
4大類新汙染物(wù),治理難度遠超傳(chuán)統(tǒng)汙染物“十四五”規劃提出後,“新型汙染物”和“新興汙染物”兩種學術界長期並(bìng)存的稱呼被統稱為“新汙染物”。其是指由人類活動造成的、目前已明確存在、但(dàn)尚(shàng)無法律法規和(hé)標準予以規定或規定(dìng)不完善(shàn)、危害生活和(hé)生態環境(jìng)的所有在生產建設或者其他活動中產生(shēng)的汙染物。
相較於傳統的二氧化硫、氮氧化物等汙染物,大部分新汙染物持(chí)久性、累積性、遷移性的(de)特征更為明顯,其能在(zài)環境中持(chí)久存在,治理難度(dù)遠超傳統的汙染物。
2022年3月30日(rì),在生態(tài)環境部召開的新聞發布會上,固體廢物與化學品司長任勇介紹,持久性的(de)有機汙染物、內分泌幹擾物、抗生素、微塑料,在被排放到環境中以後,被定義(yì)為新汙染物。持久性有機(jī)汙染物(以下簡稱POPs)是一類(lèi)半揮發、難降解且具(jù)有很強親脂憎水性的有機化合物。這類化合物大多由人類活動產生並排放至自然環(huán)境,可在大氣(qì)環境中長距離遷移導致(zhì)全球範圍的汙染,並在(zài)環境介質中不斷累積(jī),其濃度沿食物鏈逐級放大(dà),***終嚴重危害生態係統和人體健康。POPs的高毒性主要表現為對神(shén)經係統、內分泌係統和生殖免疫係統造成幹擾和破壞,並誘(yòu)發癌症(zhèng)和神經(jīng)性疾(jí)病(bìng),如日本米糠(kāng)油事件(jiàn)和越南橙劑汙染(rǎn)事件。因此(cǐ),2001年5月23日(rì),包括中(zhōng)國在內的120多(duō)個國家和地區共同簽署了《關於持(chí)久性有機汙染物的斯德哥爾摩公約》,首先對12種POPs加以管製。而近年來,新發現的具(jù)POPs 性質的有機汙染物類別正在快速增(zēng)加。研究(jiū)表明,環境中的許多化學(xué)物質,包括天然的和合成的,都具有幹(gàn)擾內分泌係統的作用,這些物質被稱為環境內(nèi)分泌幹(gàn)擾(rǎo)物(以下簡(jiǎn)稱EDCs),也稱環境激素,或者稱內分泌調節(jiē)物。美國環保署將(jiāng)環(huán)境內分泌幹擾物質(zhì)定(dìng)義為:“可通過幹擾生物體內天然激素的合成、分泌(mì)、運輸、結合、反應(yīng)和代謝等,從而對生物體或(huò)人體的(de)生殖、神經和免疫係統等功能產生影(yǐng)響的外源性化(huà)學物質”。如(rú)常見的一些殺蟲劑、二噁(wù)英、有機氯化合物、有機錫化合物、多環芳烴、鄰苯二甲酸酯(zhǐ)等。內分泌幹擾物(wù)問(wèn)題是在***近十多年才引起世界關注,但(dàn)由於環境激素汙(wū)染範圍廣、影響大,對人類(lèi)生存(cún)的威脅更直(zhí)接。值得(dé)一提(tí)的是,國外很多國家將內分泌幹擾物問題與(yǔ)臭氧層破壞及溫室效應(yīng)相提並論,足見對(duì)其的(de)重視程度。傳(chuán)統意義上的抗生素被定義為一種能夠殺滅微生物或抑(yì)製微生物生長的化合物。然(rán)而(ér),廣義上抗生素則泛指為抗菌藥、抗病毒藥、抗真菌藥和抗腫瘤藥的總稱。自1940年青(qīng)黴素應用於臨床以來,抗(kàng)生素的廣泛使用導致其在不同水生環(huán)境中的(de)富集,地表水,地下水甚至於飲用水(shuǐ)中均發現了抗生素的存在,水生(shēng)環境中(zhōng)抗生素汙染問題已(yǐ)引起廣泛關注。值得一提的是,在中國主要河流表水(shuǐ)和沉積物中檢測到了廣泛的人和動物抗生素,且發現在人口密集(jí),經濟發達的區域抗生素的濃度較高,地表水中抗生素的濃度範圍從低於檢測限(即<10ng/L)到μg/L。