原文发表于《科技导报》2025年第6期 《2024年饮用水新污染物防控热点回眸 》
2024年，在饮用水新污染物防控领域取得了显著进展。《科技导报》邀请侯立安院士团队撰文，系统回顾和分析饮用水新污染物组成特征、新污染物环境效应及人体健康风险、饮用水处理工艺对新污染物的去除，以及新污染物去除领域的新技术与新材料研究进展，并提出了饮用水中新污染物防控策略与建议。
01
饮用水新污染物组成特征
新污染物核心类别主要包括持久性有机污染物（POPs）、内分泌干扰物（EDCs）、抗生素、微塑料和消毒副产物。这些新污染物在多种环境中广泛分布，如工业排放源、农田径流、废水排放等（图1）。一旦被释放到环境中，它们将经历降解、挥发和生物积累等一系列复杂的转化过程，从而影响在饮用水水源中的分布。
图1 新污染物进入环境的途径及其迁移转化
全氟和多氟烷基化合物（PFASs）作为POPs的代表，因其潜在的毒性和在环境中的广泛分布，已成为监管焦点。研究显示，全氟辛酸（PFOA）和全氟辛烷磺酸（PFOS）在瓶装水中最为常见且占主导地位。尽管自来水中PFASs暴露量高于瓶装水，但总体风险相对较低。煮沸和活性炭过滤能有效降低水中PFASs的浓度，且活性炭过滤的去除效率随碳链长度增加而提升。
据全国抗生素排放量调查显示，长江流域的抗生素排放量在全国排名前3，地表水的抗生素污染状况堪忧。据报道，黄河中游无定河表层水和沉积物中的微塑料平均丰度分别为0.69±0.38个/L和608±255个/kg，以纤维状微塑料为主。检测发现8个饮用水处理厂中22种内分泌干扰物，其中18种物质浓度最高达142.8 ng/L。此外，近期一项研究发现消毒剂氯胺分解的最终产物氯硝酰胺阴离子，美国40个经过氯胺处理的饮用水样本均含该物质，中位浓度约为23 μg/L，这提示需重新评估氯胺处理水体的安全性。
02
饮用水新污染物环境效应和人体健康风险
2024年，The Innovation发表的一篇综述，从“One Health”（同一健康）的宏观视角出发，全面剖析了新污染物对地球生态系统健康的影响，并强调采用“同一健康”策略来应对这些污染物的重要性。
研究表明，双酚A类似物（BPs）能释放到水环境并被水生植物吸收转化，影响植物生长、光合作用及结构完整性。PFASs可干扰藻类光合作用及基因表达，影响其正常生长，并与病人认知功能障碍有着潜在联系。此外，新污染物具有迁移性，可通过生物累积作用对人体健康产生潜在影响（图2）。
图2 新污染物通过食物链对人类健康造成多重潜在危害
聚乳酸微纳米塑料暴露可能导致小鼠肝功能损害、血清抗氧化活性破坏及肝肺病理变化。研究报道，在人体动脉中检测到微塑料，平均浓度约为118μg/g，表明微塑料可能与人类动脉粥样硬化有关（图3）。研究发现，新污染物暴露与人体高脂血症、肥胖、代谢综合征和高尿酸血症等存在一定关联。
图3 不同动脉样本中检测到的微塑料含量及塑料种类与可能来源
03
饮用水处理工艺对新污染物的削减
中国主流净水工艺为混凝-沉淀-过滤-消毒，对新污染物控制效果尚未达到理想水平，氯消毒工艺还会生成消毒副产物，影响人体健康。因此，增加深度处理单元成为提升河网地区饮用水水质的重要措施。耦合工艺如传统工艺与高级氧化、膜技术等组合，具有高氧化效率、氧化剂余量可直接利用、去除率高等优点，已成为饮用水深度处理工艺的重要选择。然而，这些工艺往往伴随着“增碳”过程，需开发更高效的深度处理工艺，实现低碳再生与水质安全协同。
生物离子交换（BIEX）工艺通过吸附、离子交换及生物作用去除水中污染物，树脂吸附保留作用延长污染物停留时间，为生物降解提供了条件。树脂上生物膜展现良好的生物活性和丰富的菌群结构，对污染物降解效果显著。饮用水处理能耗和碳排放取决于水量、水质及处理要求等，将传统能源与可再生能源耦合使用，是缓解传统能源消耗和污染物去除的有力方式（图4）。膜系统作为能源密集过程，会产生大量的碳排放。若优化能源输送系统可节省高达20%的能源消耗并有效去除污染物。此外，借助人工智能（AI）系统，对工艺流程和多目标控制进行系统化梳理和优化，能提高处理效率。
