科学家正在仔细研究城市污水，以研究我们的健康状况

每天，美国有超过 300 亿加仑的废水从污水处理厂排出。所有这些粪便、尿液、肥皂水和其他废物可能看起来令人厌恶，但同时也是信息宝库。我们使用的药物、遇到的细菌以及身体分泌的激素最终都会进入下水道。

“污水处理厂是所有物质汇聚的场所，”坦佩亚利桑那州立大学环境工程师兼可持续发展研究员罗尔夫·哈尔登 (Rolf Halden) 说道。“它是一个很好的观察点，可以让我们了解我们对环境和我们自己做了什么。”

这意味着，城市排放的恶臭可以揭示出很多有关居民健康和行为的信息。科学家开始仔细检查污水，以追踪药物滥用、病原体、化学物质暴露和某些疾病的标志物。他们可以在污水进入处理厂时对其进行检测，或者检查处理后留下的污泥，看看哪些物质没有被分解。

这个新兴领域被称为污水流行病学或基于废水的流行病学，它可以为改善公共健康提供一条虽然臭气熏天但有效的途径。

“我把下水道称为未被发现的信息高速公路，”哈尔登说。“它们确实很臭，但我们已经习惯了出于医学目的分析尿液和粪便。这只是把它提升到了一个不同的水平。”

到处都是废水

污水作为信息池具有一些优势。首先，它是匿名的。但它却能从每个人身上捕获一些信息。华盛顿州塔科马市普吉特湾大学的环境分析化学家 Dan Burgard 说：“你几乎可以保证大多数人都会使用下水道系统。”

而且速度很快。为了了解健康状况和药物使用情况，研究人员通常依靠医院或逮捕期间收集的调查和数据。“通常需要很长时间才能获得这些数据，有时甚至长达两三年，”纽约州汉普斯特德霍夫斯特拉大学的环境化学家凯文·比塞利亚 (Kevin Bisceglia) 说。此外，“如果你问某人他们的非法行为，他们不一定会准确地告诉你。”

污水可以更直接、更真实地反映出这座城市的状况。“有时，一个 24 小时的样本就代表了 100 万人或更多人的状况，”哈尔登说。

他和同事们研究了我们排泄物中的化学物质如何渗入环境。2002 年，他们发现抗菌肥皂中的一种成分三氯卡班在废水处理过程中没有被分解。它出现在污水污泥中，污水污泥是处理后留下的固体污泥，有时用于给农作物施肥。“这为化学物质开辟了一条通道……可能被植物吸收，然后直接回到我们的餐桌上，”哈尔登说。

他补充说，一种在治疗过程中不会分解并喜欢聚集在固体中的化学物质令人担忧。“实际上，当我们接触到这种化学物质时，这种化学物质会在我们的体内持续存在，并被隔离在体内脂肪中。”

哈尔登和他的同事发现，三氯卡班和一种类似的化学物质三氯生在全国各地污水处理厂的污泥中持续存在，并污染了明尼苏达州的淡水湖。有证据表明，这些化学物质可能会扰乱人体的荷尔蒙活动。此外，它们在预防疾病方面似乎并不比用普通肥皂和水清洗更有效。

哈尔登和他的同事向多个联邦机构和国会简报小组报告了他们的担忧。2016 年，美国食品药品管理局禁止在非处方抗菌洗剂和肥皂中添加这些化学物质。

“美国每年使用 100 万磅化学物质，但我们不知道洗手后这些化学物质会去往何处，”哈尔登说。“不幸的是，这并不是一个孤立的案例；还有很多化学物质，我们需要更好地了解它们会去往何处。”

污水还能揭示城市中正在滋生的病菌。“当有人生病时，他们会排出大量的细菌或病毒，”哈尔登说。“即使是少数患病者也会在污水中产生信号，我们可以测量出来。”这些病原体可以作为疫情即将爆发的早期预警。几十年来，以色列一直在利用下水道监测脊髓灰质炎病毒。

随着气候变化和气温升高，预计不同的病原体会从热带地区迁出。“我们实际上可以通过观察废水来追踪寨卡病毒和其他病毒的入侵，”哈尔登说。科学家还可以随着时间的推移追踪细菌，以观察其抗生素耐药性的产生。

污水可以大致反映出一个社区的整体健康状况。“当你去医生办公室时，你毫不犹豫地将样本交给医生，”哈尔登说。污水监测有点像从整个城市采集尿液或粪便样本。科学家可以检查某些药物的处方频率，或者寻找我们身体产生的激素和其他化学物质，这些化学物质可以表明压力或某些疾病。比谢利亚和他的团队测量了波士顿污水中的尼古丁分解产物可替宁，以计算该市吸烟者每天吸食多少支香烟。

