从屋顶到水龙头：收集雨水中新兴的公共卫生风险

《Journal of Environmental Management》：From roof to tap: Emerging public health risks in harvested rainwater

　　

随着城市水资源压力不断增大，屋顶收集雨水日益被用于饮用和家庭用途。然而，屋顶基础设施的改变以及易感人群的扩大，可能引入尚未被充分认识的公共卫生风险。本研究评估了南澳大利亚州阿德莱德及阿德莱德山丘地区家庭屋顶收集雨水的微生物学和理化质量。研究人员对100个雨水储水箱进行了取样，97户家庭完成了关于雨水使用、系统特征、野生动物存在及屋顶太阳能基础设施的调查。大多数家庭将雨水用于饮用（67%）和园艺（76%），62%的家庭安装了屋顶太阳能光伏板。定量PCR（qPCR）检测发现部分储水箱中存在肠道病原体和机会性病原体，包括空肠弯曲杆菌（Campylobacter jejuni，13%）、铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa，12%）、沙门氏菌属（Salmonella spp.，10%）和志贺氏菌属（Shigella spp.，3%），用于饮用的储水箱中同样检出病原体。1%–4%的储水箱中镉、铁、锰、铅和砷浓度超过《澳大利亚饮用水指南》（ADWG）健康限值，1%–11%的储水箱中锌、锰、铝和钠浓度超过感官限值。在未调整分析中，金属浓度升高与太阳能光伏板存在（p = 0.004）和储水箱类型（p = 0.004）相关。然而，调整水箱材质的多变量分析显示，安装太阳能光伏板的家庭金属浓度升高的几率更低（调整后比值比[aOR] = 0.265，p = 0.026），而金属水箱建造材料与金属浓度升高几率增加相关（p = 0.031）。这些发现表明，家庭雨水系统可成为微生物和化学危害的储库，对人类健康具有潜在影响。随着气候变化和水资源不安全性加剧人类对替代水源的依赖，理解和管理这些风险将日益重要。需要进一步研究不断演变的屋顶基础设施如何影响污染途径和新兴风险，包括家庭雨水系统中的抗菌素耐药性。

该研究发表于《Journal of Environmental Management》。在澳大利亚，千年干旱、人口增长和城市化使水资源基础设施承压，雨水储水箱被广泛采用，南澳大利亚州部分地区家庭高度依赖收集雨水作为饮用水和家庭用水。然而，屋顶基础设施的变化，尤其是屋顶光伏（PV）太阳能板的普及，可能为鸟类提供新的筑巢和栖息环境，增加粪便等污染物输入；同时，免疫功能低下人群增加以及家庭医疗的推广，使雨水利用的公共卫生风险需要重新评估。为此，研究人员对南澳大利亚州阿德莱德及阿德莱德山丘地区100户家庭的雨水储水箱进行了首次综合评估，并将其系统特征、营养物浓度、金属水平与微生物水质关联分析。

研究人员采用的关键技术方法包括：于2024年5月至2026年1月从100户家庭共采集400份屋顶收集雨水样本；使用定量PCR（qPCR）检测空肠弯曲杆菌、沙门氏菌属、志贺氏菌属和铜绿假单胞菌的特定基因；使用电感耦合等离子体三重四极杆质谱（ICP-QQ-MS）分析27种微量元素及磷、硫；使用HACH比色法测定化学需氧量（COD）和氨氮；同时通过问卷收集雨水用途、太阳能板、野生动物、水箱和屋顶材质及维护信息，并采用二元逻辑回归进行关联分析。

研究结果如下：

3.1 调查结果
共97户完成调查。67%的家庭将雨水用于饮用和烹饪，76%用于园艺，24%用于厕所、淋浴、洗衣等家庭用途。62%的家庭装有太阳能光伏板，53%报告有野生动物存在，但仅3户报告屋顶或附近有鸟类。水箱材质为金属占25%、聚乙烯占57%、混凝土占15%；屋顶材质以金属占77%。47%的家庭曾至少排空一次水箱，56%报告定期维护，主要维护方式为清理落水管和首冲装置。

