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国科大博士生胡东:耕耘在居民用水的“最后一公里”

  •   也许,我们从未细想家中水龙头流出的水会经历多少关口,其实,每个环节都对最后水质起着重要作用。为课题项目奔走的时间里,国科大2017级环境工程专业博士生胡东耕耘在居民用水的“最后一公里”,见证了城市中流淌的秩序、坚守和健康共识,以及背后为这份正常运转默默奉献的智慧和汗水。

      胡东记得,在采样小区遇到一位拎着菜篮的阿姨咨询:“我们家住27层,自来水要在小区储水箱周转后才会到我们家,这个过程中水质能保证安全嘛?” 

      目前,全国各城市的市政供水管网基本能保证6层以下住户的用水需求,二次供水已成为高层住宅楼房的主流供水模式。市政管网水进入二次供水水箱后,会有数小时的驻留,可能出现余氯衰减、温度升高、金属浸出和微生物生长等现象,而水质微生物学指标的变化,直接影响到居民的饮用水安全。

      2019年起,胡东选择了厦门市6个行政区的12个居民住宅小区,通过季节性采样,调研这个500万人口的城市二次供水系统微生物学特征及其风险。

      结果表明,二次供水系统中的水质(包括微生物学指标)基本达到了我国生活饮用水卫生标准要求,但与市政管网水相比,出现了一定程度的下降。未来应加强对二次供水系统微生物学风险监测的频率和范围,进一步控制水传疾病的发生。

      2021年10月,项目成果刊发于Water Research。现在,他终于有底气回答阿姨的问题了。 

    胡东

      “您已偏离导航,正在为您重新规划路线”

      读博伊始,胡东希望通过实地采样和中试实验相结合,对航空煤油存储过程中的污染微生物赋存奥秘一探究竟,可囿于实验原材料的高要求,课题进展异常不顺。他开始思索,如何调整“船头方向”。

      博士二年级的冬天,胡东来到国科大博士生导师、中科院城市环境研究所研究员于鑫的办公室,请教自己更换选题的设想。

      根据自身卫生检验的专业背景和培养单位实验室条件,胡东希望能找到一个探究居民用水安全的切入点,进而能为供水工程的建设和改造做出一点贡献。

      春节后上班第一天,于鑫叫胡东来办公室,分享课题想法:“居民小区的二次供水微生物安全,与人们的日常生活和身体健康息息相关,目前大家都在关注,你可以试试看,能不能找到一些关键科学问题的切入点?”

      导师的一番点拨照射进来,在隧道尽头闪烁着一缕阳光。胡东循着光亮加快脚步,开始兴奋地查阅资料,“当时隐约感觉,这个课题正是为我‘量身而设’”。

    实验耗材

      对于这番“量身定制”的课题更改,胡东感慨于一份来自研究所科研环境的幸运。

      工欲善其事,必先利其器。必要的工作环境和分析手段是科研工作的基础保障。无论是紫外分光光度计、离子色谱仪、便携式仪器,还是菌落计数仪、PCR仪、TOC仪等,各显神通的水质监测仪器在实验室里都能找到。置物柜上瓶瓶罐罐的试剂和各色耗材整齐码放,加上管道纵横的电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)以及定量PCR仪装置,让人一下子抵达蒸汽朋克风的科幻世界。



    实验室一角

      “于老师的帮助,让我不禁想到那句导航软件语音提示‘您已偏离导航,正在为您重新规划路线’。”筹备期不到半年,胡东确定了实验方案,与厦门市疾病预防控制中心建立合作关系,确定了采样小区。穿梭于居民小区与实验室的接力赛,开始了。

      游走在居民小区和实验室之间

      居民用水的运输链路,是一场微生物始终伴随同行的旅程。水质指标检测仪器解放了肉眼所见的局限想象力,温度、溶解氧、pH值、浊度、余氯、有机物、硫酸盐、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、总氮、磷酸盐、重金属、微生物……水样里的微观世界,动态变动、此消彼长,复杂交错犹如多元宇宙。

      胡东用一年时间,穿梭于居民小区和实验室之间这场接力赛中,将其中混沌条分缕析,为水质安全解剖把脉。

    采样点分布和二次供水系统类型

      采集水样包括市政管网末梢水、二次供水水箱水和入户龙头水三种,而小区花园、1楼住户家、街边商店、小区内公共厕所,这些地方的水龙头中都可能是市政管网水的采样地点。

      刚开始的几天,胡东迷失在各个小区和停车场间。小区的区域规划都是大同小异,但每一方生活天地里都存在着居民们日积月累的“行动规则”,比如哪里拥有更多停车位,哪条是距离二次供水水箱最近的路线。起初一头闯入,胡东被摸不着头脑的晕眩包围。