雖然相比於傳(chuán)統汙染物,水體中抗生素的殘留尚處於(yú)微量水平,但長(zhǎng)期持久性地(dì)暴(bào)露(lù),將對水生態環境(jìng)和人類健康(kāng)構成潛在風(fēng)險。比如,水體中抗生素的汙染將直接或間(jiān)接(jiē)地影響到(dào)人類的健康。具體體(tǐ)現為通過汙染飲用水或動(dòng)植物食品被人體攝(shè)入富集,直接引發(fā)過敏反應、三致毒性或間接致使人(rén)體菌群失(shī)調及耐藥菌(jun1)的傳入而引發潛在危害。微塑(sù)料是顆粒尺寸小於5 mm的塑料。其來源一般分為(wéi)兩種:一(yī)是人們日(rì)常使(shǐ)用的化妝(zhuāng)品以及洗滌(dí)產(chǎn)品中含有微小塑料顆粒,生活用品使用後微小塑料顆粒直接隨(suí)著生活用水(shuǐ)排進水環境(jìng)中;二(èr)是自然界中裸露的塑料垃圾經過紫外(wài)線輻射以及(jí)物理(lǐ)磨損(sǔn),分解成尺寸更小的塑(sù)料顆粒,附著在水體中。由於微塑料尺寸小、數量(liàng)多、危害大,對於生態環境存在的風險已經引起了(le)人們的關注。其危害具體可(kě)表現為:
微塑料與有機物相互作用。微塑料在水環境中可(kě)以吸附多種有(yǒu)機汙染物,並且為有機(jī)汙染物提供載(zǎi)體,從而在水環境中進行遷移,對水環境和生態(tài)係統造成了嚴(yán)重汙染和損(sǔn)壞。
微塑料與無(wú)機物相互作用。水(shuǐ)環境(jìng)中的重金屬離子可以吸附在微塑料表麵,而(ér)水環境中多種生物易將微塑料(liào)顆粒吞食,從而使得重金屬進入食物鏈中,造成嚴重的生物危害。
微塑料與微生物相互作用。水環境中微塑料可以作為微生物的生殖附著地,造成微生物富集(jí),導(dǎo)致入侵物種或者病原體可以得到快速地繁殖,從而破壞(huài)了(le)生態係(xì)統。
微塑料(liào)對生態係統的影(yǐng)響。由於微塑料在尺寸上與食物鏈底端的食(shí)物尺寸相當,因此會被生物體誤入體內,從而流向(xiàng)食物鏈,且微塑料可(kě)以在生物(wù)體體內富(fù)集,從而導致生物體造成腸道損傷、營養不良甚至窒息的不良症狀。
臭氧氧化(huà)通常置於二級生(shēng)物(wù)氧化(huà)工(gōng)藝之後(hòu),臭氧由純氧或者空氣(qì)通過臭氧發生器製備(bèi),反應器構造一般采(cǎi)用下向流式,外接尾氣處理裝置,由於臭氧氧化反應易產生許多未知的副產(chǎn)物,通常在臭氧段(duàn)後需加後續處理工藝,一般是砂濾器或者生物濾池。臭氧製(zhì)備費用較高,因(yīn)此臭(chòu)氧(yǎng)投加量對於臭氧氧化的成本來(lái)說十分重要。根據國外某汙水廠數據可知,二(èr)級出水DOC濃度為3.5~6 mg/L,臭氧(yǎng)投加量在2~5 mg/L,臭氧接觸時間(jiān)10 min,檢測的12種新汙染物(wù)均能達到80%以上的去除率,同時也起到部分消毒作用,而能耗僅增加了0.03 kWh/m3,運行總(zǒng)成本增(zēng)加了10%左(zuǒ)右。通(tōng)常EDCs和PPCPs類物(wù)質(zhì)可以被臭氧氧化有效降解,但也有一些新汙染物不能被有效去(qù)除,如碘化造影劑、甜味劑等食品添加劑和甲福(fú)明(míng)二甲(jiǎ)雙胍(抗(kàng)糖尿病藥(yào)物)等藥物,這主要與它們的化學性質有關。臭氧氧(yǎng)化的一(yī)個潛在缺點是(shì)與新(xīn)汙染物和水質組分反應的過程中(zhōng)產生了一些未知的活性副產物,如一些(xiē)具有毒性的氧化副(fù)產物,如N-二甲基亞硝胺( NDMA) 、溴酸鹽、甲醛等,這些副產物甚至可能會造成出水毒性高於臭氧處理前,因此後續的處理工(gōng)藝十分必(bì)要。