2025年新污染物在水?固環境介質中交互作用規律研究熱點回眸

原文發表于《科技導報》2026 年第2 期 《 2025年新污染物在水?固環境介質中交互作用規律研究熱點回眸 》

新污染物是一類存在于環境中，但尚未被廣泛檢測或納入現行監管體系的污染物。《科技導報》邀請中國人民解放軍96911部隊侯立安院士團隊撰寫文章，文章系統綜述了新污染物在水?固環境介質中交互作用的研究進展，重點關注其遷移轉化行為，并提出了未來需加強機理研究與模型構建，推動治理模式從被動應對到主動預警、精準調控的治理模式轉變，為環境風險防控提供科學依據。

1 新污染物的識別與檢測新進展

新污染物是一類存在于環境中，但尚未被廣泛檢測或納入現行監管體系的污染物。常見的新污染物包括內分泌干擾物、藥品及個人護理品（PPCPs）、持久性污染物，如全氟和多氟烷基物質（PFAS）、微塑料（MPs）等，引發多種健康問題。“十四五”規劃中，“重視新污染物治理”已明確成為國家未來發展的重大戰略需求。

相比于傳統靶向分析法，基于液相色譜?高分辨質譜的非靶向分析法不依賴標準品，能夠全面覆蓋環境中未知或者未被關注的新污染物，已逐漸成為環境污染物分析的重要手段。丹麥奧胡斯大學Nnusha等利用高分辨納流液相色譜?高分辨質譜對污水?污泥中的有機物進行半定量非靶向篩選。

如何從錯綜復雜的質譜信息中獲取必要的特征，解析復雜基質中新污染物的轉化規律需要進一步分析。南京大學研究團隊通過簡化網絡分析法揭示了全國15個污水處理廠中不同結構新污染物的轉化途徑。華南理工大學研究團隊采用高分辨液相色譜?質譜結合分子網絡策略的非靶向分析方法，表征了廣州某污水處理廠中新污染物的存在及其轉化過程。因此，引入分子網絡策略有利于闡明新污染物的結構變化及相應的轉化過程，便于選擇合適的處理技術。

傳感器和在線系統等的創新對實時水質評估、有效檢測和響應新污染物至關重要。表面增強拉曼光譜傳感器由于痕量分析的指紋識別能力、低操作成本和適于現場應用等優點成為一種有前景的新污染物在線檢測方法。美國威斯康星大學Cho等提出一種簡單的滴涂沉積拉曼光譜方法，有效用于濃縮PFAS并建立光譜庫。該方法為表面增強拉曼光譜傳感器在PFAS的在線檢測方面提供應用潛力。北京工商大學研究團隊利用3D打印結合聚二甲基硅氧烷十字形狹縫和免疫層析條，開發了一種集成微流控裝置（圖1）。該研究為新污染物的實時、在線監測提供新思路。

