水环境中新污染物研究进展

许婧 余丽 李卫华 杨厚云 王嵘

摘要：近年来，水环境中新污染物检出频率和检出种类逐渐增多，新污染物由于来源广泛、含量低、环境持久性和毒性强，对水生态环境和人体健康构成极大威胁，且传统的水处理工艺去除新污染物存在不确定性和不足之处。文章重点介绍了目前国际上广泛关注的水环境中存在的持久性有机污染物、内分泌干扰物、抗生素和微塑料这四类新污染物，综述了它们的分布特征、危害、迁移归趋厦去除方法，井从源头控制、水体监测、提高水处理工艺方面对新污染物防控进行展望，旨在为水体新污染物的控制与去除提供有益参考。

关键词：新污染物；分布；危害；迁移归趋；去除技术

中图分类号：X522 文献标志码：A

前言

近年来，随着人口逐渐增加和工业的迅速发展，有毒废物的倾倒、农药的过量使用、污泥的随意排放以及其他危险化学品的浪费等，对公众的健康和生态环境造成严重危害。随着人类环保意识的增强和人们环境检测技术的提高，大量的新污染物在环境水体中被检测出来。新污染物（Emerging contaminants，ECs）指的是由人类活动造成的，目前已在环境中明确存在，危害人体健康和生态环境的，但因其生产使用历史相对较短或发现危害较晚尚无法律法规和标准予以规定或规定不完善的所有在生产建设或者其他活动中产生的污染物。由于缺乏针对这些污染物的严格监管，导致废水处理系统无法有效地消除这些不同类别的新出现的污染物，因此这些化合物被有意或无意地释放到水生环境中，影响整个水环境。

随着《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二0三五年远景目标的建议》的公布，提出“重视新污染物治理”这一表述。在“十四五”时期，不断推进新污染物治理取得新进展。文章中对新污染物的分布危害，迁移转化以及去除方式进行了总结和分析，为今后选择合适的方法来去除新污染提供一定的理论依据，并结合当下的去除技术和情况进行展望。

1水环境中新污染物的分布特征及危害

因新污染物在环境中的长期残留性、生物积累和毒性而受到人们关注，污染物的来源非常广泛，涵盖至各个领域，如个人保健用品，卫生保健等。目前国际上主要关注的被排放到环境中的新污染物主要有四大类：一是持久性有机污染物，二是内分泌干扰素，三是抗生素，四是微塑料。

1.1持久性有机污染物（POPs）的分布以及危害

持久性有机污染物（Persistent organic pollutants，POPs）是一种典型的微污染物，是环境中不易被降解的化学物质。由于人类活动对这些有害微污染物的利用，它们经常在水环境中积累。持久性有机污染物在水中分解非常缓慢，因此可以在环境中长时间存在。例如，一些持久性有机污染物，如艾氏剂、氯丹、二氯二苯三氯乙烷（DDT）、灭蚁灵和毒杀芬被用作杀虫剂。

大多数持久性有机污染物为高脂溶性，具有半挥发性，对生态环境甚至人体造成损害。此外，一些持久性有机污染物也是水溶性的，如全氟辛烷磺酸等。上述污染物具有生物积累的趋势，在生物体内代谢缓慢，因此导致这些污染物长期存在于我们的身体内。

1.2内分泌干扰物（EDCs）的分布以及危害

内分泌干扰物（Endocrine disrupting chenucals，EDCs）是一种新兴的毒性物质，它被定义为通过干扰内分泌系统功能对生物体造成有害健康影响的外源性物质或混合物。内分泌干扰物通过多种途径进入水环境，在靠近海域、湖泊区域的港口以及工农业发达地区的内分泌干扰物含量比其他地区都高。此外，运输过程中工业废物和化学品的意外泄漏威胁着水生环境和海洋动物。

内分泌干扰物会导致某些内分泌疾病。即使在微量浓度下，内分泌干扰物在水中的持久性也足以引起许多物种的内分泌紊乱。因此，在排放前对废水中的内分泌干扰物进行有效管理至关重要。

1.3抗生素的分布以及危害

抗生素是具有抗菌、抗真菌或抗寄生虫活性的物质。一种可能的现代定义假装把抗生素限定为抑制或消除微生物（如细菌、真菌或原生动物）生长的化疗药物，是药品和个人护理产品（PPCPs）中一种被广泛研究的类别。抗生素在环境中仅有部分降解，可在水体中累积，对生态和人类健康构成风险。各种兽用药和人类药物在制造、处置或代谢排泄过程中都会不断释放到环境中。

