導(dǎo) 讀

近年來，水體中頻繁檢出的抗生素、全氟化合物和微塑料等化學(xué)品已經(jīng)成為一類不可忽視的新污染，給飲用水安全帶來潛在風(fēng)險和巨大挑戰(zhàn)。國家“十四五規(guī)劃”中已明確提出了“重視新污染物治理”的工作部署，而新污染物治理作為飲用水源污染防控的重要新領(lǐng)域，目前缺乏切實有效的防控技術(shù)與治理手段。通過梳理國內(nèi)外涉及飲用水新污染物的政策與行動計劃發(fā)展情況，分析新污染物相關(guān)研究和技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢，總結(jié)本領(lǐng)域的發(fā)展目標和重點任務(wù)，提煉出前沿科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)，為應(yīng)對新污染物所帶來的飲用水安全保障新挑戰(zhàn)提供參考。

侯立安，中國工程院院士，主要研究方向為水安全與水資源保障技術(shù)。

《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》中明確提出了“重視新污染物治理”的工作部署。新污染物（Emerging contaminants, ECs）是指新近發(fā)現(xiàn)或被關(guān)注，對生態(tài)環(huán)境或人體健康存在風(fēng)險，尚未納入管理或者現(xiàn)有管理措施不足以有效防控其風(fēng)險的各類污染物。新污染物由于其生物毒性、環(huán)境持久性和生物累積性明顯，在環(huán)境中即使?jié)舛容^低，也可能具有顯著的環(huán)境與健康風(fēng)險，其危害具有潛在性和隱蔽性，因此，這類污染物一旦進入飲用水源，將會給人民群眾健康帶來較大風(fēng)險。
由于飲用水安全是關(guān)系人民群眾健康的重要問題，我國政府高度重視傳統(tǒng)水源污染帶來的飲用水安全問題，從政策規(guī)劃、標準制定以及關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)等方面多舉措并行，構(gòu)建飲用水源污染防治與安全保障體系。經(jīng)過持續(xù)不斷的努力，我國飲用水安全現(xiàn)狀得到了顯著改善。但近年來，國內(nèi)外諸多水體中頻繁檢出的微塑料、內(nèi)分泌干擾物、藥物及個人護理品等新污染物給飲用水安全保障帶來了新挑戰(zhàn)，成為國際上飲用水領(lǐng)域的研究熱點。
這些新污染物存在類別多、濃度低、環(huán)境遷移轉(zhuǎn)化路徑不清晰、健康風(fēng)險不明確、常規(guī)處理技術(shù)效率不高以及相關(guān)法規(guī)標準不完善等問題，導(dǎo)致對飲用水源中出現(xiàn)的新污染物尚缺乏切實有效的防控技術(shù)與治理手段。本文將梳理國內(nèi)外涉及飲用水新污染物的政策與行動計劃發(fā)展情況，分析新污染物相關(guān)研究和技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢，總結(jié)本領(lǐng)域的發(fā)展目標和重點任務(wù)，提煉出前沿科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)，為應(yīng)對新污染物所帶來的飲用水安全保障新挑戰(zhàn)提供參考。
01新污染物的來源與環(huán)境遷移情況
水體是新污染物在環(huán)境中分布的主要載體，地表水、地下水、暴雨廢水、飲用水和各類污廢水等水環(huán)境中都有檢測到新污染物的相關(guān)報道。目前，水環(huán)境中比較受關(guān)注的新污染物主要包括：內(nèi)分泌干擾物、藥物及個人護理品、人工納米材料、全氟化合物、溴化阻燃劑和多環(huán)芳烴等，其主要來源包括：
·生活污水；
·農(nóng)藥排放污水；
·制藥企業(yè)排放污水；
·養(yǎng)殖業(yè)廢水；
·農(nóng)業(yè)廢水；
·醫(yī)院廢水等。
新污染物在水循環(huán)系統(tǒng)中，通過徑流、擴散、滲濾等多種途徑進入地表水和地下水，造成飲用水源的污染，對水生生物、生態(tài)安全和人身健康構(gòu)成了潛在威脅。其中，污水處理廠是新污染物的重要匯聚地和發(fā)散地，因為大部分新污染物具有親水特性，在傳統(tǒng)處理過程中難以完全去除，在二級出水甚至三級出水中仍能夠檢測到這些新污染物，導(dǎo)致污水處理廠出水成為新污染物進入自然水生環(huán)境的關(guān)鍵節(jié)點，進一步通過環(huán)境遷移和轉(zhuǎn)化擴散到其他水源中。
雖然“源輸入-河流-水庫”的新污染物遷移與轉(zhuǎn)化模式具有一定的普遍性，但是綠化等環(huán)境因素、降雨量等季節(jié)性差異和人口密度等社會經(jīng)濟狀況也會影響新污染物的轉(zhuǎn)移路徑，例如我國西部大范圍的綠化面積能夠有效攔截微塑料類新污染物經(jīng)過地表徑流進入污水處理廠。目前，飲用水源新污染物轉(zhuǎn)移過程中存在的問題在于對轉(zhuǎn)移路徑缺乏自動監(jiān)控，尚難以繪出較為準確的新污染水環(huán)境分布與遷移路徑圖。
02飲用水源中新污染物防控研發(fā)現(xiàn)狀
2.1 全球政策與行動計劃概況
近年來，全球很多國家對飲用水源中新污染物防控與去除提出了相關(guān)政策和行動方案，以保障飲用水安全、維護人們生命安全和健康。圖1給出了我國、歐盟和美國有關(guān)水環(huán)境中新污染防控以及飲用水中涉及新污染物的相關(guān)政策和行動計劃情況。

