从直接排放到污水净化——近代美国城市的瘟疫流行与排污设施的改进

孙群郎

(浙江师范大学,浙江 金华 321004)

19世纪是美国崛起的世纪,美国从一个农业国演变为一个工业化和城市化的强国,其间美国经历了两次工业革命,形成了两个经济核心区,即以轻工业为主的东北部工业区和以重工业为主的中西部工业区。工业化与城市化是一对孪生兄弟,在工业化的带动下,美国的城市化也经历了快速发展,城市人口比例由1790年的5.1%上升到1860年的19.8%,再到1920年的51.2%,美国成为一个初步城市化的国家。①工业化和城市化给美国带来的不仅是繁荣富强,也造成了诸多社会问题,其中之一就是城市环境和自然环境的恶化。城市街道垃圾遍地,污水横流;地下水受到污染,江河湖泊污浊不堪;空气中弥漫着有毒气体和令人作呕的臭气。有美国学者评论道:“在19世纪城市面临的诸多危机之中,没有比环境污染更加明显更加严重的。”②城市环境的恶化导致了频繁的瘟疫爆发,在19世纪,美国每年都有某些城市遭到瘟疫的袭击,有时甚至爆发遍及全国的瘟疫大流行,导致成千上万人罹病乃至死亡。当时,欧美流行的病原学(aetiology)理论主要是“瘴气学说”(miasma theory),对城市卫生运动(sanitary movement)的兴起发挥了重要的促进作用。该学说认为,由城市及其周围的污物产生的一种瘴气是导致瘟疫肆虐的罪魁祸首。于是,美国人开始采取各种措施改进城市卫生,比如,修建供水和排污工程,清扫街道,销毁垃圾,改进设备和能源,限制工厂排放烟雾等。然而,只有19世纪末细菌理论(germ theory)的确立,才对美国城市卫生的变革产生了决定性影响。本文只探讨美国最重要的城市卫生设施之一,即污水排放和净化设施的发展。

一、19世纪前期美国城市污水处理设施的缺失与瘟疫流行

直到19世纪80年代,美国绝大多数城市仍没有铺设排污管道,人们处理污水和粪便的方式,或是按照古老习惯将其抛洒在街上,或是采用传统的私家粪池(privy vaults)或污水池(cesspools)进行暂时储存。这些污水池或粪池有的安置在自家后院,有的则安置在地下室中。它们是一种底部用砖块或沙石作底衬的深坑,污水通过渗漏进入周围的土壤之中,而粪便和固体残渣则慢慢积累起来。对粪便的处理有两种方法,一种是等到粪池积满之后,用泥土将其覆盖,重新挖掘新的粪池;另一种方法就是居民或城市政府与掏粪工(scavenger)或私人公司签订合同定期清理。这种清理和运输工作往往是在夜间进行,用装有粪桶的马车运走,因此这些粪便被称为“夜土”(night soil)。这些粪便大多是作为肥料卖给农场主,但也有的是直接倾倒在溪流或城外空地之中。③直到1880年,美国仍然有103个城市的粪便是作为肥料使用的,政府禁止将其倒入溪流和空地之中。④

早在18世纪末,纽约和波士顿等大城市就在市中心铺设了少许地下管道用于排放雨水,禁止居民将其污水池和粪池连接到这些雨水管道,因为除了暴雨天气以外,由于水量不足,这些管道往往会淤积堵塞,释放出恶臭气味。但大多数城市直到19世纪末仍没有地下管道,而是用街边明沟排放雨水、污水、垃圾和人类粪便等。有些较为富裕或自然条件方便的住户则自家修建排污管道,将污水和粪便直接排放到自然水域之中,有的城市还组建了私人排污公司铺设排污管道,向相关住户收用。

美国城市供水管道的铺设早于污水管道的铺设,在1800—1865年间,许多城市修建了供水管道,向城市居民提供较为充裕的自来水。1802年,费城第一个修建了供水系统,纽约、波士顿、底特律、辛辛那提等城市紧随其后,到1860年,美国最大的16个城市已经拥有135个供水系统,到1880年达到598个。⑤随着自来水的出现,室内浴室、抽水马桶和厨房水槽等室内用水设施迅速增加。1853年,波士顿居民拥有2.7万个室内用水设施,而到1870年猛增到12.4万个。⑥城市供水和室内用水设施的使用,使人均用水量骤然增加,从而导致污水排放也骤然增加。比如,1856年芝加哥市每人每天用水33加仑,1882年增加到144加仑;同期,底特律从55加仑增加到149加仑。⑦与此同时,城市人口的迅速增长进一步增加了城市粪便和污水排放量。由于大量的粪便和污水注入容量有限的粪池和污水池,导致其满溢泛滥。1894年,宾夕法尼亚州的卫生部长本杰明·李(Benjamin Lee)抱怨道:“充足的自来水导致了大面积的粪便污染,……在提供充分的污水处理手段之前,不应允许安装抽水马桶,以免其成为威胁公众健康的公害。”⑧