抗生素不仅在生物体内累积，而且在环境中也广泛存在。它们即使在低浓度下也具有很高的生物活性，并可对人类和水生生物造成毒性效应。王依琳等人研究发现，即使是低剂量暴露（3.2-1 128.4 ng/L）也会对损害正常身体功能产生显著影响。像抗生素这样的治疗药物在水环境中可能会保留其特性或转化为更有活性的化合物。还有一些非传统的途径污染环境，例如，由于缺乏回收过期药物，药品的循环利用也可能是阻止这种进入环境途径的一种可能性。

1.4微塑料的分布以及危害

微塑料（Micro plastics，MPs）是指一种最大尺寸不超过5毫米的颗粒，是水体和土壤中普遍存在且降解缓慢的污染物。微塑料具有滞留时间长、稳定性高、破碎潜力大、吸附其他污染物等特点。微塑料主要污染源是家庭污水排放，包括来自化妆品和清洁产品的聚合物颗粒、用于制造塑料产品的原料以及用于空气爆破的塑料颗粒或粉末。废水处理厂也是微塑料释放的主要来源，在废水处理过程中，大的塑料颗粒被有效地去除，而微塑料往往绕过处理装置，从而进入并积累在水生环境中。微塑料的潜在毒性来自于未反应的单体、低聚物和从塑料中泄漏的化学添加剂，单体和低聚物都能从食品包装材料中迁移，由于其浓度达到一定的限度，人体可能通过不同的途径吸收。

综上，人类的人为活动和其他化学生产工业是产生新污染物的主要原因。大多数新污染物是为各种用途而生产的，或者是在燃烧和工业制造过程中产生的副产品。目前人们对新污染物的危害还缺乏系统的认识，要想更好地监测和控制水环境中的新污染物，就需要对其环境行为做进一步研究。

2水环境中新污染物的迁移归趋

淡水中的新污染物的影响与陆地环境高度相关，当河流流经城市和城镇时，工厂的废水和其他污水排放到城镇中。在城市地区，废水排放、废水过流、雨水排放、乱扔垃圾等排放路径会造成河流的污染。另一个重要的陆地资源是农田；化肥、农作物保温用塑料大棚、农业灌溉等导致农业土壤中存在大量的新污染物，它们可以通过雨水和农田灌溉径流流人周围的河流和地表水。此外，它们还通过降雨或渗滤进入淡水环境。最后，含有新污染物的废水直接用于农业灌溉，导致新污染物在土壤中积累，然后迁移到淡水水体中。同时，污水处理厂也是不可忽视的来源之一，一般来说，污水处理厂废水中新污染物的去除率低，其中大部分进入了污水池。污水处理厂的许多污泥被用于生产农作物肥料或直接施用，这使它们成为进入生态环境的一个主要来源。

新污染物在水环境中的迁移可分为水平运动和垂直运动，与流速、深度、流速变化、水体底部地形、风速相关。水平迁移方面，水流的流动作为新污染物的主要输送方式，随着污染物被输送到不同的水空间，其空间分布发生了明显的变化，其浓度在不同区域发生了量级的变化。垂直迁移时，新污染物附着在其他物质上导致上升或者上浮。另外风的驱动力也起着重要的作用，在风的推动下，促进新污染物迁移。此外，水生生物的摄人也是影响新污染物垂直迁移的重要原因。水生生物可以在不同的时间内在体内吸收或累计新污染物，然后在很大程度上运输新污染物，其中一些会进入深海。淡水中的大多数新污染物最终会聚集到海洋中，并进行下一步的迁移。

其中，微塑料易暴露在阳光下，即使在底部也能被紫外线辐射降解，所以微塑料在面积较小的浅水性湖泊中更容易降解。在进入水环境后，一般认为微塑料的迁移转化发生在海洋中。很多微塑料没有被发现，是因为它们被分解成小得找不到的碎片，或者它们在水里没有被发现，而不是消失了。