非法毒品也会在污水中留下痕迹。这些痕迹可以揭示毒品的使用模式、新毒品的出现，或者执法策略是否奏效。“如果他们在某个社区查获了一批毒品，他们真的看到毒品使用量下降了吗？”比塞利亚说。

多年来，欧洲一直在监测污水中的可卡因和摇头丸等毒品。一个覆盖整个大陆的网络已经从 60 多个城镇采集了尿液和粪便样本。它已经开始发现区域模式——比如可卡因在南欧和西欧更受欢迎，而摇头丸和可卡因往往是城市毒品。

在美国，下水道监控仍在流行。伯加德曾亲眼目睹过 Adderall 在期末考试前后在大学校园里大肆宣传。现在，他正在调查大麻合法化是否会促使人们吸食更多或更少的大麻。他还对大麻商店是否正在取代黑市感兴趣。通过追踪合法销售的大麻数量，他可以预测最终流入下水道的数量。“我们可以从废水中减去这个数量，以了解......非法市场的情况，”他说。他最近完成了对华盛顿西部两家处理厂的采样。

研究人员正在考虑污水是否能为阿片类药物泛滥提供一些线索。不幸的是，这很难。海洛因很快就会转化为吗啡，污水中的吗啡也会来自医院等合法来源。“我可以告诉你样本中吗啡的确切含量，但很难告诉你它来自哪里，”伯加德说。

还有芬太尼，一种合成阿片类药物，其效力比吗啡高 50 到 100 倍。这意味着人们只需使用较少的剂量就能获得快感，而且由于浓度低，它更难找到。其他阿片类药物也很难挑选出来。“尽管阿片类药物的使用量大幅增加，但仍然只占人口的一小部分，远低于使用大麻和可卡因的比例，”比塞利亚说。

做脏活

处理污水还存在其他一些缺点。

首先，人们担心隐私问题。现在，没有人会把粪便从下水道里捞出来，单独检查。但城市担心，如果水中发现任何毒品含量超过零，他们可能会被污名化。“到那时，你可以说 X 市有可卡因问题或甲基苯丙胺问题，”伯加德说。“每个城市都有污水处理厂，但每个城市可能都不希望有人到处乱逛和测量他们的污水。”

研究人员还可以在污水到达当地污水处理厂之前将其收集起来。但是，越靠近社区、宿舍或诊所的下水道进行采样，粪便和尿液就越不匿名。“你让社区互相对抗，”伯加德说。“这意味着警方会加大打击力度，还是意味着需要更多资金来提供公共卫生福利计划？个人隐私可能不是问题，但它对城市某个区域的影响可能令人担忧。”

而且污水中充满了废物，可能会掩盖科学家们希望找到的特定化学物质。这不像你在医生办公室递交尿液或粪便样本，它会立即被带走进行分析。污水通过管道，与企业的排放物和雨水混合在一起。“这真的变成了一项化学侦探任务，要在成千上万种通过管道的化学物质中找到……大海捞针，”哈尔登说。

到目前为止，他已经分析了 250 多种化学物质。他和同事们管理着国家污水污泥储存库，在那里他们收集了来自 200 多个美国污水处理厂的污泥样本，这些污泥代表了 3200 多万人。

通常情况下，哈尔登和其他污水科学爱好者会从处理厂收集样本。他们通常不会在下水道里爬来爬去。“你要避免的是在繁忙的道路上，拆除非常重的井盖，然后爬进下水道，”他说。

他们依靠一整天收集的样本。“如果你只是在某个时间点采集样本，那么你得到的只是刚刚在下水道里小便或大便的人的样本，”哈尔登说。

污泥样本往往又黑又浑浊，而废水则是浑浊的。“它并不像听起来那么恶心，而且通常到那时就什么都无法辨认了。它只是浑浊的灰色水，”Bisceglia 说。Burgard 发现，在宿舍或其他建筑物附近采集的样本可能带有卫生纸、头发或咀嚼过的食物残渣。

污水远没有未稀释的粪便那么臭。伯加德正在研究人体如何分解和排泄大麻中的活性成分 THC，并一直在要求人们提交袋装尿液和粪便。“我以为污水很糟糕，但袋装粪便实际上更糟糕，”他说。

不过，比塞利亚表示，污水样本中仍保留着相当浓烈的硫磺味。这些样本必须小心处理，直到任何病原体都能被过滤掉。“我们……必须假设其中有任何东西，艾滋病毒、肝炎病毒以及大城市中可能出现的所有病毒，”哈尔登说。

但他和同事们坚持过滤这些样本，并识别出其中漂浮着哪些细菌和化学物质。我们其他人可能会忘记，只要我们冲水或关掉水龙头，粪便、尿液和脏水就会冲进下水道，但它仍然可以为我们服务。

哈尔登说：“我们只需花费很少的钱就能收集大量有关公共卫生的信息，这将有助于我们预防疾病和查明暴露原因。”