由于19世纪的美国城市缺少最基本的基础设施,街道没有铺砌,供水不够卫生,导致污水横流,垃圾如山,烟雾弥漫,臭气熏天。恶劣的环境卫生导致了瘟疫的流行肆虐,比如天花、疟疾、霍乱、伤寒、白喉、麻疹、伤寒、黄热病、肺结核、猩红热、流行性腮腺炎等。黄热病是一种非常可怕的流行病,在内战前的20年间,几乎每年都有黄热病袭击南部某些港口城市,1844年《新奥尔良医学杂志》(New-Orleans Medical Journal)在其首卷语中写道:“黄热病是我市和我们地区最主要的疾病。”⑨田纳西州的孟菲斯被称为“疾病的渊薮”(haven of disease),各种流行病多次肆虐,其中1878年黄热病的袭击导致5150人病故,占该市人口的1/6。⑩霍乱是另一种恶毒的瘟疫,曾四次给美国城市造成严重创伤,其中1849年导致纽约市5071人死亡,但据当时一位医生威廉·比尔(William P. Buel)估计,患病者大约在1.8万到2万人之间,亡者大约有8000人。当然,有些流行病并不产生于美国城市,而是通过跨大西洋贸易和外来移民由欧洲传入,但肮脏龌龊的城市环境无疑加重了这些瘟疫的传播和肆虐。不仅在瘟疫流行期间,美国城市损失惨重,即使在普通年代,美国城市同样有大量人口死于流行病。表1是1855—1864年间纽约市每千人死于瘟疫的人数。

表1 1855—1865年间纽约瘟疫死亡率

美国城市瘟疫的大流引起了人们的极大恐慌,也迫使人们对瘟疫的来源进行反思。人们最初的反应并不是从科学的角度去探寻根源,而是认为瘟疫乃是来自上帝对人类罪行的惩罚。1793年费城黄热病流行期间,该市一位著名的路德派信徒亨利·赫尔穆特(J. Henry Helmut)说道:“我把整个事件看作是来自公正和仁慈的上帝对我们罪有应得的惩罚”。联合教会(Associate Church)的牧师威廉·马歇尔(William Marshall)在该瘟疫过去5年后,仍不忘记提醒他的会众:“毫无疑问,我们城市的罪恶是导致瘟疫爆发的道德原因”。在1832年霍乱流行期间,纽约州长宣称:“无限智慧与公正的上帝认为,应该利用一场瘟疫作为惩罚人类罪恶的手段,它似乎是一个恰当的方法,用以惩罚人类肮脏污秽和放荡不羁的罪行”。关于瘟疫病原学的争论,主要发生在瘴气学说与细菌理论之间,这种争论长达半个世纪之久,对美国的城市卫生运动产生了极大影响。

二、瘴气学说与细菌理论的争论

需要指出的是,并非所有人都认为瘟疫的爆发是来自上帝对人类的惩罚,特别是从19世纪中期开始,一些医生和学者开始从自然科学的角度来考虑瘟疫的起源,于是现代病原学产生了。现代人都知道,黄热病和霍乱等流行病是由病毒或细菌引起的,但当时的人们并没有这种科学认识,细菌理论直到19世纪80年代以后才被人们接受。在此之前,美国乃至欧洲一直存在着细菌理论与瘴气学说的争论。

瘴气学说当时也被称为“污秽学说”(filth theory),是一种较为传统的病原学说,它从化学角度而非微生物学角度来分析疾病的起源,认为各种流行病的产生并不是由某种特定的微生物或细菌引起的,因此不具有传染性,而是由城市的粪便、污水、垃圾或动物尸体等腐烂变质或附近溪流沼泽中的植物分解而产生的某种化学物质“瘴气”(miasma)而引起的。这种气体并不导致某种特定的流行病,而是由于某种偶然因素而引发不同的流行病,比如黄热病、霍乱、伤寒等。它认为疾病的传播主要是通过呼吸道进行的,而不是通过饮食或蚊虫叮咬进行的。在美国城市铺设了排污管道之后,这种气体往往被称为“管道气体”(sewer gas),它会通过管道进入室内或其他空间,危害人体健康。持这种病原学观点的人被称为“反传染论者”。细菌理论出现的相对较晚,主要从19世纪中期开始,这种学说认为,特定的流行病是由特定的微生物(细菌)引起的,可以在个体之间传播。持这种观点的人被称为“传染论者”。瘴气学说在19世纪的美国长期占据统治地位,只是在19世纪80年代以后,细菌理论才得到了美国人的认可,特别是在高倍显微镜发明以后。在这一点上,美国医学界要比欧洲医学界落后得多。因此,当爆发某种流行病之后,其时美国的医学界都是用瘴气学说进行解释。比如,在费城1793年和1798年遭到黄热病袭击之时,该市医生本杰明·拉什(Benjamin Rush)医生认为,瘟疫产生于垃圾和沼泽植物腐烂所产生的瘴气对空气的污染。1854年,霍乱病在罗德岛州的普罗维登斯肆虐,埃德温·斯诺(Edwin M. Snow)认为,该市运河与社区污浊的气体是导致普罗维登斯霍乱流行的元凶。