图4 饮用水处理厂的能耗和碳排放管理
04
饮用水新污染物去除新技术与新材料
传统饮用水处理技术对新污染物去除效能存在明显局限性，深度处理工艺包括臭氧-活性炭、膜分离、高级氧化技术及其组合工艺，使用前需评估对人体健康和环境安全的风险。
通过球磨处理活性炭（PAC）可显著提高其对新污染物的吸附效率，将PAC粒径从38 μm减小到1 μm时，其对疏水农药的吸附率可提高20倍。与传统臭氧-生物活性炭（BAC）工艺相比，臭氧/过氧单硫酸盐-BAC工艺（O₃/PMS-BAC）降低了抗生素耐药性风险，且新污染物去除效果更佳。
膜分离技术在新污染物分离和去除中展现巨大的应用潜力，但膜材料存在选择权衡效应和膜污堵问题。将二维（2D）层状材料引入聚合物膜结构制备的二维材料改性聚合物膜（2DNMPMs），能提升膜的渗透通量、抗污染能力和机械能力。新膜工艺的构建旨在实现各工艺优势的最大化。例如，侯立安团队开发了一种疏松纳滤膜后接臭氧高级氧化或者活性炭的组合工艺，该工艺能够高效去除饮用水中的新污染物，同时保留钙镁等有益矿物离子，为生产高品质饮用水提供了新的工艺思路（图5）。
图5 疏松纳滤后接臭氧氧化/活性炭吸附的工艺原理
光催化技术在降解含氟化合物方面效果显著，微纳米气泡（MNBs）技术辅助高级氧化具有高效便捷、无二次污染物引入优势。紫外线高级氧化技术可有效去除饮用水新污染物。KrCl准分子灯（UV222）对氧化剂活化效果优于低压汞灯（UV254），对部分新污染物去除率略高（图6）。
图 6 有机光催化剂的设计及对含氟化合物的活化
机器学习和深度学习技术用于预测新污染物浓度、识别污染物类型和优化技术参数，提高处理效率（图7）。
图 7 机器学习模型预测微塑料污染丰度变化规律
05
饮用水源新污染物防控策略与建议
1）建立智能一体化高效监测平台，构建饮用水源新污染物动态筛查体系。利用物联网和大数据等新技术，发展多功能一体化的水质在线智能监测平台，实现新污染物实时监测与筛查。针对中国重要饮用水水源地，梳理新污染物动态清单，构建实时监测耦合动态筛查的方法体系。
2）推进关键核心技术攻关，研发新污染物高效去除工艺与装备。基于纳米材料、新膜、吸附/高级氧化耦合等技术，实现饮用水中新污染物精准控制与矿物质保留。结合新建-已建工程工艺特点，试点新工艺-原工艺融合，全面提升水厂新污染物削减能力。综合评估最优工艺路径性能-成本，加快建立饮用水源新污染物防治技术体系。
3）提升新污染物风险管控水平，建立环境健康风险评估体系。开展新污染物生物毒性和健康风险评价体系研究，深化新污染物健康风险分子水平深度认知，研究长期低水平暴露对健康的影响机制。持续研究新污染物迁移转化规律，开展新污染物与常规污染物复合的风险评价方法学研究；结合多模型联动和耦合方法，建立饮用水源中多污染物复合的环境健康风险评估体系。
4）加快出台相关政策与法律法规，完善饮用水源新污染物标准体系。目前新污染物的检测和控制未纳入企业排放标准和废水监测标准，缺乏分类治理、全过程环境风险管控的依据和基础。现行《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2022）尚未包含微塑料、抗生素等重点管控新污染物，亟需加快出台和完善饮用水源新污染物标准。加强农村地区饮用水新污染物的防治，建立保障农村饮用水安全的规范制度。发挥政府和相关行业主导性，参考国际饮用水新污染物标准与限值，建立适宜中国国情的饮用水源新污染物标准体系。
本文作者：李江、张婷、王晶、李媛、潘章斌、王涛、王斌、侯立安
作者简介：李江，贵州大学资源与环境工程学院，教授，研究方向为有机固废资源化和新污染物治理；侯立安（通信作者），中国工程院院士，研究方向为饮用水安全保障、分散点源生活污水处理和人居环境空气净化等。
文章来源：李江, 张婷, 王晶, 李媛, 潘章斌, 王涛, 王斌, 侯立安. 2024年饮用水新污染物防控热点回眸[J]. 科技导报, 2025, 43(6): 21-28.
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