在美国，每天有超过300亿加仑的废水涌入处理厂。所有这些粪便、尿液、肥皂水和其他废物，看起来可能令人厌恶。但它们也蕴藏着大量信息。我们使用的药物、遇到的病菌以及我们身体分泌的激素，最终都会流入下水道。
亚利桑那州立大学环境工程师兼可持续发展研究员 Rolf Halden 说道：“污水处理厂是所有东西汇集在一起的唯一一点。“这是一个绝佳的观察点，可以了解我们对环境和自身做了什么。”
这意味着，一个城市的污水可以揭示其居民的健康和行为状况。科学家们开始对污水进行分析，以追踪药物滥用、病原体、化学物质暴露以及某些疾病的标记。他们可以在废水进入处理厂时进行检测，或者检查处理后残留的污泥，以了解哪些物质未能被分解。
这个新兴的领域，被称为污水流行病学或基于废水的流行病学，可以提供一种虽然“气味难闻”但却高效的改善公共健康途径。
Halden 说：“我称下水道为未被发现的信息高速公路。“当然它们很臭，但我们已经习惯于为了医疗目的分析尿液和粪便。这只是将规模扩大了而已。”
废水，随处可见的废水
污水作为信息来源有几个优势。首先，它是匿名的。但它却包含了几乎每个人的信息。“你可以很有把握地说，大多数人都会使用下水道系统，”华盛顿州塔科马市普吉特湾大学环境分析化学家 Dan Burgard 说。
而且它很快。为了解健康和药物使用情况，研究人员通常依赖于调查以及医院或逮捕过程中收集的数据。“数据通常有很长的滞后期，有时长达两到三年，才能获得，”纽约州亨普斯特德市霍夫斯特拉大学环境化学家 Kevin Bisceglia 说。此外，“如果你问某人关于他们的非法行为，他们不一定会如实告诉你。”
污水提供了更及时、更诚实的城市活动快照。“有时，一天24小时的样本就可以代表一百万人或更多人，”Halden 说。
他和他的同事们研究了我们废物中的化学物质如何渗入环境。2002年，他们发现抗菌皂中的成分三氯卡班在废水处理过程中并未被分解。它出现在污水污泥中——处理后留下的固体残渣，有时被用来施肥。Halden 说：“这为化学物质…可能被植物吸收并重新回到我们的餐桌上打开了通路。”
他补充说，一种在处理过程中不易分解并易于在固体中积累的化学物质令人担忧。“这实际上与我们暴露后会在体内持续存在的化学性质相同，并且会‘储存’在身体脂肪中。”
Halden 和他的同事们发现，三氯卡班和一种类似的化学物质三氯生，在全国各地的处理厂的污水污泥中持续存在，并且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干扰人体内分泌活动。而且，它们在预防疾病方面似乎并不比使用普通肥皂和水更有效。
Halden 和他的同事们将他们的担忧报告给多个联邦机构并在一次国会简报会上提出。2016年，美国食品药品监督管理局禁止了这些化学物质在非处方抗菌洗液和肥皂中的使用。
Halden 说：“我们在美国每年使用一百万磅的这种化学物质，但我们不知道一旦我们洗手，这一百万磅的化学物质会去哪里。“不幸的是，这并非孤例；仍有许多化学物质我们需要更好地了解它们会去哪里。”
污水还可以揭示一个城市正在滋生哪些病菌。“当有人生病时，他们会排出大量的细菌或病毒，”Halden 说。“即使是少数几个病人也会在污水中产生信号，我们可以对其进行测量。”这些病原体可以作为疫情即将到来的早期预警。以色列几十年来一直在利用其下水道监测脊髓灰质炎病毒。
随着气候变化和气温升高，预计不同病原体将从中低纬度地区向外迁移。“通过观察废水，我们可以追踪寨卡病毒和其他病毒的入侵，”Halden 说。科学家们还可以追踪病原体随时间的变化，以监测抗生素耐药性的发展。
废物可以粗略地反映一个社区的整体健康状况。“你去医生办公室时，绝不会犹豫把你的样本交给他们，”Halden 说。污水监测有点像对整个城市进行尿液或粪便样本采集。科学家们可以检查特定药物的处方频率，或者寻找我们身体产生的激素和其他化学物质，这些可以指示压力或某些疾病。Bisceglia 和他的团队已经在波士顿废水中测量了尼古丁的分解产物——可替宁，以计算该市吸烟者每天消耗多少支香烟。
非法药物也会在污水中留下痕迹。这些痕迹可以揭示使用模式、新药的出现，或者执法策略是否奏效。“如果他们在某个社区查获大量毒品，他们是否真的能看到使用量下降？”Bisceglia 说。