圖1 我國、歐盟和美國有關(guān)水環(huán)境中新污染防控政策和行動計劃概況
如圖1中灰色框所示，美國自20世紀90年代中期開始關(guān)注水環(huán)境中鄰苯二甲酸酯（PAEs）和多氯聯(lián)苯（PCBs）等新污染物；2006至2013年期間先后出臺《地表水水質(zhì)標準》《關(guān)于直接飲用再利用系統(tǒng)的公共衛(wèi)生標準的報告》等水質(zhì)標準，對地表水及直飲水回用二級出水中部分藥物及個人護理用品（PPCPs）、內(nèi)分泌干擾素（EDCs）等設(shè)置濃度限值，并頒布了《飲用水安全法（Safe Drinking Water Act）》，完善了飲用水中新污染物的監(jiān)測指標，對多種EDCs、全氟化合物（PFAS）、PCBs、多環(huán)芳香烴（PAHs）等設(shè)置濃度限值。2019年，美國環(huán)保署出臺了針對全氟辛烷基磺酸（PFOS）和全氟辛酸（PFOA）的行動方案，此項舉措進一步推動了對飲用水中該類物質(zhì)的有效監(jiān)管。
圖1中淺藍色框給出了歐盟對水環(huán)境中新污染物防控的有關(guān)政策和行動方案。2000年，歐盟理事會和歐洲議會發(fā)布了歐洲水框架指令（Water Frame Directive, WFD），以改善水資源狀態(tài)。該指令開發(fā)了基于計分排序的優(yōu)先污染物篩選方 法，為歐盟各國在水資源管理和保護領(lǐng)域提供了重要指導(dǎo)。隨著對新污染物認知的深入，于2006年和2011年又對WFD進行修正，完善了EDCs、PPCPs、PFOS等的地表水質(zhì)量標準。近年來，歐盟設(shè)立的“Modelkey”計劃對毒性評估項目進行了支持，促進了效應(yīng)導(dǎo)向分析法（Effect-directed Analysis，EDA）的發(fā)展，為新污染物監(jiān)測標準的制定提供了科學(xué)基礎(chǔ)。隨著數(shù)字革命的發(fā)展，歐盟進一步啟動了旨在支持水務(wù)信息化發(fā)展，實現(xiàn)智慧水務(wù)的一系列項目，整合科研力量，成立 “Ctrl+SWAN”（Cloud Technologies and Real Time Monitoring+ Smart Water Network）行動組，為新污染物在線監(jiān)測研究提供了支撐。
我國對水環(huán)境中新污染物的防控也給予了高度關(guān)注，并采取了一系列相關(guān)措施（圖1中深藍色框）。20世紀90年代以來，以國家環(huán)境保護總局發(fā)布的《污水綜合排放標準（1996年）》《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（2002年）》《地表水環(huán)境質(zhì)量標準（2002年）》《生活飲用水水質(zhì)衛(wèi)生規(guī)范（2006年）》等為引導(dǎo)，從源頭到末端不斷完善對新污染物的控制要求。部分新污染物在飲用水中的限值濃度已低于美國環(huán)境保護署和世界衛(wèi)生組織規(guī)定的限值。“十三五”規(guī)劃（2016-2020年）期間，為順應(yīng)智慧城市的發(fā)展潮流，推進水務(wù)信息化建設(shè)，先后在上海浦東新區(qū)和深圳建立區(qū)域智慧水務(wù)平臺，為新污染物的智慧監(jiān)測提供平臺［10］。2021年10月生態(tài)環(huán)境部組織編制了《新污染物治理行動方案（征求意見稿）》，提出了6個方面共25條具體措施。
2.2 飲用水源中新污染物防控研究現(xiàn)狀
新污染物的概念是2003年P(guān)ETROVI等首次提出，通過分析以“Emerging contaminants”為作者關(guān)鍵詞檢索web of science核心集收錄論文情況(如圖2所示)，可以發(fā)現(xiàn)雖然新污染物的概念提出時間不長，但迅速受到廣泛關(guān)注，近年來的論文發(fā)表數(shù)量幾乎呈指數(shù)級增長，成為環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點。

