爱荷华州私人井的污染:方法和详细结果

2019年4月24日，星期三

作者:Anne Schechinger，高级经济分析师

得梅因水厂多年来一直努力为其客户提供安全饮用水，与上游农场的硝酸盐污染作斗争。但对约23万至29万爱荷华人来说，农业操作造成的污染可能更严重¹环境工作组和爱荷华州环境委员会的一项调查发现，他们的饮用水来自私人水井。

在这些私人油井中，硝酸盐并不是唯一的问题。2002年至2017年期间，爱荷华州数千口井中发现了不安全水平的硝酸盐、大肠菌群和粪便大肠菌群。

这两种污染物都对公众健康产生严重影响。就公共供水系统而言，饮用水中的硝酸盐含量的法定上限是每升10毫克，因为当硝酸盐含量达到或超过这一限值时，可能会出现一种对婴儿有潜在致命性的疾病——蓝宝宝综合症(blue baby syndrome)。但大量研究发现结肠，²直肠,^3.膀胱⁴和卵巢⁵癌症和出生缺陷，⁶在硝酸盐浓度仅为5毫克/升或更高的情况下

饮用水中的大多数大肠菌群和粪便大肠菌群本身是无害的。⁷美国环境保护署(Environmental Protection Agency)要求公共供水系统对这些细菌进行检测，以评估是否存在其他危险的病原体，如伤寒。然而，一些大肠杆菌菌株本身是有害的，会导致腹泻、呕吐甚至死亡。

根据美国环保署的说法，饮用水中的大肠菌群或粪便大肠菌群并没有安全水平，因为它们的存在表明存在其他潜在的有害病原体。如果一个公共供水系统在一个月内总大肠菌群检测的阳性率超过5%，或者一个系统在一次大肠菌群检测中呈阳性，然后在24小时内进行的后续检测中粪便大肠菌群检测呈阳性，那么该系统就违反了环境保护署的规定。⁸每次测试中细菌的实际数量并不重要，重要的是测试结果是阳性还是阴性。

尽管这些污染物会影响公众健康，但没有任何联邦或州部门要求对所有私人水井进行检测或监管。爱荷华州唯一的私人油井测试法规是，当油井新建或修复时，必须测试一次。⁹井主只能靠自己来确保饮用水的安全。

农业是造成私人水井硝酸盐和细菌污染的主要原因。¹⁰肥料和动物粪便都含有硝酸盐，粪便中含有细菌。当农民给农田施肥时，这些污染物会渗透到土壤中，污染地下水。¹¹它们也可能从田地里流出，直接渗入水井或地表水水源，污染地下水受地表水影响的水井。

我们是如何进行这项研究的

EWG分析的油井数据来自爱荷华州自然资源部(简称DNR)组织的私人油井跟踪系统。¹²通过公开记录请求，我们收到了2002年至2017年在爱荷华州每个私人井进行的硝酸盐、大肠菌群和粪便大肠菌群测试的结果。大多数井是“家用”井，因此用于家庭，而不是用于灌溉或其他用途，而且大多数在测试时是活跃的。¹³

值得注意的是，该数据库并没有包括爱荷华州的每一口私人油井。该州没有所有私人井的记录，因为许多井是在该州要求在施工过程中进行测试之前建造的。此外，对于所有井是记录在州数据库中，并不是每辆车都经过了这些污染物的检测。

在硝酸盐测试中，我们收到了每口井测试中发现的实际硝酸盐浓度。在硝酸盐数据中将未知的硝酸盐浓度转换为0 mg/L值。在细菌测试中，我们收到的数据显示了该测试对大肠菌群、粪便大肠菌群或两种细菌都没有检测出阳性。

分析开始于2002年，这是第一个定期测试的年份之一。¹⁴2013年12月12日至2015年2月4日期间的所有硝酸盐检测均因不准确而从分析中删除。当那段时间的一些记录被添加到“放弃抢救”的数据库中时，数字意外增加了。DNR发送了所谓的修正数据，但新数据与前几年和后来的数据不一致。这让我们相信这些也不准确。¹⁵

在分析中，每个测试中的硝酸盐浓度和细菌存在度都是在单个井的基础上进行分析，并汇总到一个县的水平进行汇总统计。

在私人井跟踪系统中的大多数井测试来自爱荷华州的县赠款项目。该数据库还包含了在建井、改造和塞井期间进行的试井。¹⁶

县赠款项目是爱荷华州最大的试井项目。该州每年向每个县提供大约3万美元，这些钱用于检测私人井中的硝酸盐、大肠菌群和粪便大肠菌群。¹⁷井主无需通过该计划为试井付费。马歇尔县是唯一一个没有参与该项目的县。

