Sex år efter det började, flintan, Michigan, Vattenkrisen är fortfarande bland de mest profilerade nödsituationerna i USA.

Omfattande järn- och blykorrosion av vattendistributionssystemet i Flint, i kombination med blyfrigöring, skapade "rött vatten"-klagomål, snabb förlust av klordesinfektionsmedel och ett utbrott av legionärssjukan som dödade 12 personer. Statliga och federala myndigheter har betalat ut 450 miljoner dollar i bistånd hittills. I Augusti, delstaten Michigan nådde en medlad uppgörelse i en civil process och förväntas betala cirka 600 miljoner dollar till offren, varav många är barn.

"Flint -historien är en varningssaga om dålig förväntan på risker, handlingar som var för lite för sent, reaktionär och inte driven av vetenskapliga data, "John R. Scully, University of Virginia Charles Henderson ordförande professor i materialvetenskap och teknik, sa. Scully fungerar också som teknisk chefredaktör för CORROSION Journal.

I ett papper publicerat 8 september i Proceedings of the National Academy of Sciences , Scully och Raymond J. Santucci, som tog sin Ph.D. från UVA:s institution för materialvetenskap och teknik 2019, ta itu med olösta vetenskapliga frågor som kan hjälpa till att avvärja framtida blyförgiftningskatastrofer. Blyförgiftning från förnedrande blyrör är ett genomgående hot, och framtida incidenter är troliga.

"Detta kräver ett nytt perspektiv, att undvika att bara titta i backspegeln och istället fokusera på det som ligger runt kurvan framför, "Sa Scully.

Vanligt föreslagna strategier erbjuder falsk komfort baserat på glesa vattentester, tumregler, och traditionella begränsningsstrategier snarare än genom rigoröst ifrågasatta sunda vetenskapliga principer, enligt tidningens författare.

"Vi måste bättre förstå de vetenskapliga faktorerna som styr lead release, och det börjar med en bättre teststrategi och förståelse för några grundläggande sanningar, "Sa Scully.

Scully och Santucci hävdar att de människor som hanterar och reglerar offentliga vattensystem bör använda vetenskapliga data för att förutsäga riskerna med blyutsläpp. Riskbedömningar baserade på vetenskapliga data bör ersätta nuvarande beroende av vattenprovtagning, vilket är oprecist och ofta för sent för att förhindra en katastrof.

Ett prediktivt ramverk för blykorrosion skulle göra det möjligt för tillsynsmyndigheter och infrastrukturförvaltare att förutse problem och hantera risken för vattenförhållanden i samband med oacceptabelt blyutsläpp.

Santucci och Scully rekommenderar bättre termodynamiska och kinetiska beräkningar och modeller som kan förutsäga frigivning och ackumulering av bly. De föreslagna modellerna skulle kunna generera riskbedömningar baserade på dynamiska data som vattenkemi, reaktionshastigheter, skalbildning och inhibitoriska korrosionsmekanismer, samt vattenstagnation och flöde.

Medborgarforskare kan hjälpa till att möta utmaningen för datainsamling. "Snabb noggrann testning, kanske via mobiltelefontestsatser, skulle kunna ge mer realtidsdata. Handhållen, mobilteknik som gör det möjligt för medborgare att övervaka sitt eget dricksvatten borde redan ha utvecklats, "Sa Scully.

Santucci och Scully illustrerar hur kemisk termodynamik kan förutsäga bildandet av termodynamiskt stabila blybaserade föreningar på blyrörsytor. Vissa föreningar bildar fördelaktiga filmer som kan fungera som kinetiska barriärer för att hindra korrosion och fungera för att binda i övrigt lösligt bly.

"Stabil filmutveckling beror på en viss jämviktskemi, med konsekvenser för fosfatbehandling, "Santucci sa." Tillsätt mer fosfat och du kan ta bort mer lösligt bly för att bilda en skyddande blyfosfatfilm. Ta bort fosfat helt, och du litar sedan på att hoppas att andra blyföreningar (bly-karbonat, -sulfat, -oxid, etc.) kan ta bort de blynivåer du behöver, " vilket vanligtvis inte är fallet.

I fosfatbehandlat vatten, en bly-fosfatfilm bildas. "Från våra uppgifter, det är termodynamiskt omöjligt att hålla sig inom det acceptabla intervallet för EPA:s bly- och kopparregel utan en hämmare som fosfat. Men det tar tid för skalan att bildas. Vi måste utforska nya inhibitorkemikalier och ytförändrande medel som optimerar den skyddande skaltäckningen på en rörvägg, sa Santucci.

Författarna föreslår också helt nya idéer att förutse, övervaka och förhindra framtida bly i vattenkriser. Artificiell intelligens och maskininlärning kan hjälpa till att identifiera samband mellan vatten- och rörförhållanden och blynivåer i dricksvatten. Santucci och Scully föreslår också en lovande strategi att använda isotopanalys för att spåra blykällorna. "Denna strategi skulle förbättra vår förståelse för hur bly frigörs från blyrör och andra inte så uppenbara källor, som det verkligen saknas, " står det i deras tidning.

Offentliga tjänstemän kan hävda att investeringen i vetenskaplig forskning och modellering är onödig eftersom blybaserade rör byts ut, om än på husägarnas bekostnad. Scully and Santucci disagree with that perspective. "Total replacement of lead service lines is a wonderful goal, but finding all sources of lead can be difficult, "Sa Scully.

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."