瘴气学说不仅在美国盛行,而且在英国和欧洲大陆也曾备受推崇。比如,英国的卫生专家埃德温·查德威克(Edwin Chadwick)就是瘴气理论的主要倡导者,他认为,从腐烂的有机物散发出来的臭气会传播致命的疾病,他于1846年宣称:“所有的气味都是病”。在他的推动下,英国于1848年成立了“英国中央卫生委员会”,来负责监察英国各城市的卫生状况。虽然瘴气学说并不完全正确,但它的病原学原理却具有一定的科学性,即恶劣的卫生环境会产生瘟疫或加剧瘟疫的流行。因此,它对推动美国城市卫生运动的出现和发展发挥了积极作用,其中就包括排污管道的铺设。正如美国学者约翰·达菲所评论的那样:“基于这种正确的认识,即清洁卫生、空气新鲜和饮水洁净对于社区健康是至关重要的,同时基于一种不太正确的设想,即流行病产生于一种不能确定的所谓瘴气,19世纪的卫生运动对于居民健康作出了重大贡献。”然而,瘴气学说毕竟是一种不完善的病原学理论,是人类医学发展史上的一个误区。事实上,微生物学说产生于16世纪,之所以到19世纪才开始流行,只是由于显微镜的发展尚不完善,从而使该学说得不到充足的证据。比如,在1832年美国霍乱大流行期间,纽约大学的医药专家塞缪尔·亨利·迪克森(Samuel Henry Dickson)就相信霍乱具有传染性。他认为,霍乱的病原体虽然用显微镜都难以看到,但它必然是一种生命有机体,“不管是单细胞还是更复杂的结构,不管是真菌孢子还是微小虫类,它们能自我复制,无限繁殖,这些都意味着它必然具有生命力”。

给瘴气学说沉重一击的是伦敦医生约翰·斯诺(John Snow),他被称为现代流行病学之父。1852年,英国颁布了《大都市供水法》,要求在1856年之前,所有供水公司必须将其水泵迁移到未受污染的上游水源,但伦敦的“南部社区和沃克斯豪尔供水公司”在1853—1854年霍乱瘟疫流行以后才迁移水泵。斯诺通过绘制瘟疫患者分布图发现,那些没有迁移水泵的供水区提供了污染的饮用水,由此引发了霍乱的爆发与流行。于是,1855年。诺斯发表了一个小册子《论霍乱的传播方式》(On the Mode of Communication of Cholera),认为传染病可能是由肉眼看不见的微小寄生虫所致。斯诺指出,瘴气学说不能解释流行病的传播,因为患者的第一个症状是消化系统问题,这很可能是由腐坏的食物或污染的饮水所致。更重要的是,斯诺在霍乱患者的粪便和呕吐物中发现了这种病原体。

美国医学界对细菌理论似乎有一种天然的抵触心理,对其采取一种“等等看”(wait-and-see)的态度。比如,在“国家检疫和卫生公约”组织(National Quarantine and Sanitary Conventions)于1859和1860年召开的两次年会上,成立了一个委员会对瘴气的性质和来源进行调查。该组织的调查报告,重复了本杰明·拉什等18世纪医生和学者们的老调,认为来自屠宰场、沼泽、污水池和污水管道腐烂的动植物所产生的瘴气,导致了各种流行病的爆发。美国人对细菌理论的抵制导致了美国医学界在病原学方面的落后。因此,美国学者菲利斯·艾伦·里士满(Phyllis Allen Richmond)讽刺道:“显然,对美国人而言,那些欧洲大陆相信细菌传染疾病学说的人,也许一直生活在月球上”。

对细菌理论进行完善和证明的是法国化学家路易斯·巴斯德(Louis Pasteur)和德国医生罗伯特·柯克(Robert Koch),他们将特定的细菌与特定的传染病联系起来,认为一种细菌只产生一种疾病。1884年,柯克指导的一个研究小组分离出了霍乱毒株——弧菌(Vibrio),柯克将其描述为“有点弯曲,像个逗号”,所以称其为“逗点弧菌”(comma bacillus)。柯克因此荣获了微生物学之父的赞誉。19世纪八九十年代科学家们还分离出了肺结核、白喉等传染病的病菌,它们可以在污水、垃圾、食物等中存活,可以通过呼吸、饮食和蚊虫叮咬等方式传播。

细菌理论对人类战胜瘟疫,促进人类健康无疑作出了巨大贡献,但在其产生之初还存在一定的缺陷,即它认为环境卫生对细菌的滋生与传播没有影响,因而对城市卫生运动的发展一度产生了消极影响。比如,1906年,美国卫生工程师欧内斯特·麦卡洛(Ernest McCullough)宣称,“气味没有危险,如果有的话,它们也很少引发疾病。它们只是让我们感觉不快……,不清洁的环境并不像过去人们认为的那样会对健康产生危害”。有的学者甚至通过抨击瘴气学说,否认城市卫生运动对维护人类健康的重要性,从而走向了另一个极端。因此,著名的卫生学家乔治·惠普尔(George C. Whipple)于1925年反驳道:“某些卫生官员倾向于低估环境卫生的重要性,而强调个人接触中的传染,并忽视环境状况在疾病传染中的重要性。……本人认为他们是错误的”。20世纪初期,细菌理论的倡导者否认环境卫生对预防疾病的作用,是其认识尚不成熟的表现,随着医疗科学的进一步发展,人们才认识到环境卫生对于人类健康的重要性。

