Zes jaar nadat het begon, de vuursteen, Michigan, watercrisis blijft een van de meest voorkomende noodsituaties in de Verenigde Staten.

Uitgebreide ijzer- en loodcorrosie van het waterdistributiesysteem in Flint, in combinatie met loodafgifte, veroorzaakte "rood water" klachten, snel verlies van chloorontsmettingsmiddel en een uitbraak van de veteranenziekte waarbij 12 mensen omkwamen. Staats- en federale agentschappen hebben tot dusver $ 450 miljoen aan hulp uitbetaald. In augustus, de staat Michigan bereikte een bemiddelde schikking in een civiele procedure en zal naar verwachting ongeveer $ 600 miljoen betalen aan slachtoffers, van wie velen kinderen zijn.

"Het verhaal van Flint is een waarschuwend verhaal over slecht anticiperen op risico's, acties die te weinig te laat waren, reactionair en niet gedreven door wetenschappelijke gegevens, "John R. Scully, University of Virginia Charles Henderson voorzitter van de materiaalwetenschap en -techniek, zei. Scully is ook technisch hoofdredacteur van CORROSION Journal.

In een paper gepubliceerd op 8 september in de Proceedings van de National Academy of Sciences , Scully en Raymond J. Santucci, die zijn Ph.D. van UVA's Department of Materials Science and Engineering in 2019, onopgeloste wetenschappelijke vragen aanpakken die kunnen helpen toekomstige loodvergiftigingsrampen te voorkomen. Loodvergiftiging door vernederende loden leidingen is een alomtegenwoordige bedreiging, en toekomstige incidenten zijn waarschijnlijk.

“Dit vraagt ​​om een ​​frisse blik, om te voorkomen dat je alleen maar in de achteruitkijkspiegel kijkt en je in plaats daarvan concentreert op wat er in de bocht voor je ligt, ' zei Scully.

Vaak voorgestelde strategieën bieden vals comfort op basis van testen met weinig water, vuistregels, en traditionele mitigatiestrategieën in plaats van door rigoureus aangevochten degelijke wetenschappelijke principes, volgens de auteurs van het artikel.

"We moeten de wetenschappelijke factoren die het vrijkomen van lood bepalen beter begrijpen, en dat begint met een betere teststrategie en begrip van enkele fundamentele waarheden, ' zei Scully.

Scully en Santucci stellen dat de mensen die openbare watersystemen beheren en reguleren wetenschappelijke gegevens zouden moeten gebruiken om de risico's van het vrijkomen van lood te voorspellen. Risicobeoordelingen op basis van wetenschappelijke gegevens moeten de huidige afhankelijkheid van watermonsters vervangen, die onnauwkeurig is en vaak te laat om een ​​ramp te voorkomen.

Een voorspellend kader voor loodcorrosie zou regelgevers en infrastructuurbeheerders in staat stellen te anticiperen op problemen en het risico van watercondities in verband met onaanvaardbare lozing van lood te beheersen.

Santucci en Scully bevelen betere thermodynamische en kinetische berekeningen en modellen aan die loodafgifte en accumulatie kunnen voorspellen. De voorgestelde modellen zouden risicobeoordelingen kunnen genereren op basis van dynamische gegevens zoals waterchemie, reactiesnelheden, aanslagvorming en corrosieremmende mechanismen, evenals waterstagnatie en stroming.

Burgerwetenschappers kunnen helpen de uitdaging van het verzamelen van gegevens aan te gaan. "Snel nauwkeurig testen, misschien via testkits voor mobiele telefoons, zou meer realtime gegevens kunnen opleveren. Handbediend, mobiele technologie waarmee burgers hun eigen drinkwater kunnen controleren, zou al moeten zijn gevorderd, ' zei Scully.

Santucci en Scully illustreren hoe chemische thermodynamica de vorming van thermodynamisch stabiele op lood gebaseerde verbindingen op loden pijpoppervlakken kan voorspellen. Bepaalde verbindingen vormen voordelige films die kunnen werken als kinetische barrières om corrosie te belemmeren en functioneren om anders oplosbaar lood op te slaan.

"Stabiele filmontwikkeling hangt af van een bepaalde evenwichtschemie, met gevolgen voor de fosfaatbehandeling, " zei Santucci. "Voeg meer fosfaat toe en je kunt meer oplosbaar lood verwijderen om een ​​beschermende loodfosfaatfilm te vormen. Fosfaat volledig verwijderen, en dan vertrouw je erop dat andere loodverbindingen (loodcarbonaat, -sulfaat, -oxyde, enz.) kan de niveaus van lood verwijderen die u nodig hebt, " wat meestal niet het geval is.

In met fosfaat behandeld water, er ontstaat een loodfosfaatfilm. "Uit onze gegevens het is thermodynamisch onmogelijk om binnen het aanvaardbare bereik van de EPA-regel voor lood en koper te blijven zonder een remmer zoals fosfaat. Maar het kost tijd om de schaal te vormen. We moeten nieuwe remmende chemicaliën en oppervlakteveranderende middelen onderzoeken die de beschermende schaaldekking op een leidingwand optimaliseren, ' zei Santucci.

De auteurs suggereren ook geheel nieuwe ideeën om te anticiperen, toekomstige voorsprong in watercrises te monitoren en te voorkomen. Kunstmatige intelligentie en machine learning kunnen helpen bij het identificeren van relaties tussen water- en leidingcondities en loodniveaus in drinkwater. Santucci en Scully stellen ook een veelbelovende strategie voor om isotopenanalyse te gebruiken om de bronnen van lood op te sporen. "Deze strategie zou ons begrip vergroten van hoe lood vrijkomt uit loden leidingen en andere niet zo voor de hand liggende bronnen, die zeer ontbreekt, ' staat in hun krant.

Ambtenaren kunnen stellen dat de investering in wetenschappelijk onderzoek en modellering onnodig is omdat loden leidingen worden vervangen, zij het op kosten van de huiseigenaren. Scully en Santucci zijn het daar niet mee eens. "Total replacement of lead service lines is a wonderful goal, but finding all sources of lead can be difficult, " Scully said.

Replacing lead in public water systems does not simply mean replacing lead pipes. Additional sources include lead-based solder used to join pipes together and commercial brass that commonly contains small amounts of lead, and lead ions that soak into the corrosion film of steel pipes over time. Partial replacement of lead pipes with other pipes such as steel or copper can actually increase lead release due to galvanic corrosion, a process where contact between two dissimilar metals causes protection of one and accelerated degradation of the other.

Santucci and Scully argue for holistic, kinetic models that incorporate the rate of lead release from all possible sources, under many real-world operating conditions.

"The root cause of the Flint water crisis can be found at the intersection of materials science, surface science, water chemistry and electrochemistry, " Scully said. "A better-informed society can prevent such disasters from happening in the future through improved risk assessment, anticipation and management of factors affecting lead release. We all have a part to play in averting future lead poisoning disasters."