圖1 微流控芯片和檢測裝置

綜上，非靶向分析、分子網絡、表面增強拉曼光譜與微流控等技術在新污染物識別與監測中展現出良好的應用前景，但其在實際環境監測中的推廣仍面臨挑戰：

（1）基于液相色譜?高分辨質譜的非靶向分析方法雖可全面篩查未知污染物，但數據解析過程復雜；

（2）表面增強拉曼光譜等光譜技術在實際應用中受限于現有拉曼光譜數據庫的覆蓋范圍，制約了其快速識別與現場檢測能力；

（3）微流控技術在復雜環境基質中易受顆粒物堵塞、生物膜附著及非特異性吸附的影響，長期在線監測的穩定性與重現性仍需進一步提高；

（4）當前檢測方法難以實現多種結構、性質差異顯著的新污染物（如抗生素、微塑料、PFAS 等）的高通量同步檢測，限制了復合污染狀況的全面評估。

2 新污染物在污水?污泥介質及污泥處理過程中的遷移轉化

在污水處理過程中，PPCPs主要通過吸附于懸浮固體并隨后沉淀的方式從廢水轉移到污泥中。盡管部分PPCPs可被微生物降解，但大部分最終進入污泥。受抗生素分子本身固有的抗菌活性影響，傳統活性污泥處理技術無法有效緩解抗生素和ARGs在環境中的傳播。南開大學劉東方團隊采用好氧顆粒污泥（AGS）成功降低了污水中的抗生素和ARGs水平。華南師范大學應光國團隊揭示了污水中抗生素的去除途徑，這一過程與抗生素的物理化學性質密切相關。湘潭大學伍艷馨團隊的研究表明，污泥中蓄積的氧氟沙星（OFL）會與污泥有機物特別是蛋白質發生交互作用，干擾關鍵酶的活性導致厭氧消化過程甲烷產量降低。湖南大學王冬波團隊利用磷酸三（2?氯乙基）酯（TCEP）分析發現，有機磷酸酯阻燃劑在污泥厭氧消化中與EPS中的酪氨酸樣蛋白結合，導致污泥細胞膜完整性受損，抑制酸化、乙酸化和甲烷化生物過程，并可能將主要甲烷生成途徑從乙酸轉變為氫營養型。Long等首次研究了微生物電解細胞輔助厭氧消化在減輕抗生素（如三氯卡班）對污泥厭氧消化產甲烷抑制作用方面的有效性，發現微生物電解細胞輔助厭氧消化系統中的三氯卡班被腐殖質吸附并分解為1,3?雙（4?氯苯基）尿素（1,3-bis-(4-chlorophenyl)urea，DCC），從而產生一定的解毒效果（圖2）。

圖2 微生物電解池輔助三氯卡班在污泥厭氧消化系統降解

污泥是MPs賦存的熱點區域，在處理過程中必須同時考慮它們的遷移轉化和潛在影響。Simaek等發現聚酰胺 6（PA6）MPs顆粒在嗜溫消化中不影響CH4產生；而在嗜熱消化中，CH4產量隨PA6增加而提高。適當的預處理也可能是改變MPs對污泥處理影響的重要途徑，湘潭大學陳洪波團隊采用熱水解減輕了聚乙烯在污泥厭氧消化中的脅迫作用。Lessa Belone團隊研究了嗜溫（35℃）和嗜熱（55℃）厭氧消化條件下污泥中MPs的降解潛力。熊煒平等的研究發現污泥中MPs（聚酰胺）和抗生素（OFL）的共存可能進一步加劇ARGs傳播的風險。河海大學研究團隊研究發現PP和PE顯著降低了ARGs的豐度和多樣性。關于MPs?抗生素共存的污水?污泥介質中MPs對ARGs傳播的影響，不同研究結果缺乏一致性，MPs類型可能是關鍵原因。

3 新污染物在河流?沉積物介質中的遷移轉化

在河流和湖泊中，有機污染物的數量不斷攀升，其中大部分會轉移到沉積物中。Ducrocq等在陸域水體（河流、河口濕地、湖泊）的沉積物中至少檢測到1204種化合物，并將它們分為11類（圖3）。MPs 污染是全球環境治理的關鍵問題之一，河流沉積物可能是MPs在河流環境中的最終匯。馬艷等報道了中國鎮江古運河河流沉積物中MPs的組成、空間分布和豐度與季節相關，并且受季節影響的MPs特性影響對重金屬的吸附。MPs中的增塑劑會釋放到水體?沉積物交互系統，Panthi研究了鄰苯二甲酸酯和非鄰苯二甲酸酯增塑劑從聚氯乙烯中浸出到沉積物中的過程。已有研究表明，沉積物是PFASs的重要匯。武漢理工大學研究團隊在長江全流域設置了38個采樣點，沉積物中共檢測到15種PFASs中的13種，主要污染物為全氟辛烷磺酸（PFOS）和全氟辛酸（PFOA），而且人類活動因素和沉積物的物理化學性質影響了PFASs的分布。環境風險評價表明，PFOS對長江具有低至中等風險，需要持續關注。中國科學院廣州地球化學研究所研究團隊監測了173個中國黑臭河流表層沉積物中的有機磷酸酯三酯（tri?OPEs），發現tri?OPEs總濃度與地區的工業和經濟發展水平有關，中國東北和東部地區的濃度高于中部和西部地區。