环境卫生虽然在各种传染病的治疗中不能发挥直接作用,但在预防瘟疫和维护人类健康方面能够发挥重要作用。而且,瘴气学说与细菌理论也并非像人们想象的那样截然对立,两者并非没有共同点,它们都认为污秽的环境可以产生有害物质,危害人体健康。另外,瘴气理论也存在一定的道理,有机物质在腐烂分解的过程中,也确实会产生某些有害健康的化学物质或气体,而且肮脏的环境也会滋生蚊蝇等传播媒介,改善城市环境,可以减少细菌和蚊蝇等传播途径。因此,美国学者南希·托姆斯指出:“我希望矫正‘瘴气学说与细菌理论’的简单对立,因为显而易见的是,至少在大众科学(popular science)的层次上,对有关感染和传染的卫生理论(即瘴气学说)的理解,为人们迅速接受细菌理论铺平了道路。”因此,这两种学说在各自不同的时代都曾为人类预防和治疗传染病发挥了积极作用。

三、19世纪后期美国城市排污管道的铺设及其弊端

前文指出,到19世纪中期,美国许多城市修建了供水工程,城市居民开始使用自来水,抽水马桶等室内用水设备也开始普遍使用。但粪便和污水处理仍在使用传统的粪池和污水池,结果导致了粪池和污水池的毁坏和泛滥,成为城市卫生方面的公害。与此同时,美国城市也正经历着史无前例的瘟疫肆虐,人们普遍认为瘟疫是由各种污秽之物散发的瘴气所致,为了预防和制止瘟疫的产生与传播,许多城市展开了城市卫生运动,其重要内容之一就是铺设地下排污管道,将粪便和污水排除城外。查德威克是英国著名的瘴气学说的倡导者,同时也是19世纪40年代以来铺设排污管道最有力的推动者,主张尽快将粪便和污水排出城外,以免产生瘴气危害居民健康。他主张,既要建立完善的城市供水系统,也要修建统一的排污系统,将粪便和污水排放到农田作为肥料。这种“动脉和静脉相通”的城市将会“实现古埃及一个永久的循环模式,即将毒蛇的尾巴放进毒蛇的口内”。

在内战之前,美国只有三个城市进行了系统性排污管道的尝试,即泽西城、芝加哥和布鲁克林。内战之后,铺设污水管道的城市迅速增加。当时的排污管道存在两个严重的缺陷,其一是没有污水净化设施,而是将粪便和污水直接排入自然水域,从而造成严重的水体污染。其二,这些排污管道往往不是专门排放粪便和污水的“分流制管道”(separate sewer),而是与雨水管道合一的“合流制管道”(combined sewers),污水与雨水合流,水流量急剧增大,极大地增加了建立污水处理设备的困难,从而进一步造成了自然水域的污染。美国分流制管道的倡导者和实践者是著名工程师乔治·韦林(George E. Waring Jr.)。他起初是农学家,经营过农场,也是瘴气学说的倡导者,后来成为著名的排水工程师,因此特别重视污水粪便作为肥料资源在农业中的利用。他指出:“少量的粪便与大量的雨水混合,两者不能分离而无法加以利用。而污水灌溉(sewage farming)往往是最有效的污水净化手段,从而可以减少污水处理的成本。”韦林最著名的排污工程是他为孟菲斯市设计的分流制管道系统,这种单纯的排污管道比合流制管道要细小得多,主干管道直径为15至20英寸,分支管道直径只有6英寸,可以节省大笔资金,该工程于1881年底竣工。但需要注意的是,韦林没有为孟菲斯设计雨水管道,而是采用街边明沟排放雨水,这种明沟往往难以逃脱城市垃圾沟的命运。美国合流制管道的倡导者是著名的工程师鲁道夫·赫林(Rudolph Hering)。他是一位专业工程师,1867年毕业于德国皇家理工学院(German Royal Polytechnical School),于1876—1880年间在费城担任桥梁和排水工程师,发表了大量相关著述。1881年,国家卫生委员会(the National Board of Health)派遣赫林等人到欧洲考察,同年底他发表了研究报告,认为大城市的雨水和家庭污水量都很大,为了减少城市内涝和对交通的干扰,应该铺设合流制管道,以便节省资金。而小城市的雨水不成问题,不必铺设雨水管道,家庭污水和粪便的排放却是一个重要问题,适于铺设专门的排污管道。赫林的分析是以成本—效益为前提的,其合流制方案主要是为了节省资金。结果,在合流制与分流制的竞争中,前者主要应用于大城市,后者多限于小城镇。据统计,1909年在30万人以上的大城市中,单一的排污管道只占7.2%,单一的雨水管道只占3.2%,而合流制管道则高达89.6%。而在3万到5万人的小城市中,三种类型的管道分别占40.1%、10.9%和49.0%,即分流制管道稍高于合流制管道。

纽约市官员伊莱·莱维特(Eli Leavitt)于1844年在其年度报告中敦促,应该制定综合性的排水管道规划,以代替现有杂乱无章的管道。于是,1849年纽约州议会授权克罗顿供水部(Croton Aqueduct Department)负责规划和修建纽约市的排水管道。在1849—1853年间,纽约市修建了53英里的合流制管道,该市地下管道总长达到105英里。1853年4月,纽约市议会通过法令,允许将私人粪池或抽水马桶连接到公共雨水管道,但需要缴纳10美元的使用费。波士顿于1875年任命著名工程师埃利斯·切斯布鲁(Ellis S. Chesbrough)等人研究和解决该市的排污问题。第二年,他提出了一份报告,估计波士顿32个独立的排污系统每天向该市港口和河流排放大约2000万加仑的污水。他建议实施“主体管道”工程,将波士顿排污管道连通起来,将污水统一输送到月亮岛(Moon Island)的一个池塘之中,在低潮时排入海湾。该工程于1884年竣工,但波士顿周围其他城镇仍然向南湾和罗克斯伯里运河排放污水,其解决办法就是实行区域主义的治理。1889年6月,马萨诸塞州议会通过法律,决定修建“大都市区排污系统”,到1905年,波士顿所有流域都已被相互交织的排污系统所覆盖,并由大都市区排污委员会统一管理。