多年来，欧洲一直监测污水中的可卡因和摇头丸等毒品。一个全欧洲的监测网络对60多个城市和城镇的尿液和粪便进行了采样。他们已经开始检测出区域性模式——例如，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，下水道监测仍在发展中。Burgard 观察到，在期末考试期间，大学校园里的安非他明使用量会激增。现在，他正在调查大麻合法化是否会促使人们更多或更少地消费大麻。他还对是否是药店取代了黑市感兴趣。通过追踪合法销售的大麻数量，他可以预测有多少会进入下水道。“我们可以从污水中找到的量中减去这个量，以了解……非法市场，”他说。他最近完成了对华盛顿西部两个处理厂的采样。
研究人员正在考虑污水是否能揭示阿片类药物流行病的某些情况。不幸的是，这将很困难。海洛因会被迅速转化为吗啡，而污水中的吗啡可能来自合法来源，例如医院。Burgard 说：“我可以精确地告诉你样本中有多少吗啡，但很难告诉你它来自哪里。”
还有芬太尼，一种合成阿片类药物，其效力是吗啡的50到100倍。这意味着人们只需要少量就能获得快感，而且由于浓度低，更难找到。其他阿片类药物也很难区分。“尽管阿片类药物的使用量大幅增加，但仍只占人口的一小部分，远低于使用大麻和可卡因的比例，”Bisceglia 说。
做肮脏的工作
处理污水还有其他几个缺点。
首先，存在隐私问题。现在，没有人会从下水道里被抓出粪便并单独进行详细检查。但城市担心，如果它们的废水中出现任何数量的毒品，它们可能会被污名化。“那样的话，你就可以说‘X市有可卡因或甲基苯丙胺问题’，”Burgard 说。“每个城市都有污水处理厂，但并非每个城市都希望有人在那里到处查看并测量他们的废水。”
研究人员也可以在污水到达当地污水处理厂之前进行收集。但离下水道（来自社区、宿舍或诊所）越近采样，粪便和尿液的匿名性就越低。“你是在将社区与社区进行比较，”Burgard 说。“这是否意味着更多的警察严打，还是意味着增加资金提供公共健康福利计划？个人隐私可能不是问题，但它如何影响城市的一个区域可能会令人担忧。”
污水中含有大量杂质，可能会掩盖科学家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，它会立即被送去分析。污水在管道中流动，并与企业排放物和雨水混合。“这确实变成了一项化学侦探任务，要从管道中流过的数万种化学物质中找到…大海捞针，”Halden 说。
到目前为止，他已经分析了250多种化学物质。他和他的同事们经营着国家污水污泥储存库，收集了来自200多个美国污水处理厂的污泥样本，代表了3200多万人。
通常，Halden 和其他污水科学爱好者从处理厂收集样本。他们通常不会在下水道里爬来爬去。“你想避免的事情是，在繁忙的道路上，移开一个非常重的井盖，然后爬进下水道，”他说。
他们依赖于一天中收集的样本。“如果你只在任何给定时间取样，你只会得到刚刚排尿或排便到下水道的人的代表，”Halden 说。
污泥样本通常是深色浑浊的，而废水是浑浊的。“它并不像听起来那么令人作呕，而且通常在那时已经没有什么可识别的东西了。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收集的样本可能带有卫生纸、头发或嚼碎的食物团块的碎片。
污水的气味远不如未稀释的粪便那么臭。Burgard 正在进行一项关于身体如何分解和排出 THC（大麻的活性成分）的研究，并要求人们提交装袋的尿液和粪便。“我以为废水已经很糟糕了，但装袋的粪便实际上更糟糕，”他说。
不过，Bisceglia 说，污水样本仍然会带有相当浓烈的硫磺味。而且这些样本必须小心处理，直到所有病原体都能被过滤掉。“我们…必须假设里面有任何东西，包括艾滋病病毒、肝炎病毒以及你可以预期在大城市中出现的任何东西，”Halden 说。
但他和他的同事们坚持过滤这些样本，并识别出其中漂浮着哪些病菌和化学物质。我们其他人可能在冲水或关掉水龙头后就忘记了污水中的粪便、尿液和脏水，但它仍然可以为我们服务。
Halden 说：“我们能够用很少的钱收集到大量关于公共健康的信息，这将有助于我们预防疾病和精确定位暴露源。”
