水体环境中新污染物的污染现状及处理方法研究

2024-06-11崔后金

皮革制作与环保科技 2024年5期

崔后金

（安徽省滁州市生态环境保护综合行政执法支队，安徽滁州 239000）

引言

在过去几十年里，由于气候变化、人口增长和工业化，人类对水资源的需求不断增长，因此需要对废水进行再生处理及回用，而废水中微量有机污染物如新污染物的存在是水资源循环利用的主要挑战。“新污染物”主要是指目前没有法规要求监测，或公开报告其在供水或废水中存在的污染物，其在水体中的浓度从1 ng/L到100 ng/L不等[1]。目前，国内外广泛关注的新污染物主要包括国际公约管控的持久性有机污染物、内分泌干扰物、未经授权和不受监管的抗生素等。

当新污染物出现在水体环境时，即使浓度较低，也可能由于其潜在的毒性，对水生态系统产生不利影响，并最终通过食物链等途径对人类形成健康风险。大部分新污染物的持久性、累积性、迁移性特征明显，能在环境中长期存在，治理难度远超传统污染物。因此，推进水中新污染物处理方法的深入研究，对制定相关完善新污染物的污染控制技术规范、贯彻新时代生态文明的发展理念具有非常重要的意义。

1 新污染物的种类及来源

1.1 制药行业

药物污染已经成为当今环境中的一个重要问题。药物进入水体的主要途径包括生活废水和工业生产废水的排放，以及剩余药物的不当倾倒等行为。这些行为导致许多新型污染物中的药物被检测到，其中包括抗生素、退热药、镇痛药、降脂药和兴奋剂等。通常情况下，地表水中的药物污染物剂量非常小，仅达到微克级/升（μg/L）的水平，而在地下水中，能观察到的药物污染物浓度就更加有限，仅为纳克级/升（ng/L）。例如，作为消毒喷雾主要成分的三氯生抗生素，在使用时浓度通常为0.05%～0.3%[2]，但在水环境中的检出浓度则从纳克级/升到微克级/升不等。此外，在农业和畜牧业等生产过程中，一些有机或无机激素药物可能会通过土壤渗透到地下水中，因此很难被完全去除，从而进一步增加了地下水中药物污染物的存在。药物污染对水体生态系统和人类健康构成了潜在风险。尽管药物污染物的浓度较低，但其具有潜在的毒性和生态效应。长期暴露于这些药物环境中，可能导致人体对抗生素耐药性的增加、生物多样性减少以及对水生生物的损害等问题。

1.2 个人护理产品制造业

个人护理产品是我们日常生活中必不可少的一部分，包括化妆品、护肤品、清洁产品和香水等。然而，这些产品可能含有一些潜在的新型污染物，对环境和公众健康造成了严重危害。其中，紫外线吸收剂是一类常见的污染物，用于防晒产品中。由于紫外线吸收剂可能被释放到水体中，从而对海洋生态系统产生负面影响，并且可能导致珊瑚礁的白化现象。另一个潜在问题是微塑料，这些微小颗粒主要出现在护肤品和清洁产品中。微塑料具有滞留性，并且很难被过滤掉，因此会进入水体并对水生生物产生毒性影响。例如，鱼类可能会误食这些微塑料，从而影响整个食物链。此外，一些香精污染物，如妥纳利酯和防腐剂污染物如邻苯二甲酸二乙酯也可能存在于个人护理产品中。这些化学物质具有生物活性，并且可以在环境中滞留和生物累积，从而对水生生物和生态系统造成潜在危害。由于个人护理产品主要是外部使用，因此这些污染物进入水体的可能性极大地增加。当我们洗脸、沐浴或使用其他清洁产品时，这些化学物质可能会随着水流进入排水系统，最终进入自然水源。