芝加哥是美国第一个建立综合性排水系统的大城市。1850年,芝加哥用橡木板修建了一些排水管道,直接将污水排放到芝加哥河,随后注入密歇根湖,结果污染了该市的饮用水源。1855年,伊利诺伊州议会成立了“地下管道委员会”,授权制定并实施芝加哥的管道计划。工程师埃利斯·切斯布鲁设计了合流制管道系统,污水通过芝加哥河注入密歇根湖,同样没有考虑该市供水污染的问题。为了减少对密歇根湖的污染,从1863年到1871年,芝加哥市在布里奇波特(Bridgeport)修建了一个抽水站,将芝加哥河的水抽到德斯普兰斯河(Des Plaines River),然后注入密西西比河,芝加哥河的水由密歇根湖补充,从而形成河水倒流,减少对密歇根湖的污染。1871年,根据联邦政府的“开凿计划”(Deep Cut Plan),芝加哥投资300万美元修建了一条运河,将芝加哥河与德斯普兰斯河连接起来,从而打通了从墨西哥湾到五大湖的航运。由于前者的水位高于后者,就形成了从芝加哥河和密歇根湖到德斯普兰斯河和密西西比河的自流,芝加哥则利用该运河将污水排放到密西西比河,但该运河的水流较小,每秒钟只有600立方英尺,不足以完全改变芝加哥市排入芝加哥河的污水流向密歇根湖的状况。为了确保芝加哥的饮水源头免遭污染,1883年,伊利诺伊州议会和州卫生委员会授权在布里奇波特修建了一个规模更大的抽水站,将芝加哥河的污水抽到上述运河,抽水量为每秒钟1000立方英尺。在州议会的支持之下,该市在1892—1900年又挖掘了一条“芝加哥卫生和通航运河”(the Chicago Sanitary and Ship Canal),其流量达到每秒钟4167立方英尺,从而使芝加哥河的流向发生了彻底的逆转,使该河不再注入密歇根湖,而是通过德斯普兰斯河和伊利诺伊河注入密西西比河。从此,芝加哥的污水对密歇根湖的饮用水源再也不会构成威胁。然而,芝加哥污水对密西西比河的污染却威胁了下游30英里处圣路易斯市的饮水水源。

从全国范围来看,在1870年美国的100个大城市中,50%拥有排污管道系统;在1890年的450个城市中,72%拥有管道系统;在1920年的3000个城市中,87%拥有管道系统(表2)。

表2 1870—1920年美国拥有排污管道的城市数和城市人口数

尽管美国的排污系统存在两大缺陷,但排污管道的修建极大地减少了户外厕所和私人粪池的数量,从而改善了城市本身的环境卫生。比如,1891年纽约市卫生局报道,该市的户外厕所已大部分拆除。而根据1894年联邦政府的调查,该市廉租公寓的居民几乎仍有一半在使用户外厕所,但到1909年,在该市的10.2万套廉租公寓中,只有1920个户外厕所,而1917年的一项调查则报道,该市的户外厕所已经绝迹。同样,芝加哥的户外厕所也在急剧减少,1894年,该市74%的廉租公寓住户仍然在使用户外厕所,到1899年,该市仍然拥有4万个户外厕所。1901年,该市通过法律,要求所有新建住房必须提供室内卫生间,因此到1910年,该市户外厕所减少到14407个,到1918年减少到6000个。

排污管道将粪便和污水排放到城外,减少了污物与市民的直接接触,从而在一定程度上有利于城市居民健康。根据早在1863年《美国科学》(Scientific American)的一项报道,纽约市那些铺设了排污管道的街道,其居民的死亡率大约下降了一半,其他城市也有类似的情形。该杂志在1896年的一篇报道中再次得出了相同的结论:“患病率与死亡率的统计表明,在城市排污与人口死亡率之间、城市卫生与居民健康之间存在着紧密的联系。”由此可见,尽管瘴气学说这种病原学理论存在不足,但它极大地推动了19世纪美国的城市卫生运动,特别是地下排污管道的铺设,从而有力地保护了城市居民健康。19世纪80年代,欧文·史密斯(Erwin F. Smith)向密歇根州健康委员会提交的年度报告更证明了这一点。他结合欧洲城市的经验,比较了15个分别拥有和没有排污系统的城市,这些城市在传染病死亡率方面存在巨大差别。在那些没有铺设排污管道的城市中,平均死亡率为每10万人死亡35.8人,而拥有排污管道的城市同比只有26人。他指出,在良好的排污管道与伤寒病和霍乱病之间存在着直接的关系,在慕尼黑铺设排污管道后,每1000居民死于伤寒并的数量从1.82人下降到0.17人。纽约和布鲁克林拥有较好的供水和排水系统,在以往的10年里,其伤寒病死亡率分别为每1000人只有0.28和0.15人。相反,俄国的圣彼得堡没有任何适当的排污系统,1883和1884年其伤寒病死亡率分别为每1000人1.06和0.93人。