3.2 肠道病原体和机会性病原体
对100个储水箱的300份水样进行qPCR检测，13%检出空肠弯曲杆菌，浓度为6.2×10^?1至2.48 copies/1000 mL；10%检出沙门氏菌属，浓度为3.32×10³至1.56×10⁷ copies/1000 mL；3%检出志贺氏菌属，浓度为3.4×10⁶至9.77×10⁶ copies/1000 mL；12%检出铜绿假单胞菌，浓度为2.71至2.49×10³ copies/1000 mL。8%的储水箱同时检出多种细菌。在65户饮用雨水的家庭中，相应检出率分别为6%、9%、2%和8%。

3.3 元素分析
1%–4%的储水箱中镉、铁、锰、铅、砷浓度超过ADWG健康限值；1%–11%的储水箱中锌、锰、铝、钠浓度超过ADWG感官限值。

3.4 营养物分析
所有储水箱均未检出氨氮。62%的储水箱COD低于5 mg/L，约38%的储水箱COD高于5 mg/L，提示存在有机污染。除一个水箱磷浓度为1.8 mg/L外，其余水箱磷浓度均低于1 mg/L。

3.5 统计分析
未调整分析显示，太阳能光伏板存在（p = 0.004）和水箱类型（p < 0.001）与金属浓度升高相关。调整水箱材质后，太阳能光伏板与金属浓度升高几率降低相关（aOR = 0.265，p = 0.026），而金属水箱相对于聚乙烯水箱的金属浓度升高几率增加（OR = 3.596，p = 0.031）。未进行维护的水箱与金属浓度升高相关（p = 0.026）。未发现太阳能光伏板与病原体检出、野生动物存在之间的显著关联。

讨论部分指出，虽然qPCR不能确定微生物活性和感染性，但在最保守假设下，每日饮用1000 mL未处理雨水可能使暴露量超过感染剂量。铜绿假单胞菌可在低营养环境中以生物膜形式持续存在，对免疫力低下人群尤其值得关注。金属污染与水箱材质和维护密切相关，太阳能光伏板经水箱材质调整后与金属升高呈负相关，但该关联可能受其他未测量因素混杂，不能解释为太阳能板降低污染。COD升高提示有机物和潜在微生物污染。研究局限性包括单次采样、未结合降雨事件、未检测病毒和原虫，以及qPCR无法判断微生物活性。

研究结论翻译：本研究首次对南澳大利亚州屋顶收集的家庭雨水进行了微生物学和理化质量综合评估，将系统特征、营养物浓度和金属水平与微生物水质联系起来。研究结果显示，很高比例的南澳大利亚人将收集的雨水用于饮用，储水箱中含有肠道病原体和机会性病原体，且金属浓度超过ADWG健康限值。由于qPCR不能确定微生物的活性或感染性，这些发现表明存在潜在的微生物危害，而非已证实的感染风险。然而，这些微生物和化学危害的存在仍表明，家庭雨水可能对人类健康构成风险，特别是对免疫功能低下者、老年人和幼儿。随着澳大利亚人口老龄化和家庭医疗的兴起，这一风险可能变得越来越重要。水质还与单个雨水收集系统的特征（包括水箱材质和维护）相关，凸显了系统设计和管理的重要性。本研究还强调，在评估化学污染时需要考虑雨水收集系统的多种特征。在调整水箱建造材料后，太阳能光伏板的存在与金属浓度升高的几率降低相关，而金属水箱建造材料与升高几率增加相关。需要进一步研究以了解这些关联背后的因素，并区分屋顶、水箱和其他系统特征对雨水质量的相对贡献。虽然未观察到太阳能光伏板、鸟类筑巢活动与病原体出现之间的关联，但仍有必要开展进一步研究以确定不断变化的屋顶基础设施是否会改变污染途径和相关健康风险。总体而言，本研究表明屋顶收集的雨水可能含有微生物和化学危害，值得更多关注；需要改进监管、风险沟通和公众教育，以确保其继续作为安全可持续的饮用水源。