里约奥运会的游泳比赛正在热火朝天进行着，中国游泳队不断用洪荒之力使出一波波泥石流给观众带来了许多谈资和欢乐。最近在网上看到一篇关于游泳池的水知识，这周的学术星期四，小编我这个搬砖小王也就做个奥运特辑，跟大家说说泳池里的那点事(shi-niao-pi)。
泳池里的那点事
你可能不知道的是，许多优秀运动员都有哮喘症。统计数据显示职业游泳和呼吸疾病间有显著的相关性。不过这似乎是个鸡和蛋的问题，科学界还没有确认究竟是游泳导致运动员哮喘，还是患有哮喘的小孩跑去游泳然后症状得到缓解?游泳界的段子手傅园慧据说就是后者。但无论如何，这些正在巴西里约比赛的运动员，他们每天训练就得游上10000米。这意味着他们有大量的时间接触到泳池里和周围的化学物质。 要保护这些大咖们的健康，泳池的安全卫生需要细心维护，这意味着要用到很多化学物质。池水要是不处理，大量的大肠杆菌和沙门氏菌就会滋生，甚至还会有诸如Cryptosporidium parvum (小球隐孢子虫) 和Giardia lamblia(肠兰伯式鞭毛虫)等原生动物。所以要使用消毒剂来杀死各种病原体，但实际上，这些消毒剂不会安分守己地呆在水中，它们当中的大部分会和水中其他有机物质反应，例如人体污垢、汗液、尿、甚至保湿剂和各种化妆品和个人护理品，形成所谓的消毒副产物(disinfection by-products - DBPs)。
每个去游泳的人都会接触到这些物质，在水里，甚至是在周围的空气里。据一些自来水的研究报道，这些物质在累计到一定浓度就会对人体造成伤害。而长期跟水打交道的优秀运动员必然是最脆弱的人群。
最常见的消毒剂莫过于各种氯化物了，其他消毒方式包括了溴水(bromine), 臭氧和紫外光。
它们的消毒原理是和微生物生存所需的生物分子反应或者干扰它的正常运作。一般使用的消毒方式不止一种，实际也是需要结合着来用的，因为有些病原体对氯有抗性。大家可能有所不知的是，使普通游泳人士得病的往往不是那些细菌微生物，而是上述的隐孢子虫(Cryptosporidium)。它还有一个花名，叫crypto(秘密党员)，这种原生动物会造成肠道疾病。这个顽强的秘密党员虽然不怕氯，但却对紫外光很敏感，后者虽然不能杀死crypto，能使crypto无法繁殖。
臭名昭著的小球隐孢子虫(图源：wikipedia) 一般的游泳池水处理系统包括了砂滤、脱氯和调整pH。理论上结合UV紫外消毒和氯水的消毒策略，能更好够防止所有因微生物病原体造成的疾病。如果包含UV消毒的话，它一般被放在砂滤之后和脱氯之前，它不能直接放到水池里，因为它会致癌。
泳池的水是这样过滤的
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但UV消毒有一个问题，它能断裂一些DBPs的氮-氯键，产生了自由基，这些自由基会结合其他物质形成实际更加更加糟糕的副产物，例如氯化氰(cyanogen chloride)这样会伤害呼吸器官的有毒物质。
从微生物角度，紫外光消毒毫无疑问能改善水质，但从化学角度来说，它却有造成二次污染的风险。 而另外的问题是，一般泳池的水是循环再用的，这会是新生成的污染物在系统中累积。 能被替换的水一般只有那些蒸发掉的水还有那些勇于反洗砂滤罐。这换水量满足了德国泳池水处理标准——每个游泳者每天30L的用量，以防这些有害化学物的累积。而美国的标准则是15L/人/天。
荷兰TU Delft研究有一个专门研究游泳池水的团队，其中的leader叫Maarten Keuten。据他估算，游泳池每天有1%的水被流失或替换掉——这意味着一个游泳池的更新周期约为100天。
DBPs是何方神圣?
但其实有个问题还没有搞清——这些消毒副产物(DBPs)究竟是哪来的呢?据文章介绍，它们部分是来自游泳池里的水龙头，但更多的是来自游泳的人们身上的皮肤、毛发、污垢或者化妆品，或者是汗腺分泌出来的物质。但你可能有所不知的是，实际上DBPs的最大源头是尿液!
小编读到这里也是愣了…
有研究显示游泳池的尿液含量约为 每人30-80ML。很多是普通泳者自己都没有觉察到的!而对像菲尔普斯、罗切特这些顶级冠军来说，却是一件习以为常的事情…他们也不怕拿此开玩笑，甚至他们还真被人拍过…
这黄黄的颜色该不会是这俩哥们pee出来的吧?
其实也是可以理解的，这些人一跳进水里就呆上好几个小时，虽然期间他们会补水，但不会离开泳池。但别天真以为他们不需要尿尿。尿液里边还有大量的尿素，尿素的化学式是这样的：
而实际上它可以是这样的：
因为铵根的存在，它会很容易跟氯反应，形成三氯胺(trichloramine)这样的物质。你在室内泳池闻到的那股味道，就是它发出来的，但它也会引发很多呼吸道疾病。
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科学家把人们引发的DBPs前体分为三大类：污垢、汗液和尿液。据荷兰TU Delft团队的研究结果显示，三者的比例约为30%，40%和30%。话说荷兰这团队的实验也是够别(qi)开(pa)生(dou)面(bi)的了，他们让实验者穿着不同衣服在水底骑水下自行车来测试其排汗情况。
这位就是那位Keuten先生亲自上阵做这个排汗实验…
泳池里的DBPs多着去呢!真的是让傅园慧们用洪荒之力也数不完…
但简单来说，主要包括挥发性的三卤甲烷(trihalomethanes, THMs)和非挥发性的卤乙酸(haloacetic acid, HAAs)。
上图是各个游泳池都能找到的11中常见的挥发性消毒副产物。
两者都具有潜在的致癌风险。在泳池里，人体可以通过皮肤、消化道和呼吸道直接接触氯化消毒副产物。目前对于水中氯化消毒副产物的研究多集中在生活饮用水，对游泳池池水中氯化消毒副产物的研究很少。但反过来，游泳池的绿化消毒副产物的问题，也是自来水供水面对的问题。城市水问题就这样悄无声息地存在在我们生活的每个角落…
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至于投多少消毒剂，这可是有讲究的。放多了，过量的氯就会跟其他物质反应生成DBPs。篇幅关系，这里就不细说了，感兴趣的朋友自然能搜出一堆papers…
但这是否暗示大家不要再去游泳呢?当然不是。实际上游泳是一项非常有益身心健康的运动。科学研究的目的是帮助大家如何更好地在池里愉快畅泳。
但也但愿菲尔普斯等大神们能够做出表率，别再在泳池里尿尿了…
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原标题：那些年菲尔普斯尿过的泳池都发生了什么事？！