四、19世纪末20世纪初细菌理论的胜利与污水净化设施的建立

毫无疑问,污水的直接排放是一种简单粗暴和没有远见的做法。对此,美国城市环境史学家马丁·梅洛西(Martin V. Melosi)不无揶揄地评论道:“工业时代的美国城市流行一种‘眼不见,心不烦’(out of sight, out of mind)的观念:只要有人将污物从直觉范围内运走,这一问题就算解决了。不幸的是,这些城市并不能将污物抛弃到‘视线以外’。市民与市政官员对于直接排放未经处理的污水,对露天焚烧垃圾,无所顾忌地露天倾倒垃圾等行为视而不见,置若罔闻”。但这往往不仅是一种只图省事的坏习性,更是一种以邻为壑的自私心态,因为将污水直接排放到自然水域之中,有时虽然也会祸及自身,但更主要的是对下游城市和乡村产生严重的危害。芝加哥将污水排放到密西西比河而对下游圣路易斯市的供水产生危害,就是一个极为显著的例子。

细菌理论的胜利对于改变这一状况发挥了积极作用。瘴气学说认为,瘟疫是由粪便和污水中腐败物质的分解而产生的一种有毒气体所导致的,只要把它们排放到城外,消除了产生瘴气的根源,问题也就解决了。因此,许多城市的卫生官员积极倡导所谓“稀释方法”,认为自然水域有一种自洁能力,当污水进入自然水域后,其中的污染物就会被清水稀释,并自我分解净化。但细菌理论则认为,城市瘟疫产生于细菌的大量繁殖,即使将废水和污物排放到自然水域,其中的细菌也不会死亡,而是会随着供水系统进入人们的饮用水之中,从而引发疾病乃至瘟疫流行。因此,信奉细菌理论的人主张,在将污水和污物排放到自然水域之前,应该进行某种程度的净化处理。瘴气论者和细菌论者之间展开了长期的争论,直到19世纪八九十年代以后,后者才逐渐占据上风,许多城市才开始修建污水处理场,对污水进行一定程度的净化处理。

细菌理论的支持者积极倡导污水净化,比如,19世纪90年代初,马萨诸塞州的劳伦斯实验站(Lawrence Experiment Station)对伤寒病的研究就证明了该疾病与饮水的污染存在关联。于是,一些公共卫生专家接受了乔治·惠普尔的忠告:“污水排放的主要危险在于其所包含的细菌”。合流制排污系统的倡导者赫林也于1895年主张:“污水在排入河流之前必须加以净化处理。因此,如果对未来未加适当的考虑,而只顾及当今的污水处理问题,那么就不应制定任何排污系统的计划”。但一些保守的工程师却仍然主张直接排放,比如,著名的管道工程师乔治·富勒(George Fuller)宣称:“通过稀释处理污水是一种适当的方式,当污水在自然水域分散以后,那些污物就会被细菌和较大的植物或动物分解吸收,或者用其他方式得到处理,因此不会产生公害”。许多工程师主张,只要对城市供水进行净化就可以了,而无须净化污水。比如1909年的《工程纪录》(Engineering Record)写道:“对所有相关城市而言,下述方法往往更加公平,即上游城市将污水排入河流中,下游城市净化河水以供家用,而不是强迫上游修建污水处理设备。”但是,如果供水水源污染过重,就会加大供水的净化难度,甚至不能达到所需标准。比如,匹兹堡的饮用水就是从附近河流中汲取的,除了自身排放的污水以外,上游129个市镇35万人的污水被直接排入河流,因此尽管该市拥有供水净化设施,其伤寒病的死亡率仍然高居美国第一,从1899年到1907年其疾病死亡率高达每10万人130人,而1905年北方城市的平均数字为每10万人35人。

除了城市民用污水以外,随着重工业尤其是化学工业的发展,工业废水对自然水域的污染程度日益严重,但人们尚未认识其危害性,所以很少受到关注。1906年,美国地质调查局(U. S. Geological Survey)的水文学家马歇尔·莱顿(Marshal O. Leighton)提出:“由于工业废水一般不含各类病菌,因此,从单纯致病的角度看,它们与卫生的关联十分遥远”。甚至有人认为工业废水可以杀死细菌,因此,梅洛西评论道:“工业废水在许多人看来只是经济增长的一种必要的祸害”。进入20世纪20年代以后,随着人们对工业废水性质认识水平的提高,对工业废水的处理开始严格起来。根据1923年的一项报告,美国和加拿大至少有248个供水系统受到工业污染。20世纪30年代美国公共卫生局(U. S. Public Health Service)的一份报告总结道:“工业所排放的有机污染物大约与美国全体居民所排放的一样多。”于是,人们开始关注河流污染问题,此时一些州政府发挥了积极作用,出现了一些限制水体污染的立法。1886年,马萨诸塞州首开风气之先,制定了河流保护法;同年纽约州通过立法,要求各市向州卫生部提交排污计划;1893年,俄亥俄州也通过了相似的立法。20世纪初,更多的州制定此类法律,比如康涅狄格、明尼苏达、新罕布什尔、新泽西、宾夕法尼亚、佛蒙特等州。宾夕法尼亚州于1905年制定了《清洁水法》(the Pure Water Act),要求“保护该州水源的清洁,以保护公众健康”。该法禁止各市新建排污系统将未经处理的污水排放到该州的河流之中,但原有的排污系统不在此列。如果某市希望扩大原有的排污系统,则需要得到州有关部门的批准。根据1905年美国地质调查局的报告,当年美国已有36个州制定了某种保护饮水的立法,其中8个州的法律“非常严格”。

