让所有人喝上放心水——记中国科学院生态环境研究中心杨敏团队

本刊记者 胡 敬

杨敏

饮用水水质安全是关系国计民生的大问题，因此对于它的研究一直是环境科学工程领域的一个前沿方向。天然源风险物质在环境中的广泛存在，大大影响了饮用水的水质，对人体健康构成了极大的危害，已成为全球饮用水安全管理的重要对象。藻源物质、天然有机物消毒副产物、砷氟这些重要的天然源风险物质，种类繁多、组成复杂，很难通过环境管理从源头上予以控制，因此对于这些物质的识别和调控一直是饮用水安全保障的一大难题。

而来自中国科学院生态环境研究中心的杨敏团队以独特的视角，系统开展了关于藻类代谢物、天然有机物消毒副产物、砷氟等天然源风险物质的识别、转化和调控研究，并且已取得了若干重要的成果。

为水质风险管控献策

2017年，对于他们来说又是一个丰收年。项目“饮用水天然源风险物质的识别、转化与调控机制”成功入围2017年度国家自然科学奖二等奖最终角逐的消息传来后，团队里的每个成员都振奋不已。

在获奖项目中，围绕饮用水天然源风险物质的识别、形成机制及控制原理等关键科学问题，他们开展了系统深入的研究，并取得了一系列创新型成果。

在有关藻源致畸性维甲酸类物质的环境问题研究中，他们在国际上首次发布了维甲酸类物质的环境污染情况，证明了水华微囊藻是产生维甲酸类物质的主要藻种，并揭示了维甲酸类物质的生成规律，推动了国际上对藻源风险物质的认知。

2007年的无锡饮用水嗅味事件，曾引发了罕见的供水危机，造成了严重的社会影响。通过对此事件的深入调查与研究，团队在国内率先建立了系统的饮用水嗅味评价与物质鉴定方法。鉴别出了太湖嗅味事件的主要嗅味类型为腥臭味，识别出了关键致嗅物为藻源二甲基三硫等硫醚类物质，相关成果已在Science上发表。

在关于砷氟等天然源风险物质的识别研究中，他们提出了基于复合金属氧化物吸附的砷氟强化去除原理，发现了铈元素显著增强铁基氧化物的表面异质性和羟基活性位密度的现象，揭示了砷、氟在铁基复合金属氧化物界面的电荷分布多位络合吸附机制，这一机制显著提升了pH中性条件下砷氟吸附的去除效率。

此外，经过长期努力和深入探索，团队还拓展了饮用水消毒副产物的研究领域，创建了全新的，研究高度复杂天然有机物及其消毒副产物分子组成的超高分辨质谱方法，并发现了饮用水中1000种新型消毒副产物，诠释了混凝在去除消毒副产物前驱体上的关键作用，证明了Keggin结构的羟基纳米聚合铝十三具有高结构稳定性，从而进一步揭示了消毒副产物控制的羟基纳米聚合铝十三强化混凝原理。

目前，基于该项目，团队发表的论文已达105篇，其中包括Science论文1篇、PNAS1篇。此外在环境领域最有影响的刊物Environ.Sci.Technol.和Water Res.上也分别发表论文21篇和30篇。相关成果曾获得国际水协会全球创新奖，共获国家发明专利授权6件和美国发明专利1件。作为第一完成人，杨敏自2014年以来多次被评为Elsevier高被引学者，其团队中也有两人获得了国家杰出青年科学基金的资助。

杨敏领衔开展的一系列关于天然源风险物质的研究，为保障饮用水的安全，提供了重要的理论和技术基础，同时也推动了环境科学与工程学科的发展和饮用水行业的技术进步，更为政府的饮用水水质风险管理提供了重要的理论与技术支撑。

配合默契的超强团队

谈起项目取得的成绩，杨敏觉得这一切应归功于团队全体成员的努力。由杨敏、张昱、王东升、张海峰、巫晓琴5人构成的团队，在杨敏的带领下，分工明确、配合默契，在各自负责的部分开展了坚持不懈的探索。

作为团队的灵魂人物，杨敏是项目的总体设计者，在研究中他发现了硫醚类物质是另一类重要的藻源致嗅物质，就此拓宽了藻源风险物质的研究领域，并开创了在分子水平上对天然有机物在饮用水水处理过程中的转化机制研究。他的研究，为我国的饮用水安全保障提供了重要的技术支撑。

张昱研究员和王东升研究员，是杨敏在中国科学院生态环境研究中心的同事，他们从2003年起就参与到了项目的研究中，对于项目成果的获得，他们也做出了各自的贡献。

张昱的贡献在于，揭示了天然源有害阴离子在铁基复合金属氧化物上的络合吸附机制，提出了引入过渡金属铈增强吸附材料表面异质性和活性位密度、以及引入高零电荷点物种铝氧化物拓宽吸附材料适用pH范围的复合金属氧化物界面调控原理。

王东升则提出了天然有机物优化去除的混凝调控技术，阐明了基于具有高正电荷和亚稳态结构的水合羟基纳米聚合铝十三的强化去除天然有机物的混凝原理，突破了以往基于混凝剂投量增加的固有强化混凝思路，推动了纳米聚合铝十三在国内的工程应用。

而团队的另两位成员中，张海峰作为杨敏的研究生，从2009年开始就参与到项目的研究中，2012年毕业留所后，他仍选择了继续投入其中。他的贡献在于，创建了研究高度复杂天然有机物及其消毒副产物分子组成的超高分辨质谱方法，发现了饮用水中上千种新型极性消毒副产物，阐明了天然有机物消毒副产物的分子转化规律。

另一位则是来自北京大学的巫晓琴，她曾作为研究骨干参加了杨敏负责的水专项课题“饮用水水质风险评价方法及应用研究”及中日合作项目“环境负荷削减及高安全水处理技术系统的研究开发”。2007年至2011年间，巫晓琴参与到了获奖项目的研究中，她的贡献是在国际上首次报道了藻源维甲酸类物质的环境污染，证明了蓝藻是产生维甲酸类物质的主要藻种，揭示了维甲酸类物质的生成规律。

除以上贡献外，他们还作为第一、主要或通讯作者分别发表了相关的研究论文，并引起了国内外的广泛关注。

杨敏告诉记者：“能够入围2017年度国家自然科学奖二等奖，离不开这支优秀的团队，更离不开所有为这个项目做出过贡献的组织和个人。环境科学研究的系统性和复杂性，决定了完成如此庞杂的任务，单凭我们5个人的力量是远远不够的。成果和奖项的获得，也凝聚了我的工作单位——中国科学院饮用水科学与技术重点实验室的一份力量。”

作为中国科学院唯一专门从事饮用水安全保障研究的重点实验室，饮用水科学与技术重点实验室突破了传统的以有限指标控制为目标的水质安全保障理论和工艺技术局限，创建了以风险控制为目标的水质基准与标准制定、污染控制与水质净化的全新理论和技术体系。形成了从基础到应用、从工程到管理、从水源到末端全方位的科技创新布局，为持续提升我国水质安全保障能力提供了不可替代的科技支撑。

特别是实验室拥有各类大中型现代化仪器设备，更使它成为国内饮用水研究领域支撑系统最健全和研发能力最强的实验室。正是在实验室的水质分析测试仪器平台、毒理与分子生物学实验平台、模拟实验及自主研发平台这些优质平台的助力下，团队的研究才得以顺利开展，并取得了一系列重要的成果。

未来，他们将继续依托中国科学院饮用水科学与技术重点实验室这个优质平台，加强国际交流与合作，为饮用水安全多一层保障贡献属于自己的一份力量。