另一個缺點是臭(chòu)氧製備、設備維護成(chéng)本及(jí)能耗較高(gāo),尤其是對於小型汙(wū)水處(chù)理(lǐ)廠。有數據指出(chū),小型汙水廠中臭氧氧化(加(jiā)砂濾)的能耗在(zài)0.1~0.3 kWh/m3範圍內,其中臭氧的製備能耗約16~18 kWh/kg。活性炭吸附通常采用的形式是投加粉末活性炭(以下簡稱PAC)或者(zhě)顆粒活性炭(以下簡(jiǎn)稱GAC)填料床過濾器(qì)。PAC的使用方式主要是直接投加(jiā)在曝(pù)氣池或者二沉池後新增的絮凝池中,需要後續的分離步(bù)驟,但與GAC相比,成本較低,接觸時間較短。常見的3種PAC投(tóu)加方式(shì)為,直接投加到曝氣池、投加到二沉池(chí)之後的過濾池和與(yǔ)絮凝劑一(yī)起投加到二沉池之後的接觸池。
方(fāng)式(shì)一:直接投加到曝氣池
方式二:投加到二沉池後的過濾池
方式(shì)三:投加到(dào)二(èr)沉池(chí)後的接觸池
這(zhè)3種投加方式均可實現對(duì)新汙染物的穩定去除,但對比來看:
選擇(zé)適宜(yí)的PAC,優化其投加量可提(tí)高吸附去除效率(lǜ)。有研究表明,隨著溶解(jiě)性有機碳的增加,PAC對新汙染物的(de)吸附效率逐漸(jiàn)降低,當二級(jí)出水中有機碳在5~10 mg/L範圍內時,需要投加(jiā)10~20 mg/LPAC,可達到對新汙染物的有效去除(>80%),同時能(néng)達到對有機碳(tàn)***高40%的去除率,水力停留時間為20~30 min,PAC的停留時間為1~2 d。采用PAC吸附作為升級改造工藝去除新汙染物,電(diàn)能消耗將提高10%~30%,總(zǒng)成本將提高5%~35%。在(zài)實際運行中(zhōng),PAC吸附工藝會產生大量的含炭汙泥,使汙泥處理能耗相(xiàng)應增加。據研究數據(jù)表明,PAC投加(jiā)量為10~20 mg/L時,PAC吸附工藝的電能(néng)消耗約為0.02 kWh/m3,後加砂(shā)濾單元產生的電能消耗約為(wéi)0.06 kWh/m3。采用PAC回流(liú)到(dào)生物池的工(gōng)藝比不(bú)采用回流的工藝對新汙染物的去除率可提高10%~50%,但(dàn)同時也會(huì)增加5%~10%的(de)汙泥(ní)。GAC過濾器一般(bān)置於常規汙(wū)水處理廠工藝(yì)中的二沉池之後,既可吸附又可過濾,它可以連(lián)續運行,無需後續的分離(lí)步驟。但GAC成本較高,再生困難,因(yīn)此在實際應用中不如(rú)PAC廣泛。活(huó)性炭吸附過程受許多(duō)因素的影響,包括活性炭本身特性(如所用材料、比表麵積和表麵化學特性等)、新汙染物的物化特性(xìng)(主要是疏水性、溶解性、電荷和分子大小等)、溶液的化學特性和組分(如可溶解性有機物DOM等)和活性炭投加量(liàng)、吸附質的濃度等其他基(jī)本參數(shù)。在新汙染物的去除技術中,膜分離技術同樣也受到了很多關注,其中以納濾(NF)和反滲透(RO)對新汙染物的去除效果***好。NF和RO技術均采用高壓膜,由於(yú)它(tā)們(men)的孔徑極小,可以截留較小分(fèn)子量物質,一般應用於無機離子和有機汙染物(wù)的截留。RO膜可以有效截留(>90%)水中有機小分子物質;雖然NF膜由於孔徑稍(shāo)大(dà)截留效(xiào)果不如RO膜(mó),但NF技術(shù)的能耗較低,在對新汙染物的去除中,具有明顯的操作和成本優勢。