1.3 农药制造业

农药在农业生产中起着重要作用，通常被分为杀虫剂、杀真菌剂、除草剂和杀菌剂四类。然而，这些农药的使用也带来了潜在的环境污染问题。当农药施用后，可能通过径流进入水生态系统，如湖泊、海洋等，并根据其溶解度在生物、植被或沉积物中进行生物积累。一旦新型污染物进入农业生态系统，就会通过多种迁移机制在环境中传播。首先，一些农药物质可能与土壤碎屑结合，附着在土壤颗粒上，并随着水流的运动进入水体中。其次，一些农药物质可能被农作物的根系吸收，然后通过植物组织进入食物链中。此外，一些农药物质具有较高的溶解度，可能溶解到地下水中，并通过地下水位移进入地表水中。另外，一些农药物质还可能由于降水和灌溉水的作用，被带到地表水体中[3]。六氯环己烷和二氯二苯基三氯乙烷（DDT）是使用频率最高的杀虫剂，这两种化合物占杀虫剂总使用量的67%。然而，由于这些化合物具有长期存在性和生物累积性，因而对环境和生物形成潜在风险。此外，还有一些常见的农药物质，如磷酸氢盐、甲基对硫磷和阿特拉津等，也在被人们广泛地使用。这些化合物的使用可能对土壤、水体和生物多样性产生不利影响。

1.4 其他来源

除了个人护理产品和农药外，还有其他来源的新型污染物可能存在于环境中，包括表面活性剂和食品添加剂。表面活性剂是一类广泛应用于家用和商用清洁剂、油漆涂料等产品中的化学物质。常见的表面活性剂包括线性烷基苯磺酸盐、木质素磺酸盐和烷基酚乙氧基酸盐等。这些化合物可以在地表水体中产生起泡现象，并且还具有吸附进入水生生物细胞膜的能力。部分用于制造表面活性剂的低分子化合物往往难以被分解，因此会在自然环境中长期存在。食品添加剂也是可能产生新型污染物的源头之一。糖替代品如安赛蜜、三氯蔗糖以及食品防腐剂如柠檬酸三乙酯都是常见的食品添加剂，广泛应用于各类食品的生产过程中。此外，其他常见的食品添加剂还包括桉柠檬醛、苯乙醇、三乙酸、薄荷醇和松油醇等。这些食品添加剂可能会在生产过程中残留在食品中，并进入人体。这些新型污染物对环境和公众健康可能产生一系列影响。表面活性剂的存在可能导致水体产生起泡现象，从而破坏水生生态系统的平衡。部分表面活性剂还具有生物毒性，对水生生物造成潜在危害。食品添加剂的使用可能增加了人们对化学物质的摄入，长期暴露可能会对健康造成不利影响。

2 新污染物的危害

2.1 对人类健康的危害

人类接触一些新污染物，可能会对人类健康产生不利影响。例如，长期职业暴露下农药毒性会显著影响人的内分泌周期，导致基因毒性和激素功能紊乱，干扰细胞遗传学并诱导致癌；四溴联苯醚可引起内分泌紊乱、激素失衡、细胞内DNA和线粒体受损；五溴二苯醚及六溴二苯醚可引起神经发育及线粒体损伤；十溴联苯醚具有致癌性，可能影响甲状腺功能、脑形成和整体生长[4]。此外，香料中使用的麝香二甲苯已被证明在接触过量的大鼠细菌基因组中具有潜在的致癌性，也可能导致脑损伤。

2.2 对其他环境生物造成的危害

新污染物对生态系统中的其他生物也具有严重的危害性。溴化二噁英、多氯化萘和呋喃会诱发牲畜幼体畸形，持续过量接触还会损害牲畜的生殖发育、免疫和激素系统；高氯酸盐主要影响哺乳动物大脑和甲状腺的发育，在较低浓度下也是如此。此外对于海洋生物，全氟化合物可阻碍水生生物氧化代谢外膜输送蛋白的生长；烷基酚会影响海洋动物的雌激素分泌；硝基麝香和多环麝香物质对海洋无脊椎动物体内特定载体蛋白诱导的细胞膜抗性检测系统具有长期的抑制作用；在鱼类体内也发现了三氯生的分解成分甲基三氯生，通常富集在其脂肪细胞中[5]。

