作者:张双虎 来源:中国科学报 发布时间:2021/1/12 16:43:55
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新兴污染物治理须走出“死循环”

 

未出生婴儿的胎盘中发现微塑料颗粒,二甲双胍的自来水消毒副产物具有潜在公共卫生安全危害……新兴污染物正越来越醒目地出现在我们身边。

近日,清华大学深圳国际研究生院教授张锡辉团队发表于Journal of Hazardous Materials的论文,发现常规污水处理厂出水中,部分新兴污染浓度过高,该研究同时提出一种基于纳米陶瓷膜的组合工艺方案用于城市污水深度处理。

既“新”又“多”的污染

学术界认为,新兴污染物通常指环境中新出现、或新近引起关注的,尚未列入常规监测系统,对生态环境和人类健康具有危害或潜在风险的化学或生物污染物。

“其特点主要是‘新’和‘多’。”中科院城市环境研究所研究员孙倩告诉《中国科学报》,“新”不仅指新合成、新应用的物质,也是日益发展的新技术、更灵敏的设备检出和发现的污染物。因为新,人们对其在环境中的污染水平、分布特征、迁移规律、转化机制、生物毒性、生态效应和处理技术等的认识尚不充分。“多”体现在其覆盖了种类繁多的物质,新兴污染物是个统称,包括环境内分泌干扰物、药品与个人护理用品、全氟类化合物等有机污染物,也包括纳米材料、微塑料、抗生素抗性基因等。

“这些新兴污染物因具有较高的生物毒性或生态效应,因此近年来备受关注。总的来说,新兴污染物的种类繁多、结构各异,其在环境中的行为各异,有的容易经由生物降解、光解和/或水解等过程自然衰减,也有的性质稳定,可长期存在于环境中,造成持续的影响。例如,痕量新兴污染物即可能影响微型生物群落这一维持生态系统稳定的关键类群。”孙倩说。

“根据目前的科研数据和报道,类似污染确实越来越多。”西湖大学生命科学学院教授吴连锋对《中国科学报》说,“比如,被广泛推崇为万能神药的二甲双胍使用量日益增加,它经人体代谢后排入大自然或水系,甚至它在自来水消毒中的含氮副产物具有潜在公共卫生危害,都还没有引起广泛关注。”

常规技术去除效率低

“城市污水中的新兴污染物主要有两类,一是环境激素类物质,例如双酚A和炔雌醇,二是抗生素类物质,例如磺胺类抗生素。”张锡辉对《中国科学报》说,“前者会影响生育和婴儿性别,比如避孕药的主要成分乙炔雌二醇(EE2),比如双酚A作为广泛使用的塑化剂,普遍用于塑料行业、电子行业,因此在水里分布很广,浓度也比较高。”

“城市人口密集,污染排放集中,城市污水处理系统受纳人类排放的新兴污染物,是新兴污染物进入环境中的重要途径。”孙倩说。

张锡辉团队的研究表明,城市污水中,京津冀地区、长三角地区和珠三角地区污染最严重。

“我们现在陷入一个‘死循环’中。”张锡辉说,“人们服药后,一些成分经代谢排出人体,进入污水厂,如果污水处理厂不能妥善处理,最后又排进河流,汇入水库,再进入城市自来水供水系统。如果乙炔雌二醇达到0.2个纳克/升,就会有生物毒理效应出现,现在有的污水厂乙炔雌二醇已经达到400多纳克/升,这个是相当严重的。”

据张锡辉介绍,污水处理通常分三个阶段,一是去除BOD(生化需氧量) 、COD(化学需氧量)和氨氮一些导致水体黑臭的物质;二是脱氮除磷(导致富营养化的物质),达到三、四类水标准;三是像欧洲一些发达国家一样,出台针对新兴污染物的标准,在标准的指导下进行污水处理升级改造,去除痕量的新兴污染物。

“我国学者在这方面的关注比较早,研究非常多,这个领域也容易发文章。但相对来说,技术和应用方面研究较少。”张锡辉说,“一是目前我国大部分污水处理厂的主要目标是脱氮除磷,解决水体富养化问题。二是我们还没有出台相应的控制新兴污染物的标准,污水处理厂缺乏改造升级的动力。”

多数污水处理厂主要面向常规污染物,所采用的技术对去除新兴污染物效率很低,不能有效降解去除五花八门的新兴污染物。因为新兴污染物浓度极低,约是常规污染物浓度的百万分之一,两者完全“不是一个量级的”。

在最新发布的论文中,张锡辉团队提出一种纳米陶瓷滤膜对城市污水进行深度处理的解决方案。

“这种滤膜可以在纳米孔隙里,催化分解去除纳克量级的污染物,其效率可以达到99%以上。”张锡辉说,“只要在污水处理最后阶段加上这样一套纳米催化滤膜即可。”

治理需要对症下药

孙倩认为,现行污水处理系统虽然具有一定程度的去除多数新兴污染物的能力,但是,未被完全去除的新兴污染物进入自然环境中,其在流域自净作用下会进一步衰减。近年来我国高度重视生态环境保护工作,水环境质量得到大幅度改善;“对于饮用水而言,新兴污染物在城市供水系统中的检出频率低,偶见的检出浓度也极低”。

“若出现泄漏等突发事件污染饮用水源,给水(饮用水)净化所涉及的混凝、过滤等工艺,结合活性炭吸附和高级氧化等深度处理技术,可一定程度上去除新兴污染物。”孙倩说,“即便如此,处理过程仍需考虑不同类别新兴污染物的理化性质和环境行为,治理过程需要对症下药。”

“目前人们对新兴污染物的认知有限,相关研究仍需进一步深入。”孙倩建议发展高通量的检测技术,加强新兴污染物监测力度和普查水平,提升对环境中新兴污染物的污染现状和环境行为的认知;系统评估痕量污染物及其转化产物的生物毒性和生态效应,识别高风险物质。同时开展前瞻性科研,发展和储备高效控制新兴污染物的技术和工艺,有效控制新兴污染物的效应和风险。

相关论文信息:DOI:10.1016/j.jhazmat.2020.124817

 
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