圖3 沉積物中檢測到的11類污染物和污染物數量

4 新污染物在畜禽糞污處理過程的遷移轉化

抗生素耐藥基因的積累和傳播是畜禽糞污處理領域的研究焦點。農業農村部成都沼氣科學研究所余萍等從微觀層面和環境行為角度系統分析了ARGs傳播的2大途徑：

一是在微生物間通過基因轉移實現，包括水平基因轉移（HGT）和垂直基因轉移（VGT）；

二是通過環境行為實現的空間傳播（圖4）。

圖4 畜禽糞污中ARG的遷移途徑與處理技術

廣西大學研究團隊在堆肥過程中加入生物炭負載納米零價鐵材料，顯著降低ARGs豐度，改變了移動遺傳元件（MGEs）攜帶ARGs 和金屬抗性基因（MRGs）的偏好，削弱ARGs、MRGs與宿主細菌之間的結合。西北工業大學研究團隊研究了厭氧消化處理有效降低豬糞中的ARGs。塑料物品在農業活動中的廣泛使用導致在動物糞便中檢測到MPs，西北農林科技大學王權團隊在中國28個省的畜禽糞便和農作物秸稈堆肥中檢測到MPs的數量在8.88×103~2.88×105個/kg之間。巴利亞多利德大學研究發現多種新污染物在糞肥液相中的濃度高于固體相，這可能是由于這些污染物的極性或適度極性特性，使得它們更容易在液體相中溶解。

5 新污染物在非均相類芬頓氧化過程的遷移轉化規律

非均相類芬頓體系中，催化劑吸附中心和反應位點對新污染物和氧化劑的吸附及氧化劑活化至關重要。研究表明，催化劑表面多種作用協同有利于類芬頓體系中新污染物的高效降解與轉化。東北師范大學研究團隊基于多孔生物炭負載多金屬氧酸鹽，構建了一種大孔催化材料（HPMoV（44）/生物炭），高效活化氧氣（O2），降解水中的鄰苯二甲酸酯。研究表明，該催化材料對長鏈鄰苯二甲酸酯具有較強的吸附性能。

增強催化劑對新污染物的富集有利于提高相鄰活性氧物種的利用效率。中國科學技術大學研究團隊設計了一種以氮空位為反應位點，氟?碳路易斯酸位點為吸附中心的無金屬雙位點催化劑（圖5）。在此過程中雙酚A從溶液中遷移至催化劑表面，在催化劑表面吸附并氧化降解，產生的副產物解吸重新遷移至溶液中。

圖5 Nv-NFC的理論活性

6 污水管網中新污染物在沉積物與污水之間的遷移轉化

藥物和個人護理品在日常生活中無處不在，由于制藥廠、醫院等排放或人體攝入后不完全代謝，大量的PPCPs隨污水進入管道系統，其濃度范圍從μg/L到mg/L不等。北京師范大學余剛團隊評估了140種典型的PPCPs、農藥及其代謝物在污水管網中的穩定性，發現沉積物對這些污染物穩定性的影響通常比生物膜更顯著，這可能是由于沉積物中更強的微生物活性和更明顯的擴散或吸附過程。相較于生物降解和擴散，吸附是導致污染物從污水中去除的主要因素。西安建筑科技大學盧金鎖團隊揭示了3種PPCPs（TC、磺胺甲惡唑（SMX）和三氯卡班（TCC））在管道沉積物中的吸附富集和ARGs的傳播（圖6）。