3 水体中新污染物处理技术

3.1 吸附法

由于吸附法操作简单，使用灵活，被认为是最有效和可靠的废水处理方法之一。水污染吸附技术是一种常见的水处理技术，是利用吸附剂的吸附作用去除水中的污染物。目前研究已经证明，各种吸附剂包括活性炭、改性生物炭、纳米吸附剂以及粘土介孔纳米复合材料等均可以去除废水中的不同新污染物。活性炭可用于去除疏水或带电的药物污染物，非特异性散射连接（如物质间的范德华相互作用）是活性炭去除抗生素和其他有机化合物的常用方法，离子或极化抗生素可通过与活性炭表面电荷基团的静电接触而被提取分离。此外，块状生物炭对污染物的去除率比粉末状活性炭高出约5%～30%，这可能与其比表面积和生物炭孔径的增加有关。天然材料如粘土可实现对阿莫西林、甲氧苄啶等污染物的去除；沸石可用于去除恩诺沙星、氟喹诺酮。吸附剂廉价且使用简便，胆在选择时应考虑到污染物的彻底去除及吸附剂材料的脱附、更换问题。

3.2 膜吸附技术

膜吸附技术是一种利用膜材料的吸附作用去除水中污染物的技术。其原理是利用膜材料的多孔结构和表面化学性质，将水中污染物吸附在膜材料表面或孔道内，从而实现对污染物的去除。膜处理技术，特别是纳米过滤和反渗透工艺，能够达到从受污染的地表水中提取饮用水或对饮用水进行循环利用的目的。纳米过滤膜可通过吸附、静电排斥和筛分三种原理去除药物类新污染物。通过生物反应器膜与反渗透技术联用，可以靶向去除99%以上的药物类新污染物。此外，还有许多膜工艺具有去除新污染物的能力，但尚未大规模实施，包括正渗透、膜蒸馏和膜电渗析工艺等。据报道，将正渗透与反渗透技术组合用于污水处理，可使新污染物的去除率达到99%。另有研究指出，将膜蒸馏与酶生物反应器相结合，能够检测到约90～99%的13种酚类和17种非酚类有害化学物质衰变。该技术具有处理效率高、操作简便、能耗低等优点，因而在水处理领域得到了广泛的应用，可用于去除水中的有机物、重金属、离子等污染物，从而提高水的质量。

3.3 高级氧化技术

高级氧化技术具有反应速度快、能够实现对污染物彻底清除等优势，该技术主要包括芬顿氧化、臭氧氧化、光催化和电催化等方法。氧化降解法可以通过与氧化剂直接反应或通过产生自由基（如·OH）而发生。·OH是一种强氧化剂，可氧化有机污染物且不具有特异性。去乙基拉嗪、磺胺甲恶唑、卡马西平等新污染物能够通过紫外/氯高级氧化工艺去除。而抗生素、消炎药、降低胆固醇的他汀类药物等物质通常是利用臭氧高级氧化工艺进行有效地去除。电催化氧化还可与纳米过滤技术联用，污染物的去除率可达90%以上。高级氧化技术对成分复杂的新污染物废水也具有较好的去除效果。例如，通过好氧生物降解工艺与太阳能光催化高级氧化技术的联用，可实现对医药废水中九种药物污染物的高效去除。高级氧化技术去除或降解污染物比传统处理方法更加彻底和有效，也可以通过与生物法等不同技术的组合提高新污染物去除效率。

3.4 人工湿地

人工湿地用于深度处理经污水处理厂处理后排放的尾水，去除水体中多种新污染物，尤其是对药品和个人护理用品的去除率超过了80%，是一种模拟自然湿地的生态处理系统，通过利用湿地植物、微生物和土壤等自然生态要素，对污水进行净化处理。有研究表明，在影响湿地性能的各种变量中，新污染物的去除率取决于氧气和吸附剂之间的相互作用。通过进一步测试安装有各种大型植物（如芦苇和香蒲）的垂直流人工湿地对扑热息痛的去除效果，发现最大去除率可达到99.9%。所以可以认为，人工湿地作为去除新污染物的处理方法具有广阔前景。