各州法院也通过了一系列判例,认为如果上游城市向河流排放污水,危害了下游河水使用者的权利,前者就应该对后者进行赔偿。比如,1899年宾夕法尼亚州高等法院在一次判决中宣布:“任何法规或用途都不允许向河流排放污水,危害公众健康,……在接近饮水取水地点的地方向自然水域排放污水……属于公害行为”。1900年,康涅狄格州高等法院宣布:“向河流排放污水的权利,并不包括将污水中混杂的大量有毒物质排入河流的权利,甚至达到河流不能稀释的程度,或者在河水流经他人的地产之时,不可能不对其财产造成损害。这种行为就是侵犯了他人的财产权”。尽管法院不能确定下游城市的流行疾病是否源于上游城市的污水排放,但这些判决迫使上游城市不得不考虑污水净化问题。

19世纪末20世纪初,美国联邦政府对于水体污染的防治所发挥的作用不大,这是因为美国传统的自由放任主义思想还很盛行。然而,国会仍然制定了一些相关立法,比如1899年的《河流与港口法》(Rivers and Harbors Act),禁止向航道和港口倾倒垃圾,但对污水排放不加干涉,因为该法的目的并不是为了防治水体污染,而是为了保护州际航道的畅通。1944年的《公共卫生服务法》(the Public Health Service Act)是联邦政府最早关注水体污染问题的立法。1912年,美国公共卫生局(the U. S. Public Health Service)建立了试验设施,采用科学分析的方法,对俄亥俄河、波托马克河、伊利诺伊河的水质进行了分析,确立了河流自洁的能力标准。该机构在关于供水净化、污水处理等方面的技术研究,为城市的污水净化处理提供了指导。

迫于政府管制和法院判决,一些城市开始采取污水净化措施。从技术的角度讲,美国的污水处理技术有一个循序渐进的发展过程。最古老的一种是“大水漫灌法”(broad irrigation)或“污水农业法”(sewage farming),这种方法首先于1858年由英国人发明,19世纪70年代传入新英格兰,然后扩展到西部,就是将城市污水排放到大面积松散的沙土地上,并进行作物种植,既净化了污水,还肥沃了农田。但是,这种方法也存在问题,比如污染附近的河流,农业工人会受到感染,甚至农作物也会受到污染。另一种污水净化方式是“间歇过滤法”(intermittent filtration),由“污水农业法”改进而来。这种方法要求的面积较小。在净化过程中,每天向4英尺深的沙床注入污水3次,用沙土对污水进行过滤。这种间歇的过滤可以使空气进入沙床,从而通过生物和物理方式分解废物,清除臭味、悬浮物和细菌。1887年,马萨诸塞州首先采用此法,到1934年,美国已经有600个此种污水处理场,主要分布在新英格兰和大西洋沿岸地区,因为这些地区沙土较为充分。随着技术的不断进步,美国逐渐出现了各种现代化的污水处理设备。

虽然美国不断出现较为先进的污水处理设备,但出于成本的考虑,仍然有许多专业人士主张通过直接排放和稀释的方式达到自然净化的目的。比如,1912年11月,一个由管道工程师组成的“全国防止河流和水道污染协会”(the National Association for Preventing the Pollution of Rivers and Waterways)发表了一份报告,仍然主张采用稀释方式处理污水。该报告宣称:不可能维持或恢复河流与水道“原始自然的洁净状态”,因此,“法律不能全面禁止向我们的河流与水道排放未经处理的污水”。这种见解充分暴露了人类对大自然进行残酷剥削的心态,认为自然水域的净化能力如果得不到利用,就是一种资源浪费,对自然和人类健康的保护仅限于最低水准,而将经济效益保持在最大化程度。这乃是现代环境危机和人类遭到大自然诸多报复与惩罚的根本原因。因此,污水处理设施建立的速度十分缓慢,到1902年,美国只有95个城市对其部分污水进行了处理,且大多数属于小城镇,其中只有11个城镇的人口超过3万人。另外,只有极少数城市修建了分流制管道,在3万人以上的城市中,只有新奥尔良拥有分流制管道,其余的大城市都属于合流制管道,并且主要通过稀释法处理污水。直到1940年,美国只有16个大城市的污水得到了部分治理,污水处理比例最高的城市是密尔沃基,高达85%,芝加哥和巴尔的摩各70%,纽约25%,费城15%,洛杉矶只有5%,而底特律、波士顿、匹兹堡和辛辛那提等许多大城市污水根本没有进行处理,其污水全部直接排入自然水域。即使稀释法具有一定道理,但污水排放量与自然水域之间也存在一定的限度,然而美国污水的排放量远远大于这个限度,从而严重地污染了自然水域和城市供水,而且也严重破坏了生态环境,影响了水产业、农业灌溉、休闲旅游等行业的发展。