值得一提的(de)是,低壓膜(mó)如微濾(MF)膜和超濾(UF)膜由於(yú)孔徑較大,不(bú)足以截留大(dà)部分 新汙染物,但因為汙水處(chù)理廠二級出水中仍含有(yǒu)相對較高(gāo)濃(nóng)度的有機物,會對NF/RO的截留效果造(zào)成不利影響,所以MF/UF經常作為(wéi)NF/RO的前處理工藝(yì)。有機物是導(dǎo)致膜汙染的主要原因,長期運行(háng)時會造成NF/RO膜通量下降、截留效果降低,因此在處理二級出水時,采用MF/UF作為前處理工藝,對於維持NF/RO的長期穩定運行十分必要。膜對新汙(wū)染物的截留率取(qǔ)決於新汙染物的物化特性(分子大小和重量,電荷和疏水性)、膜特性(xìng)(膜材料、孔徑等)及操作條件等。值得一提(tí)的是(shì),不同材(cái)料的膜對同種新(xīn)汙染物的截留效果不同,同種膜對不同新汙染物的截留效果也不同。目(mù)前將NF/RO技術作為實際汙水處理廠的(de)升級改造工藝的報道並不多,其主要***因(yīn)素是能耗(hào)較高、膜(mó)汙染以及膜分離過程中產生大(dà)量需要處理的濃縮液等。膜生(shēng)物(wù)反(fǎn)應器(MBR)具有汙泥濃度高、生物種類多、出水水(shuǐ)質穩定、固液分離能力強等特(tè)點。MBR的膜表麵能夠有效的截留有機汙染物,使汙染物與汙水進行分離,所以MBR對(duì)大多數的(de)有機汙染物(wù)的(de)截留效果較好。但較長的SRT也可能會導致MBR中(zhōng)懸浮基(jī)質活性生(shēng)物量減(jiǎn)少,影響對抗(kàng)生素的去除。而且MBR對有機汙染物的(de)去除效率還(hái)受到汙泥濃(nóng)度、溫(wēn)度和pH值等因(yīn)素的影響(xiǎng)。通過研究MBR工藝在汙水處理廠中對新興(xìng)汙(wū)染(rǎn)物的去除(chú),有學者發現其對E1、E3和BPA的去除率達到了100%;還有學者利用MBR工藝處(chù)理(lǐ)汙水中的抗生素和新興生物群落,研究表明(míng)其對TC和CTC的去除率分別為93.6%和(hé)83.9%。盡管深度處理能夠去除(chú)大部分的(de)新汙(wū)染物,但仍有一部分新汙染物沒有被去除(chú)。為(wéi)此,在(zài)實際汙水處理工藝中通常把(bǎ)多種深(shēn)度處理技術聯合使用,取長補短,有效地提高有機汙染物的去除效率(lǜ)。根據文獻資料,小(xiǎo)編列舉了多種組合工藝對幾種典型新汙染物(wù)的(de)去除效果,由圖中(zhōng)可以看出組合工藝對(duì)於新汙染物的去除效率(lǜ)較高。這是一種***的水處理(lǐ)工藝(yì),對汙水(shuǐ)處理廠出(chū)水水質有了很大的提(tí)升,這類聯(lián)合工藝對有機汙染物的去(qù)除具有顯著(zhe)的效果以及使(shǐ)用價值。
我國新汙染物防範(fàn)治理起步較晚、工作基礎薄弱
雖然在2015年提出開展全國性環境激(jī)素整體監測行動,但由於缺乏環境內分泌幹擾物(EDCs)的篩選(xuǎn)和評(píng)估框架,以(yǐ)及監測範(fàn)圍和技術***等(děng)原(yuán)因,導致目前仍(réng)然無法***掌握我國近年來環境內(nèi)分泌幹擾物(wù)(EDCs)的生產、使用(yòng)和排放現(xiàn)狀。同時,大多數新汙染物還(hái)未納入環境監測體係內,對於全氟辛(xīn)烷磺酸(PFOS)等新汙染物缺乏監管(guǎn),導致許多全(quán)氟辛烷磺酸(PFOS)超標的工業廢水直接排放。雖然在(zài)2005年建立了全國細菌耐藥監測計劃(huá),但存在監測標準和方法不統一、監測覆蓋麵不充分、信息公開不夠及時等問題。2. 新汙染物的管理涉及多個部門,職能(néng)交叉,缺乏統籌協調,汙染治理低效例(lì)如塑料的生產使用、入海塑料處理、海洋塑料打撈分解、微塑料源頭(tóu)管控及監測等環節(jiē),涉及自然(rán)資源部、國家發展和改革委員會、農業農村部、生態環境部等多個部門。