刘刚:无氯之忧,有氯之虑

发布时间:2020-11-08 阅读:20次




席卷全球的新冠疫情,使生物安全受到全社会的广泛关注。一百多年以来,氯消毒在控制介水疾病传播方面做出了杰出贡献,然而加氯消毒的局限及其相关的水质风险,应引起人们足够的重视。在2020(第二届)中国城市水环境与水生态发展大会“热点研讨”环节,中国科学院生态环境研究中心刘刚研究员发表了《无氯之忧,有氯之虑》的TED演讲,系统介绍了人类认识病原微生物的历史,分享了饮用水生物安全与氯消毒、河岸过滤与无氯生物安全控制策略等方面的进展,展望了不加氯供水系统生物安全保障的前景。


整理:林钰涓       责任编辑:黄辉


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01

饮用水生物安全与氯消毒

刘刚研究员介绍道,早在1918年,哈佛大学的学者针对微生物通过飞沫传播的研究,已发现正常说话的时候,微生物通过飞沫可以传播约1.2米,当时科学家就给出了需佩戴口罩进行防护的建议。历史上,因饮用被病原微生物污染的水而导致的介水传染病事件也时有发生,比如1854伦敦暴发的霍乱疫情,当时John Snow通过绘制“死亡地图”,发现霍乱起源于一口污染的水井;1866年再次爆发疫情时,也是由于伦敦东部供水厂受到污染所致



水是生命之源,而受到污染的水,尤其是受到病源微生物污染的水恰恰是死亡之源。因为可以在水中存活、传播,介水病源微生物可以通过地表、地下水系以及现代化的城市管网系统进入千家万户。1854年伦敦爆发的霍乱疫情,John Snow在发现霍乱的起源并提出有效的控制措施时,仍不知道霍乱的确切起因是什么。直到1883年,Robert Koch在霍乱病人及病人的粪便中发现了霍乱弧菌,才揭开霍乱是由霍乱弧菌引起,并通过粪口途径传播。因此,提升卫生环境、控制传播途径至关重要。历史上粪便污染对于中国所造成的影响和危害远远没有欧洲严重,因为我们的农耕文明,一直将粪便作为高品质肥料专门收集和贩卖,既在无形之中避免了粪便造成的水环境污染,保障了生物安全,同时应该也是资源循环利用与绿色发展的雏形。


1862年,Louis Pasteur发明了通过加热灭活微生物的巴氏消毒法,至今仍在世界范围内广泛应用。1898年,病毒学研究的奠基人,荷兰微生物学家Martinus Beijerinck发现了烟草花叶病毒。自1940年人类肠道病毒被检测发现,到目前为止已经有140多种,而且这个目录仍在不断增加。细菌和病毒的病原体是生物安全的主要威胁,不仅威胁到人类的健康,同时威胁到动物和植物。



刘刚研究员介绍到,微生物广泛存在于水、饮料、空气、皮肤、口腔、肠道中。在数量上,介水病原体在极低数量时即可造成人体感染(如:10-103病毒颗粒),加氯和不加氯的饮用水中分别有~104和106数量级的细胞数,矿泉水中微生物的细胞数~104-105数量级(荷兰矿泉水的研究结果)。因此,威胁水环境生物安全的不是微生物数量的多寡,而是病原微生物存在与否。若不存在病源微生物,从人体的新陈代谢到水的循环净化都需要微生物的参与和贡献。


在介水传播疾病方面,1993年在美国爆发最大规模的水源性疾病,是由于公众饮用了被病原微生物污染的水(隐孢子虫),而导致了40多万人受到感染。此外,在西班牙、意大利、德国、丹麦等国家,由于食用受病毒污染的果蔬所造成的病毒感染事件也屡见不鲜。




1910年,美国第38届公共健康协会年会上,George A. Johnson回顾了饮用水中加氯消毒的情况,他提到早在1888年,氯效率的效果已得到了认可,但是直到20年以后,氯消毒才被供水厂大规模的使用。氯消毒被推广使用以后,有效地控制了介水传播疾病,拯救了无数生命。其后,基于过滤和消毒的供水系统被美国工程院评为20世纪最伟大的工程技术成就之一。



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02

河岸过滤与生物安全控制



(1)河岸过滤工艺

革命性的投加氯消毒,为保障饮用水生物安全做出了杰出的贡献,如今曾经挑战传统的创新,已经固化为新的传统。自上世纪70年代起,饮用水加氯消毒的弊端就被反复地提及,例如氯消毒无法灭活微生物,生成复杂多样的消毒副产物等。刘刚研究员引用鲁迅《狂人日记》中的“从来如此,便对么?”,在大会现场深情发问:“从来人们知道的都是向水中加氯消毒,就一定要加氯消毒吗?”

2016年美国工程院Joan Rose院士在Science的Perspective文章中提出,如果清洁水源、高效净化和无损输配三个环节都做到极致,龙头水就可以不需要氯等任何消毒剂余量。在她提出的工艺中,倡议将地表水转到地下,通过含水层天然净化补给至取水井中。当含水层中停留时间超过120天时,可实现对病原微生物的完全去除/灭活。



(2)基于河岸过滤的生物安全控制

刘刚研究员介绍到,30米的河岸可实现对水体中病原微生物8个对数级的去除(99.999999%)。在荷兰建成的基于河岸过滤的一步反渗透净水工艺,不仅实现了无药剂去除病原微生物,同时实现了超短流程的水质净化,其中病原微生物的去除效率达15个对数级。以诺如病毒为例,在污水厂出水口的诺如病毒大约在103~104数量级,当污水排入地表水;由于自净和稀释作用,病毒的浓度降至10-103数量级;经河岸过滤后,诺如病毒被完全去除。此外,另一项针对反渗透膜工艺控制军团菌生长的研究显示,反渗透膜极大效率地去除水中AOC后,即使向出水中人工添加军团菌,其生长繁殖也得到有效控制。由此可见,基于河岸过滤的自然、高效净化技术可实现无氯供水系统的生物安全保障。




刘刚研究员最后总结道,氯消毒在历史上做出了杰出的贡献,然而在氯消毒的弊端被反复提及的今天,我们应该有勇气去挑战传统的认知,并且有条件,也有能力将清洁水源、高效净化、无损传输等环节做到极致,保障不加氯供水系统的生物安全,实现“无氯亦无忧”。








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