参与县赠款计划是自愿的，通常由油井所有者发起。¹⁸这是对检测的一种阻碍，因为在大多数县，想要进行检测的井主必须了解该项目以及向谁请求检测。更好的营销和公众教育可以让更多的油井得到测试。

如果你是爱荷华州的居民，使用私人水井，想知道你的饮用水是否含有硝酸盐或细菌，请咨询这个列表找到你所在县的卫生员，并通过县赠款项目要求免费试井。

详细的结果

细菌分析

环保署称，饮用水中任何大肠菌群或粪便大肠菌群的存在都可能不安全。¹⁹2002年至2017年期间，爱荷华州54841口私人井接受了大肠菌群或粪便大肠菌群的检测。在41%的油井(22228口)中，至少有一次细菌检测呈阳性。7.9%，即4318口井，每次检测都检测出细菌阳性。

在所有的细菌测试中，22%的大肠菌群或粪便大肠菌群呈阳性。大肠菌群比粪大肠菌群更常见(图1)。34%的大肠菌群呈阳性，6%的粪大肠菌群呈阳性。

图1。大肠菌群的阳性检测比粪便大肠菌群的阳性检测多

来源:EWG，来自爱荷华州自然资源部，私人井跟踪系统

细菌的存在取决于井的深度。50英尺深以下的井容易受到污染，细菌更多。在不到50英尺深的井中，34%的细菌检测呈阳性。在50 - 150英尺深的井中，只有22%的检测结果是细菌，而在大于150英尺深的井中，18%的检测结果是细菌阳性(图2)。

图2。越深的井越不可能有细菌

来源:EWG，来自爱荷华州自然资源部，私人井跟踪系统

季节似乎对井中细菌的存在有一定影响。夏季细菌检测呈阳性的人数比其他任何季节都多，大肠菌群检测呈阳性的比例在7月、8月和9月期间最高。粪便大肠菌群阳性检测的最高比例出现在6月、7月和8月。

硝酸盐分析

由于数据不准确，不包括2014年，2002年至2017年期间，共对54994口井进行了硝酸盐检测。在所有井中，硝酸盐的平均浓度为4.4 mg/L，非常接近与出生缺陷和癌症增加率相关的5 mg/L浓度。随着时间的推移，平均硝酸盐水平在统计上显示出显著的上升趋势(图3)。2002-2006年期间，年平均硝酸盐水平均低于4 mg/L, 2007-2017年较近的年份均高于4 mg/L。

图3。硝酸盐的平均浓度一直在上升

来源:EWG，来自爱荷华州自然资源部，私人井跟踪系统

超过22%(即12316口井)的整体硝态氮平均值达到或高于潜在危险的5毫克/升水平。12%，即6637口井的平均浓度达到或超过法律规定的10mg /L(图4)。

图4。硝酸盐平均值在5或10毫克/升以上的井的百分比随时间的推移而变化

来源:EWG，来自爱荷华州自然资源部，私人井跟踪系统

许多井的硝酸盐平均值非常高，远高于10毫克/升。超过1000口井的硝态氮平均浓度在30mg /L以上，499口井的硝态氮平均浓度在50mg /L以上。187口井共进行了237次测试，每口井的硝酸盐浓度都达到或超过100毫克/升。近年来，这种浓度更高的试验更为频繁。近75%的测试发生在2010年至2017年之间。

井深也影响了井的平均硝酸盐浓度。小于50英尺深的易受害井的硝酸盐平均含量最高，为8.8毫克/升。中等脆弱性井的平均值较低，为4.4 mg/L，低脆弱性井的平均值最低，为2.9 mg/L(图5)。

图5。井越深，硝态氮的平均浓度越低

来源:EWG，来自爱荷华州自然资源部，私人井跟踪系统

测试频率分析

对水井的检测如此罕见，以至于污染问题的真正范围很可能还没有被完全了解。尽管自2002年以来细菌检测的数量有所增加，但每年的硝酸盐检测基本保持不变。爱荷华州自然资源部(Iowa Department of Natural Resources)建议，但不是要求，所有者每年至少对水井进行一次硝酸盐和细菌检测。^20.但在2002年至2017年期间(不包括2014年)，几乎63%的井只进行了一次硝酸盐检测(图6)。每年只有10口井进行了硝酸盐检测。

图6。几乎三分之二的井只检测了一次硝酸盐

来源:EWG，来自爱荷华州自然资源部，私人井跟踪系统

61%的威尔斯大肠菌群检测和62%的粪便大肠菌群检测在16年里只检测了一次。每年只有12口井检测大肠菌群，而每年只有一口井检测粪便大肠菌群。

检测频率更高的油井显示出更高的污染水平。在2002年至2017年期间，对3000多口井进行了超过5次的硝酸盐检测，结果显示，这些井的硝酸盐平均值为4.83 mg/L，高于所有井的平均值。在细菌检测5次或5次以上的油井中，24%的油井细菌检测呈阳性，而在所有测试中，这一比例为22%。