再如抗生素從(cóng)生產研發、流通使用到排放監測等環節,涉及衛生健康、生態環境、食品安全、農業、醫藥等部門。更重要的是,新汙染物(wù)易於在水體和(hé)空氣(qì)中擴散,部分(fèn)環境內分泌幹擾(rǎo)物(EDCs)和全氟化合物(PFCs)具有長距離遷移(yí)性及環境累積性(xìng),但目前尚未建立區(qū)域流域合作機製。3. 我國對於新(xīn)汙(wū)染物基(jī)礎研究的深度和廣度存在局限性毒理學風險評估不足。尤其是長期(qī)低劑量暴露於新汙(wū)染物導(dǎo)致的健康風險目前尚未完(wán)全(quán)清楚,仍未確定風險閾值.替代技術開發不夠。即使發現(xiàn)環境汙染問題,由於沒有可大規模替代的新(xīn)材料,還是無法***禁止全氟辛(xīn)烷磺酸(PFOS)等新汙染物的生產和使用。4. 對新汙染物管理缺乏國家層麵的戰略(luè)規劃目前,對(duì)於環境內分泌幹(gàn)擾物(EDCs)的(de)管控似乎仍停留在《水汙染防治行動計劃》中“嚴格控(kòng)製環境激素類化(huà)學品汙染”的要求;部分環境內分泌幹擾物(EDCs)和全氟化合物(wù)(PFCs)主要按照持久性有機汙染物(POPs)進行管控;對於海洋(yáng)微塑料也僅***塑料(liào)微珠的生產使(shǐ)用(yòng)。並且,我國相關法律法規和標準體係建設尚不完善(shàn),多數行業排放標準並不涉及新汙染物。如我國製藥(yào)、農業集中飼養(yǎng)場地等(děng)重(chóng)點汙染(rǎn)源的水環境排放標準中並未包含環境內分泌幹擾物(EDCs)和抗生素(sù)等指標,使得新汙染物管控難度增大。對於新汙染物,我們要充分重視其危害性,但(dàn)也(yě)不必過分恐慌。生態環境部有關負責(zé)人(rén)就《新汙染物治理行動方案(àn)》答記者問中指出,針對新汙染物治理起步(bù)較晚,工作基(jī)礎薄弱,法律法規、管(guǎn)理體(tǐ)製、科技支撐不足等問題,《新汙染物治理行(háng)動方案》做出了(le)一係列工作(zuò)安排:通過建立健全化學(xué)物質環境信息調查、環境(jìng)調查監測、環(huán)境風險評估、環(huán)境風險管控(kòng)、新化學物質環境管理登(dēng)記、有毒(dú)化學品進出口(kǒu)環境管理等製度,逐步完善新(xīn)汙染物治理的管理製度體係,著力研究製定有毒有(yǒu)害化學(xué)物質環境風險(xiǎn)管理條例。通過製修訂化學物質環境風險評估、經濟社會影響分析、危害特性測試方法等技術標準,逐步建立健全化學物質(zhì)環境風險評估與管控技術標準體係。建立生態環境部(bù)門牽頭,多部門參加的新汙染物治理(lǐ)跨部(bù)門協調機製,統籌(chóu)推進新汙染物治理工(gōng)作。按照國家統籌、省負總責、市縣落實(shí)的(de)原則,完善新汙染物治(zhì)理的管理機製,***落實新汙染物治理屬地責任。開展有毒有害化學(xué)物(wù)質環境風(fēng)險評估與管控關(guān)鍵技(jì)術研究,加強抗生素、微塑料等生態環境危害機理研究,在國家科技計劃中加強新汙染物(wù)治理(lǐ)科技(jì)攻關。加強(qiáng)國家(jiā)和地方新汙染物治理的監督、執法和監測能力建設。加強國家和區域(流域、海(hǎi)域)化學物質環境風(fēng)險評(píng)估(gū)和新汙染物環境監測技術支撐(chēng)保障能力。建設國家化學物質環境風險(xiǎn)管理信息係統,構建化學物質計算毒理與(yǔ)暴露預測平台。培育一批符合良好實驗室(shì)規範的化學物(wù)質危害測試實驗室。加強相關***人才隊伍(wǔ)建設和專項培訓。