3水环境中新污染物的去除方法

新污染物在自然环境中具有难降解、溶解性低，且会在生物体内富集的特性，甚至有致癌患病的风险，因此受到人们的高度关注。近年来，越来越多的新污染物被检测出来，对于它们的去除技术逐步成为人们研究的新课题。除了传统工艺对于污染物的去除外，为了满足实际去除的要求逐步研究出很多新的去除方法（见表1、表2）。

传统的新污染物处理方法包括物化法和生物技术。高级氧化是一种新型的电化学工艺，包括光催化降解，该技术无需添加其他化学品，可扩展应用到太阳能光作为可再生无污染能源，可以做到环境友好的修复。另外吸附过程是一种表面现象，在这种现象中，通过与固体表面（吸附剂）接触，可溶化学物质（吸附剂）从流体中被去除。在化学过程，其中絮凝法是最突出的，可用于水处理的不同阶段，一种很有前途的高级处理工艺，可以去除废水中经常检测到的许多药物产物。最具有高效的技术是生物处理技术，如活性污泥和生物诱捕过滤器能够将含水有机污染物降解为无毒的生物质。

大部分技术具有一定的局限性，如吸附和混凝一絮凝，以沉降作为后处理，只能固定有毒化合物，而不能完全去除。在另一种方法中，化学氧化和生物技术也面临许多缺点，包括成本高、化学消耗大、破坏不完全和延长整体处理时间。去除新污染物的优先有效技术是那些具有优势的技术，例如高效率、生态友好和技术可靠低成本的技术。

3.1持久性有机污染物去除方法

不同的技术被用于降解持久性有机污染物，包括生物修复、氧化、吸附、光催化降解和臭氧化。多种降解方法在不同环境条件下降解持久性有机污染物的可行性不同，需要同时开发，从而促进多种技术的互补性。例如，电化学修复和光催化降解对水环境介质中的持久性有机污染物表现出更高的降解效率。因此，多种技术的共同发展更有利于实现对持久性有机污染物的全面去除。

3.2内分泌干扰物去除方法

从水环境中去除内分泌干扰物的传统技术可分为两类，即物化法和生物法。内分泌干扰物的物理处理包括吸附、混凝－絮凝－沉淀和膜过滤。通常研究所选的处理方案并没有始终符合期望的去除效率水平。内分泌干扰物的去除效率取决于污水处理厂常用的单元操作和工艺。

除上述分离，吸附和生物与化学转化工艺外，一些新兴的处理技术也可用于内分泌干扰物降解，这些技术对于内分泌干扰物的去除效率达到80%以上，如超临界流体萃取、特殊设计的介质光分解和电晕放电电氧化。

3.3抗生素去除方法

除了传统工艺去除抗生素以外，目前许多高效的联合工艺被用于去除水中抗生素。具有代表性的方法有：纳滤结合臭氧为基础的高级氧化工艺处理废水。在对某污水处理厂抗生素去除的研究中，采用Uv254光解、臭氧化和UV/03工艺处理纳滤浓缩液。抗生素能被有效去除。因此，通过研究中提出的方案，未来可能实现污水处理厂微污染物的零排放。

3.4微塑料去除方法

目前，人们广泛致力于污水处理厂过程中微塑料的去除，包括一级处理（如沉降和过滤）、二级处理（如生物过滤器和生物反应器）和三级处理（如超滤、纳滤、反渗透）。一般来说，这些过程不是高效地去除微塑料。近年来，开发了低成本和高效的去除微塑料的修复技术，如土壤和近岸海洋系统。先进微／纳米材料的光催化协同细菌生物降解是一种很有前途的策略，可用于从水环境、土壤和沉积物中去除微塑料，这值得未来进一步研究。

4结语

国内外研究者对于水环境中新污染物还处于初级的研究阶段，未来的方向是减轻、预防和控制新污染物，这是当前需要认识到的重点之一。首先要从源头管控，相关部门应制定统一规定检测和排放废水，或者出台相关政策提倡使用对环境友好类产品，从源头控制新污染物的污染。其次增加水环境的监测，以保证掌握水质现状以及变化趋势。对于水体中出现的污染物超标情况应及时排查处理。另外要提高工艺的处理效率，当前去除新污染物技术需要进一步研究，开发一种具有良好工作条件的生态友好型综合废水处理系统。该技术可以提高过滤效率，具有良好的新污染物去除效果，并可显著降低整体处理成本。