      每天早上8点30分出发,两个小区,三种采样点,六桶水样。最终,微生物菌体被过滤富集到12张0.22 µm硝酸纤维素膜以备检测。由于部分水质指标的易变性及采样时间的紧迫性,采回的水样需要当天完成全部指标的检测,“初期由于经验不足,经常加班加点。”胡东说。

      与生活紧密相贴的课题生长,少不了经验的喂养。

    胡东在小区采集水样 

      后来,胡东踏进小区,便知道左手边第二个关口一转,便是停车位;穿过一片绿地,就可以看到小区花园的水龙头,那是距离最近的市政管网水的采样地;去水泵房后是从贮水箱上的虹吸管采集水样最省力省时;需高温预处理的总氮检测样本与其他检测同步进行,可节省出1小时时间……

      胡东还有一件采样装备“秘密武器”:“别看它不起眼,却帮了我大忙,拉着它我便下可达地下室,上可至高层的住户家……”这辆盛放水桶的折叠小推车,也盛放着时间沉淀下的智慧。

    折叠小推车

      小区里不只采集水样,也采集着经验与灵感。这里比理论世界更具象、鲜活,迸发着实践碰撞出的新问题新思路。

      “深入基层,让我了解到住户面临的实际饮用水风险是什么,并据此随时调整和规划下一步实验。”春季采样计划安排在2020年的春节前后分别进行,春节后需完成的6个小区水样采集工作被突如其来的新冠疫情按下了暂停键。胡东回到研究所已是5月份,正犹豫“是否放弃春季水样采集,直接采集6-7月份夏季样品”,于鑫依据经验,建议他不要放弃、做好防护后快速行动。就这样,原本持续1个多月的采样时间压缩至3周。  

      “正是导师这份坚持,保证了整个调研工作的完整性,并且春季样品的实验结果中的确发现了部分指标的显著变化。”胡东说。

    于鑫带着课题组成员在小区采集水样

      研究所汇集不同学科背景的老师,使得胡东利用交叉学科进行数据分析成为可能。一次实际调研中胡东想到,如果二次供水系统被污染物污染后,要经过多长时间才能将贮水箱中的污染物全部排出?他请教了国科大研究生导师、中科院城市环境研究所副研究员叶欣,计划通过计算机流体力学数据拟合的方式,分析污染物在二供贮水箱内的迁移过程。

      胡东体会到,穿梭在小区和实验室之间的思绪渐渐不再分割:它们底层贯通,紧紧相连,健康共识和未来憧憬在其中流淌。

      健康城市有我一份力

      2020年召开的科学家座谈会上,习近平总书记号召广大科学家和科技工作者肩负起历史责任,坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康,不断向科学技术广度和深度进军。

      科技“面向人民生命健康”,是将人民健康作为科技工作的现实归依。胡东用“实感”回应了这份“归依”:“这份研究看起来不那么‘高大上’,却紧贴民众的健康需求,其中的使命和责任更加‘实感’。”

      饮用水安全一直牵动着城市居民的心。胡东提到,“以往针对二次供水系统的研究多集中在对突发污染事件的解决或是整改等方面,对拥有数百万乃至千万人口的大城市和特大城市中二次供水系统的微生物学安全,一直缺乏较为系统的调研。”

      胡东的调研工作给予城市二次供水系统的科学管理和运行十分具体的参考价值,比如余氯浓度的显著性降低,成为微生物再生长和群落变化的主要因素,应当适当增加相应的消毒措施;或者,备用水箱中微生物量更高,需要保证新建、改建的二次供水贮水箱内水体的流动性等。

    二次供水系统中各微生物类群特异性基因的绝对丰度变化。A)细菌;B)真菌;C)分枝杆菌;D)其他类型的病原微生物

      课题收官的句点上,胡东基本摸清了城市供水的安全“底细”,也看到了供水系统的“智慧未来”——小小的水质在线检测仪,安装在供水系统一侧,实时监测重要的指标并同步传送数据到终端。水务工作人员据此分析、察觉水质变化,及时预警、响应,维护水质安全,成为居民的一份“安心”。

      “提升人民的生活品质、让人民的生活更美好”,指示着科技向前飞驰的方向,也折射出科技工作的人文关照和价值选择。胡东表示,未来还会在做一名新手教书匠的同时,继续针对生活中遇到或发现的饮用水系统的实际问题,开展微生物安全性的研究工作,“健康城市的蓝图中,希望有自己的一份力”。

      站在即将毕业的十字路口,胡东对个人规划十分清晰。笃定的语气里,记录着水质调研经历给予的科学思想与生活体验的深度交融,“人民的需要与呼唤代表科技进步、创新发展的时代之声”,宏阔的指引沿着一串串水质数据渗入个人篇章,正在慢慢书写。

    责编 :李暄妍