圖6 污水管道沉積物中PPCPs富集的分子機制

與污水?污泥交互系統類似，在污水?管道沉積物交互環境中的微生物EPS在PPCPs的吸附和ARGs的傳播過程起關鍵作用，EPS的增加和結構變化促進了PPCPs的吸附和ARGs的增殖。西安交通大學研究團隊驗證了6種PPCPs，TCC和二乙基甲苯酰胺（DEET）在污水管道系統中顯示出不同的降解趨勢。

7 應對新污染物在水?固環境介質中交互發展的建議

新污染物治理與當前中國建設“美麗中國”和“健康中國”2大目標息息相關。新污染物識別與溯源、環境遷移與轉化、毒性效應與機制、環境風險和健康危害評估與預警以及新污染物風險管控是新污染物防治要解決的關鍵科學問題。為此，我們的研究為應對新污染物在水?固環境介質中交互作用發展提出建議。

1）融合多學科優勢，構建高水平合作平臺。

新污染物在水?固環境介質中的遷移轉化研究涉及環境化學、生態學、分子生物學、環境毒理學和水文學等多個學科。通過依托重點科研機構或區域創新中心，建立實體化的“新污染物環境行為與管控聯合實驗室”，或組建跨機構的虛擬研究中心，實行“任務導向、資源共用、成果共享”的運行機制。

2）加大政府支持力度，夯實科研保障基礎。

建議國家及地方科技計劃設立新污染物專項，資金投入應聚焦以下重點領域。（1）檢測與溯源技術創新；（2）跨介質界面過程與機制研究；（3）減污降碳協同治理技術研發；（4）風險評價與管控支撐研究。

3）整合數據信息，加強新污染物特性研究。

亟需推動標準化新污染物數據庫的建設與共享。建議構建國家級新污染物數據平臺，實施分級共享機制：基礎物化與毒性數據公開；詳細的區域環境監測數據對科研機構開放；涉及企業排放的敏感數據經脫敏后受限訪問。建立數據貢獻的激勵機制，將高質量數據匯交納入科研評價體系。

4）創新技術，促進新污染物跨介質削減與去除。

在實驗與模擬研究方面，應設計更系統化的受控環境模擬實驗，精確解析pH值、溫度、氧化還原電位及共存物質等關鍵因子對新污染物跨介質行為的影響。在微觀機制層面，大力推動計算化學方法（如量子化學計算、分子動力學模擬）在界面吸附、催化降解等過程中的應用，從分子水平揭示作用機制，為定向開發高效阻斷或去除技術提供理論基礎。

8 結論

新污染物在水?固環境介質中的交互作用規律研究已經取得了豐碩的科研成果。全球科研工作者分別從宏觀表象、微觀機制、材料開發、設備開發等方面考察新污染物的遷移轉化。

然而，目前研究仍存在局限性：

• 首先，新污染物在不同環境介質間的跨界面遷移機制尚未得到系統性闡釋；

• 其次，真實復雜環境中多污染物共存時的協同或拮抗效應研究仍較為缺乏；

• 此外，從污染物識別檢測到生態毒理效應評估之間尚未形成有效銜接；

• 最后，基于過程機理的預測模型與調控策略仍顯薄弱，制約了風險精準防控與治理技術的開發。

我們期待在未來研究中可突破上述空白，推動新污染物治理從“被動應對”向“主動預警、精準調控”轉變，為保障水環境安全與生態健康提供堅實的科學基礎。

本文作者：李寧、梁瀾、王天昊、郭海曉、王燕杉、陶俊宇、李江、王斌、陳冠益、侯立安

作者簡介：李寧，天津大學環境科學與工程學院，特聘研究員，研究方向為人工智能與低碳水處理技術；侯立安（通信作者），中國人民解放軍96911部隊，正高級工程師，中國工程院院士，研究方向為飲用水安全保障、分散點源生活污水處理和人居環境空氣凈化等。

文章來 源 ： 李寧, 梁瀾, 王天昊, 等. 2025 年新污染物在水?固環境介質中交互作用規律研究熱點回眸[J]. 科技導報, 2026, 44(2): 69?78 .

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