许多硝态氮平均值最高、细菌检测阳性比例最高的县很少进行检测。这些县需要更多的检测。在2002年至2017年期间(不包括2014年)，硝态氮平均值最高的10个县中有7个进行了100次或更少的检测(图7)。在检测次数超过100次的前10个县中，谢尔比县、泰勒县和弗里蒙特县的硝态氮平均值最高。

图7。在硝态氮平均值最高的10个县中，有7个县的检测结果不足100次

来源:EWG，来自爱荷华州自然资源部，私人井跟踪系统

在细菌检测阳性率最高的前10个县中，有6个县的细菌检测次数为31次或更少(图8)。在前10个县中，切罗基县进行了最多的检测，有416次检测，但细菌检测阳性率最高的县排名第十。

图8。在细菌检测阳性率最高的10个县中，有6个县的细菌检测阳性率不超过31例

来源:EWG，来自爱荷华州自然资源部，私人井跟踪系统

低收入县也没有做太多测试。2016年，爱荷华州南部的迪凯特、韦恩、阿帕努斯、瓦佩洛和范布伦县的家庭收入中值最低，所有县都在每年4.5万美元或以下。²¹这远远低于2016年该州收入的中位数56354美元。瓦佩洛县进行了41次硝酸盐测试，但其他4个县只进行了15次或更少的硝酸盐测试。对于细菌，瓦佩洛县进行了70次检测，但其他四个县只进行了31次或更少的检测。

迪凯特、韦恩和阿帕努斯县是硝酸盐平均水平最高的10个县之一，而韦恩和阿帕努斯县是细菌检测阳性百分比最高的10个县之一。这些收入较低的县并不经常进行检测，当他们进行检测时，发现硝酸盐含量很高，细菌出现的频率也更高。

讨论

私人井的硝酸盐和细菌污染是一个困难和昂贵的问题。污染可能发生在油井破裂或结构不牢固的情况下，因此爱荷华大学的国家卫生实验室建议，如果发现细菌，油井所有者首先要检查损害情况。²²如果有损坏，井主应该找人修理。但如果没有问题，受污染井的所有者有两个选择:缓解或水处理。

为了缓解压力，油井所有者可以将现有的油井挖得更深，以期获得更清洁的水，或者他们可以挖一口全新的井。但这两种选择都不能保证水的清洁，特别是从长远来看，如果地下水的污染问题持续存在的话。一些井主也可以堵住他们的井，从农村供水系统购买水，但这种选择并不总是可行的。所有这些选择都可能非常昂贵。

蒸馏、反渗透和离子交换是处理硝酸盐污染井水的主要方法。²³蒸馏系统加热井水形成蒸汽，蒸汽不含硝酸盐。然后将蒸汽冷却成清水。反渗透系统将压水通过滤膜，过滤掉硝酸盐和其他污染物。离子交换处理系统含有一种树脂，当水通过时，它可以去除硝酸盐。

这些处理系统也可能很昂贵。成本取决于每天处理的水量，以及处理系统消耗的电力。这些系统的初始成本可能超过1000美元，每年的操作和维护成本可能高达数百美元(图9)。

图9。处理井水去除硝酸盐或挖一口新井都是昂贵的

来源:EWG，来自Robert Mahler等人，爱达荷州的优质水，硝酸盐和地下水。爱达荷大学扩展学院，2007年7月。可以在cals.uidaho.edu/edcomm/pdf/CIS/CIS0872.pdf上午,Lewandowski等人，地下水硝酸盐污染成本:私人油井所有者的调查。水土保持学报，2008年5 / 6月。可以在www.house.leg.state.mn.us /通讯/ docs / JSWC2008CostofNitrateContamination.pdf

如果私人井的细菌污染是一次性发生的，可能是因为洪水，井主可以用休克氯化消毒，在井中加入氯杀死所有的细菌。²⁴但通过氯化消毒和紫外线处理系统是长期大肠菌群和粪便大肠菌群污染的选择。²⁵

氯化系统向井水中注入氯以杀死细菌，许多这类系统还配有碳过滤器，以去除氯味和潜在的消毒副产物。紫外线系统用紫外线照射井水以杀死细菌。

这些系统的成本取决于每天处理的水量，以及房主是想自己安装还是请专业人员安装。专业安装的高容量氯化系统的成本可能超过3000美元，²⁶紫外线系统的价格在1500美元到1600美元之间。²⁷这还不包括每年的运营和维护成本。

解决方案

既然缓解或处理硝酸盐和细菌污染是一个非常昂贵的问题，那么从一开始就防止这些污染物进入私人井水将是一个更好的解决方案。关于如何修复这个问题，请参阅我们的建议污染问题．