圖2 2003-2021年新污染物領(lǐng)域年度新增論文數(shù)量變化趨勢

通過分析2003-2021年web of science核心集收錄論文涉及的研究領(lǐng)域和熱點，可以確定新污染物領(lǐng)域密切相關(guān)的學(xué)科和領(lǐng)域。如圖3所示，文獻檢索的高頻率關(guān)鍵詞是"water"，進一步說明以水體為載體的分布形式是新污染物的主要分布形式。同時可以看出，全球新污染物領(lǐng)域研究熱點主要集中在藥物及個人護理品等污染物、毒性評估、去除技術(shù)等方面。這些研究顯示出新污染物的研究主要屬于環(huán)境科學(xué)和環(huán)境工程的學(xué)科范疇，但除此之外，最密切相關(guān)的則是水資源、化學(xué)工程、分析化學(xué)和毒理學(xué)，表明水環(huán)境中新污染物的去除、檢測和毒理風(fēng)險是最為關(guān)注的方向。

圖3 2003-2021年新污染物領(lǐng)域研究熱點方向

2.3 飲用水源中新污染物防控面臨的挑戰(zhàn)
水環(huán)境中的新污染物的主要特征是濃度低、種類多、物化性質(zhì)復(fù)雜，由此給飲用水源中新污染物的防控帶來了一系列的挑戰(zhàn)，存在新污染物的來源、區(qū)域污染特征、影響其多介質(zhì)分布的遷移轉(zhuǎn)化行為等環(huán)境地球化學(xué)屬性不明；新污染物的暴露途徑復(fù)雜，其環(huán)境生態(tài)與健康毒性的認識不一；現(xiàn)有技術(shù)處理、處置新污染物時效率不高等問題。具體包括如下幾個方面：
（1）新興污染物一般濃度較低、成分未知，定性和定量分析難度大，目前的檢測技術(shù)常包含萃取、凈化、濃縮富集等多個前處理步驟，操作較為繁瑣，傳統(tǒng)隨機采樣以及實驗室分析技術(shù)容易產(chǎn)生時間差，存在滯后性。
（2）由于監(jiān)測難，使得新污染物分布狀況和區(qū)域特征污染的系統(tǒng)研究缺乏，因此，對我國飲用水源的新污染物污染狀況認識存在兩極分化：過分渲染和完全無視的現(xiàn)象并存。
（3）飲用水源新污染物的檢測和控制未納入工廠排放標準和廢水監(jiān)測標準，缺乏分類治理、全過程環(huán)境風(fēng)險管控的依據(jù)和基礎(chǔ)。
（4）在健康與風(fēng)險評價方面，缺乏對新污染物健康風(fēng)險分子水平的認識，和長期低水平暴露對健康的影響，另外，當(dāng)前風(fēng)險評價多基于單一新污染物，缺乏多污染物復(fù)合評價。
（5）新污染物的物化性質(zhì)、生態(tài)風(fēng)險和毒理毒性與傳統(tǒng)污染物有本質(zhì)區(qū)別，傳統(tǒng)的分析方法、研究手段和處置措施難以簡單地移植到新污染物防控領(lǐng)域，而新技術(shù)大多停留在試驗階段，中試或?qū)嶋H運行規(guī)模的尚未廣泛應(yīng)用。
03飲用水源新污染物防控關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展方向
針對我國飲用水源中新污染物防控的上述挑戰(zhàn)，應(yīng)以有效防范新污染物環(huán)境與健康風(fēng)險為核心，以構(gòu)建新污染物的風(fēng)險評價與控制技術(shù)體系，建立完善風(fēng)險評價方法學(xué)，識別重點風(fēng)險源為目標，開展一系列基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。
為此，需要大力發(fā)展高效、靈敏的新污染物檢測技術(shù)實現(xiàn)污染物識別和清單研究，開展新污染物生物毒性和健康風(fēng)險評價體系研究，發(fā)展綠色、高效的新污染物實用去除技術(shù)，研發(fā)并構(gòu)建大數(shù)據(jù)分析的新污染物轉(zhuǎn)化遷移體系的智慧化水網(wǎng)；通過攻克上述關(guān)鍵支撐技術(shù)，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)和國際競爭力的新污染物防控技術(shù)裝備，掌握一批世界領(lǐng)先的關(guān)鍵核心技術(shù)，實現(xiàn)新污染物防控體系的標準化、優(yōu)質(zhì)化；基于上述實用型去除技術(shù)和智能化供水系統(tǒng)對水廠進行升級改造，建立相互關(guān)聯(lián)和依托的示范工程，如圖4所示。最終實現(xiàn)飲用水源新污染物防控從基礎(chǔ)理論到關(guān)鍵技術(shù)再到工程應(yīng)用的整體提升。

圖4 我國飲用水源中新污染物防控發(fā)展趨勢