密歇根州弗林特市爆發(fā)水災(zāi)后的六年，仍然是美國最引人注目的緊急事件之一。

弗林特供水系統(tǒng)的鐵和鉛腐蝕嚴(yán)重，加上鉛釋放，引起了“紅水”投訴，氯消毒劑的迅速流失和軍團(tuán)病爆發(fā)，導(dǎo)致12人死亡。到目前為止，各州和聯(lián)邦機(jī)構(gòu)已支付了4.5億美元的援助。8月，密歇根州通過民事訴訟達(dá)成了和解，預(yù)計(jì)將向受害者支付約6億美元，其中許多是兒童。

弗吉尼亞大學(xué)材料科學(xué)與工程系教授查爾斯·亨德森(John H. Scully)說：“火石的故事是一個(gè)警告性的故事，它預(yù)示著人們對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的低預(yù)期，太少太遲，沒有反應(yīng)，并且不受科學(xué)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的行動(dòng)。” 。Scully還擔(dān)任《 CORROSION Journal》首席技術(shù)編輯。

Scully和Raymond J. Santucci 在9月8日發(fā)表于《美國國家科學(xué)院院刊》上的論文中，獲得博士學(xué)位。來自UVA的材料科學(xué)與工程系的研究人員將在2019年解決尚未解決的科學(xué)問題，這些問題可以幫助避免未來的鉛中毒災(zāi)難。降解鉛管引起的鉛中毒是普遍的威脅，將來很可能會(huì)發(fā)生事故。

斯卡利說：“這需要一個(gè)嶄新的視角，以避免只看后視鏡，而不必專注于前方彎道周圍的東西。”

該論文的作者說，通常提出的策略基于稀疏的水質(zhì)測(cè)試，經(jīng)驗(yàn)法則和傳統(tǒng)的緩解策略，而不是嚴(yán)格地挑戰(zhàn)合理的科學(xué)原理，提供了錯(cuò)誤的舒適感。

Scully說：“我們需要更好地理解控制鉛釋放的科學(xué)因素，這首先需要更好的測(cè)試策略和對(duì)一些基本事實(shí)的理解。”

Scully和Santucci認(rèn)為，管理和調(diào)節(jié)公共水系統(tǒng)的人們應(yīng)使用科學(xué)數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)鉛釋放的風(fēng)險(xiǎn)。基于科學(xué)數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估應(yīng)取代目前對(duì)水采樣的依賴，因?yàn)檫@種依賴不夠精確，而且往往為時(shí)已晚，無法預(yù)防災(zāi)難。

鉛腐蝕的預(yù)測(cè)框架將使監(jiān)管機(jī)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施管理人員能夠預(yù)測(cè)問題并管理與不可接受的鉛釋放有關(guān)的水況風(fēng)險(xiǎn)。

Santucci和Scully建議采用更好的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型，以預(yù)測(cè)鉛的釋放和積累。提出的模型可以基于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)(例如水化學(xué)，反應(yīng)速率，水垢形成和阻垢劑腐蝕機(jī)理以及水的停滯和流動(dòng))生成風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

公民科學(xué)家可以幫助應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)收集挑戰(zhàn)。Scully說：“通過手機(jī)測(cè)試套件進(jìn)行快速準(zhǔn)確的測(cè)試，可以提供更多的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。使市民能夠監(jiān)控自己的飲用水的手持式移動(dòng)技術(shù)應(yīng)該已經(jīng)取得了進(jìn)步。”

Santucci和Scully說明了化學(xué)熱力學(xué)如何預(yù)測(cè)鉛管表面上熱力學(xué)穩(wěn)定的鉛基化合物的形成。某些化合物會(huì)形成有利的膜，這些膜可能會(huì)成為阻礙腐蝕的動(dòng)力學(xué)屏障，并起到隔離可溶鉛的作用。

Santucci說：“穩(wěn)定的薄膜顯影取決于某種平衡化學(xué)，這會(huì)對(duì)磷酸鹽處理產(chǎn)生影響。” “添加更多的磷酸鹽，您可以去除更多的可溶性鉛，從而形??成保護(hù)性的磷酸鉛膜。完全去除磷酸鹽，然后您就希望其他鉛化合物(碳酸鹽，-硫酸鹽，-氧化物等)可以去除磷酸鹽。所需的鉛水平”，通常情況并非如此。

在經(jīng)過磷酸鹽處理的水中，會(huì)形成磷酸鉛膜。“根據(jù)我們的數(shù)據(jù)，如果沒有磷酸鹽之類的抑制劑，從熱力學(xué)上講不可能保持在EPA鉛和銅規(guī)則的可接受范圍內(nèi)。但是要形成水垢需要花費(fèi)時(shí)間。我們需要探索新的抑制劑化學(xué)品和表面改變劑可以優(yōu)化管道壁上的防護(hù)垢覆蓋范圍。” Santucci說。

作者還提出了一些全新的想法，以預(yù)測(cè)，監(jiān)控和預(yù)防未來的水危機(jī)。人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)可以幫助確定水和管道狀況與飲用水中鉛含量之間的關(guān)系。Santucci和Scully還提出了一種使用同位素分析來追蹤鉛來源的有前途的策略。他們的論文指出：“這一策略將增強(qiáng)我們對(duì)鉛如何從鉛管和其他不太明顯的來源釋放的認(rèn)識(shí)，而這些來源卻非常缺乏。”

公職人員可能會(huì)爭辯說，無需進(jìn)行科學(xué)研究和建模方面的投資，因?yàn)榛阢U的管道已被更換，盡管這要花費(fèi)房主的費(fèi)用。Scully和Santucci不同意這種觀點(diǎn)。Scully說：“完全更換鉛服務(wù)線是一個(gè)很棒的目標(biāo)，但是要找到所有鉛來源可能很困難。”

在公共供水系統(tǒng)中更換鉛并不僅僅意味著更換鉛管。其他來源包括用于將管道連接在一起的鉛基焊料和通常包含少量鉛的商業(yè)黃銅，以及隨著時(shí)間的推移浸入鋼管腐蝕膜的鉛離子。由于電腐蝕，用其他管道(例如鋼或銅)部分替換鉛管實(shí)際上會(huì)增加鉛的釋放，在該過程中，兩種異種金屬之間的接觸會(huì)導(dǎo)致一種金屬受到保護(hù)，而另一種金屬則加速降解。

Santucci和Scully主張建立一種整體的動(dòng)力學(xué)模型，該模型應(yīng)考慮在許多實(shí)際操作條件下從所有可能來源釋放鉛的速率。

Scully說：“火石水危機(jī)的根本原因可以在材料科學(xué)，表面科學(xué)，水化學(xué)和電化學(xué)的交叉領(lǐng)域找到。” “信息靈通的社會(huì)可以通過改進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，對(duì)影響鉛釋放的因素進(jìn)行預(yù)期和管理來防止將來發(fā)生此類災(zāi)難。我們都應(yīng)在避免未來鉛中毒災(zāi)難中發(fā)揮作用。”