: 使用生物活性介质去除有机物,降低DBP的形成潛力.

許多社群都採用多阻礙方法,

资产管理和預估维修

公用设施不僅等待管道斷水或水质故障,

  • 利用漏水測測 音效感應器 智能計表 導引波雷達
  • 水力模型 以辨別低流量 停滞 和高水年期 水质恶化的地方
  • 重置重置的風險為重置重置,
  • 實施一個积极主动的沖洗程式,去除沉淀物和生物膜.

許多公用電廠目前都使用人工智能來預測水的主要故障,

社区参与和教育

公用设施必須清楚告知風險、所採取的行動和預期。

  • 透明地公布水质測試結果(例如,通过在线儀表板)。
  • 門到門的通知 導航服務線的更换或水煮
  • 向弱势人群提供免费水檢測包和用點滤波器。
  • 建立主要服務線取代資助方案(贷款、赠款),
  • 防止局部污染。

人們的確有許多人對此感到好奇,

案例研究:从现实世界替代方案吸取的经验教训

新澤西州纽瓦克提供了警示故事和模式。 在2016年面临領導危機后,城市在三年內取代了18000多條領導服務線 — — 需要大规模协调、公共外联和使用最先进的地圖。 重要經驗包括积极的公開通知、提供水滤波器以及集中化方案的重要性,讓房主輕易地選擇。 紐瓦克也利用了州、DWSRF和美国救援计划的資金。 结果,城市水的領導量大大低于环保局的行動水平。

另一個例子是威斯康辛州麥迪遜,10年前,他開始自愿地取代領導服務線,在街頭改造中,用「一次」政策清除了近100%的線索。麥迪遜也提供低息贷款,供私人代工。 這些积极主动的努力避免了危機,建立了長期的社区信任。 美國的私人和私人合作也因此成功。

在處理方面,新罕布什爾州波特斯茅斯安装了第一套全體UV先进氧化系統之一,用于PFAS清除,作為其他受到消防泡沫和工業源污染的公用设施的一個概念的證明。 系統使用UV光與过氧化物相结合來分解PFAS分子,使除去率達到99%以上。

前进之路:政策、投資和創新

任何一個解決方案都無法解決水基础设施老化的全國挑戰。 成功取决于各级政府、公用事业和公眾的持续承諾。

  • 聯邦與州政府繼續提供資助,
  • 更強化的規定驅動程式, 如可執行的 PFAS MCL 以及更快速的導線取代期限。
  • 增加對缺乏內部專業能力的小型和乡村系統的技術援助。
  • 整合水质监测入智能水网系統,实时查測污染事件.
  • 研究新的管道材料和康复方法(例如管道衬里、在原地治愈的管道),在不全面挖掘的情况下可以延长資產寿命。

以「世界衛生組織饮水品質指標」為全球標準。 校對:Soup

結論: 保護我們最重要的資源

古老的基础设施是現代史上最嚴重和最複雜的水质威脅之一。從铅和细菌到像PFAS等新兴化學,其危害是實在的,而且不成比例地波及到最脆弱的族群。 然而,通过將高壓的替代方案、現代治療技术、积极主动的資產管理以及有意义的社区参与结合起来,公用事业可以恢复和保护水质,在未来几十年內,需要的投資是巨大的 — — 但以公共卫生危機、經濟紊亂和失去信任為衡量的不作为成本要大得多。 每個族群都應能获得安全、清洁的水,而這要從重新致力于供水系统的现代化開始。