从美国总体情况来看,如表3所示,1880年,美国城市人口数量达到14129735人,而其污水得到净化的城市人口只有大约5000人,即城市人口中只有0.035%人的污水可以得到净化;随后逐渐增加,到1940年,这一比例上升到54.6%,虽然有了巨大提高,但仍有将近一半的城市污水未能得到处理,而是直接排入自然水域。这是因为,直到“二战”时期,通过稀释净化的思想依然十分流行。1943年美国公共卫生局《关于俄亥俄河污染控制的报告》论述道:“从经济的角度看,没有必要将所有的污水进行完全的净化。河流的自洁能力是一种宝贵的可用资源。污水处理的必要程度取决于相关河流的自洁能力,水质必要的洁净程度就是避免对普通用水进行不必要的干预。”

表3 1880—1940年美国供水与排水的净化处理状况

细菌理论使人们认识到,城市粪便和污水中的细菌在排入江河以后,并不会自行消灭,而是继续存活繁殖,通过饮食和游泳等休闲活动,还会将疾病传染给人类。因此,该学说促进了美国城市污水处理设施的修建和污水净化处理。但美国人对自然资源的态度却使他们一再拖延污水的净化处理,认为不去利用自然水域的自洁能力,就是对自然资源的浪费,而且美国人以邻为壑的自私心态也阻碍了污水净化。而且,在一个实用主义的国家,经济因素是各类决策的核心,人们宁肯牺牲环境而去追求经济利益。尽管细菌理论发挥了积极作用,但生态思想尚未深入人心,美国的污水治理还需要等待人们关于人地关系观念的根本转变。

五、结 语

工业化和城市化给人类带来了物质上空前的繁荣与富足,但它们也是一把锋利的双刃剑,同时也造成了前所未有的资源破坏与环境污染,导致了瘟疫流行和对居民健康的巨大危害。在19世纪到20世纪初,美国城市所面临的一个巨大问题就是人类粪便和家用污水的处理。随着城市的扩大和人口的增加,特别是城市供水和抽水马桶的出现,私人粪池与污水池已经不能满足城市排污的需求。与此同时,美国城市中黄热病、霍乱、伤寒等疫病的频繁流行,迫使美国人去寻求疫病流行的根源。当时盛行的病原学理论瘴气学说认为,瘴气产生于腐烂的垃圾、人类粪便和污水等,因此,为了防止瘟疫的爆发,必须修建能够将粪便与污水排出城外的排污管道。可见,瘴气学说对于城市卫生的改进曾发挥了积极作用。但出于经济效益的考虑,美国各大城市铺设的大多是合流制管道系统,污水不经净化处理就直接排放到自然水域之中。随着病原学的发展和细菌理论的证明,人们最终认识到,排入江河中的细菌并不会自行消灭,而是会通过饮食和休闲活动与人类相遇而对人类生命健康产生严重威胁。于是,一些细菌理论的倡导者主张修建污水处理设施,将污水净化到一定程度再排入自然水域。然而,当时城市官员、工程人员乃至普通大众对人与生态环境的关系并无深刻认识,主张充分利用自然水域的自洁能力,通过稀释的方式来达到污水的自我净化。与此同时,由于美国城市的财政能力所限,污水处理设施的修建速度十分缓慢。甚至“二战”以后,美国绝大多数城市仍然没有建立污水处理设备。只有到20世纪六七十年代,随着美国环境保护运动的兴起,在联邦政府的直接干预下,国会通过了《清洁水法》等一系列环境立法之后,城市污水的治理问题才得到部分解决。

注 释：

①U.S. Department of Commerce, Social and Economic Statistics Administration, Bureau of the Census, 1970 Census of Population, Volume I, Characteristics of the Population, Part 1: United States Summary, Section 1, Washington, D.C.: U.S. Government Printing Office, June 1973, pp.1-62。

②Stanley K. Schultz and Clay McShane, “Pollution and Political Reform in Urban American: The Role of Municipal Engineers, 1840-1920,” Martin V. Melosi, ed., Pollution and Reform in American Cities, 1870-1930, Austin: University of Texas Press, 1980, p.156。

③U. S. Department of Commerce, National Technical Information Service, Retrospective Assessment of Wastewater Technology in the United States: 1800-1972, Volume I, Washington, D.C.: National Science Foundation, 1977, p.I-3。

④Joel A. Tarr, et al, “The Development and Impact of Urban Wastewater Technology: Changing Concepts of Water Quality Control, 1850-1930,”Martin V. Melosi, ed., Pollution and Reform in American Cities, 1870-1930, p.60。

⑤U. S. Department of Commerce, National Technical Information Service, Retrospective Assessment of Wastewater Technology in the United States: 1800-1972, Volume I, p.I-7。

⑥ Maureen Ogle, All the Modern Conveniences: American Household Plumbing, 1840-1890, Baltimore: The Johns Hopkins University Press, 1996, p.4。

⑦U. S. Department of Commerce, National Technical Information Service, Retrospective Assessment of Wastewater Technology in the United States: 1800-1972, Volume I, p.I-8。

⑨Margaret Humphreys, Yellow Fever and the south, New Brunswick, NJ: Rutgers University Press, 1992, p.48。

⑩ Martin V. Melosi, The Sanitary City: Urban Infrastructure on America from Colonial Times to the Present, Baltimore: The Johns Hopkins University Press, 2000, p.153。

群体大小对保育阶段猪的采食、饮水、排泄等影响不大，但对活动、争斗影响明显，以40头组发生打斗行为最少，20头组次之，10头组最高。