讓所有人喝上放心水

胡敬

飲用水水質(zhì)安全是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的大問題，因此對(duì)于它的研究一直是環(huán)境科學(xué)工程領(lǐng)域的一個(gè)前沿方向。天然源風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)在環(huán)境中的廣泛存在，大大影響了飲用水的水質(zhì)，對(duì)人體健康構(gòu)成了極大的危害，已成為全球飲用水安全管理的重要對(duì)象。藻源物質(zhì)、天然有機(jī)物消毒副產(chǎn)物、砷氟這些重要的天然源風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)，種類繁多、組成復(fù)雜，很難通過環(huán)境管理從源頭上予以控制，因此對(duì)于這些物質(zhì)的識(shí)別和調(diào)控一直是飲用水安全保障的一大難題。

而來(lái)自中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心的楊敏團(tuán)隊(duì)以獨(dú)特的視角，系統(tǒng)開展了關(guān)于藻類代謝物、天然有機(jī)物消毒副產(chǎn)物、砷氟等天然源風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)的識(shí)別、轉(zhuǎn)化和調(diào)控研究，并且已取得了若干重要的成果。

為水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)管控獻(xiàn)策

2017年，對(duì)于他們來(lái)說又是一個(gè)豐收年。項(xiàng)目“飲用水天然源風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)的識(shí)別、轉(zhuǎn)化與調(diào)控機(jī)制”成功入圍2017年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)最終角逐的消息傳來(lái)后，團(tuán)隊(duì)里的每個(gè)成員都振奮不已。

在獲獎(jiǎng)項(xiàng)目中，圍繞飲用水天然源風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)的識(shí)別、形成機(jī)制及控制原理等關(guān)鍵科學(xué)問題，他們開展了系統(tǒng)深入的研究，并取得了一系列創(chuàng)新型成果。

在有關(guān)藻源致畸性維甲酸類物質(zhì)的環(huán)境問題研究中，他們?cè)趪?guó)際上首次發(fā)布了維甲酸類物質(zhì)的環(huán)境污染情況，證明了水華微囊藻是產(chǎn)生維甲酸類物質(zhì)的主要藻種，并揭示了維甲酸類物質(zhì)的生成規(guī)律，推動(dòng)了國(guó)際上對(duì)藻源風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)的認(rèn)知。

2007年的無(wú)錫飲用水嗅味事件，曾引發(fā)了罕見的供水危機(jī)，造成了嚴(yán)重的社會(huì)影響。通過對(duì)此事件的深入調(diào)查與研究，團(tuán)隊(duì)在國(guó)內(nèi)率先建立了系統(tǒng)的飲用水嗅味評(píng)價(jià)與物質(zhì)鑒定方法。鑒別出了太湖嗅味事件的主要嗅味類型為腥臭味，識(shí)別出了關(guān)鍵致嗅物為藻源二甲基三硫等硫醚類物質(zhì)，相關(guān)成果已在Science上發(fā)表。

在關(guān)于砷氟等天然源風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)的識(shí)別研究中，他們提出了基于復(fù)合金屬氧化物吸附的砷氟強(qiáng)化去除原理，發(fā)現(xiàn)了鈰元素顯著增強(qiáng)鐵基氧化物的表面異質(zhì)性和羥基活性位密度的現(xiàn)象，揭示了砷、氟在鐵基復(fù)合金屬氧化物界面的電荷分布多位絡(luò)合吸附機(jī)制，這一機(jī)制顯著提升了pH中性條件下砷氟吸附的去除效率。

此外，經(jīng)過長(zhǎng)期努力和深入探索，團(tuán)隊(duì)還拓展了飲用水消毒副產(chǎn)物的研究領(lǐng)域，創(chuàng)建了全新的，研究高度復(fù)雜天然有機(jī)物及其消毒副產(chǎn)物分子組成的超高分辨質(zhì)譜方法，并發(fā)現(xiàn)了飲用水中1000種新型消毒副產(chǎn)物，詮釋了混凝在去除消毒副產(chǎn)物前驅(qū)體上的關(guān)鍵作用，證明了Keggin結(jié)構(gòu)的羥基納米聚合鋁十三具有高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而進(jìn)一步揭示了消毒副產(chǎn)物控制的羥基納米聚合鋁十三強(qiáng)化混凝原理。

目前，基于該項(xiàng)目，團(tuán)隊(duì)發(fā)表的論文已達(dá)105篇，其中包括Science論文1篇、PNAS 1篇。此外在環(huán)境領(lǐng)域最有影響的刊物Environ.Sci.Technol.和Water Res.上也分別發(fā)表論文21篇和30篇。相關(guān)成果曾獲得國(guó)際水協(xié)會(huì)全球創(chuàng)新獎(jiǎng)，共獲國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)6件和美國(guó)發(fā)明專利1件。作為第一完成人，楊敏自2014年以來(lái)多次被評(píng)為Elsevier高被引學(xué)者，其團(tuán)隊(duì)中也有兩人獲得了國(guó)家杰出青年科學(xué)基金的資助。

楊敏領(lǐng)銜開展的一系列關(guān)于天然源風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)的研究，為保障飲用水的安全，提供了重要的理論和技術(shù)基礎(chǔ)，同時(shí)也推動(dòng)了環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)科的發(fā)展和飲用水行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，更為政府的飲用水水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)管理提供了重要的理論與技術(shù)支撐。

配合默契的超強(qiáng)團(tuán)隊(duì)

談起項(xiàng)目取得的成績(jī)，楊敏覺得這一切應(yīng)歸功于團(tuán)隊(duì)全體成員的努力。由楊敏、張昱、王東升、張海峰、巫曉琴5人構(gòu)成的團(tuán)隊(duì)，在楊敏的帶領(lǐng)下，分工明確、配合默契，在各自負(fù)責(zé)的部分開展了堅(jiān)持不懈的探索。

作為團(tuán)隊(duì)的靈魂人物，楊敏是項(xiàng)目的總體設(shè)計(jì)者，在研究中他發(fā)現(xiàn)了硫醚類物質(zhì)是另一類重要的藻源致嗅物質(zhì)，就此拓寬了藻源風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)的研究領(lǐng)域，并開創(chuàng)了在分子水平上對(duì)天然有機(jī)物在飲用水水處理過程中的轉(zhuǎn)化機(jī)制研究。他的研究，為我國(guó)的飲用水安全保障提供了重要的技術(shù)支撐。

張昱研究員和王東升研究員，是楊敏在中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心的同事，他們從2003年起就參與到了項(xiàng)目的研究中，對(duì)于項(xiàng)目成果的獲得，他們也做出了各自的貢獻(xiàn)。

張昱的貢獻(xiàn)在于，揭示了天然源有害陰離子在鐵基復(fù)合金屬氧化物上的絡(luò)合吸附機(jī)制，提出了引入過渡金屬鈰增強(qiáng)吸附材料表面異質(zhì)性和活性位密度、以及引入高零電荷點(diǎn)物種鋁氧化物拓寬吸附材料適用pH范圍的復(fù)合金屬氧化物界面調(diào)控原理。

王東升則提出了天然有機(jī)物優(yōu)化去除的混凝調(diào)控技術(shù)，闡明了基于具有高正電荷和亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的水合羥基納米聚合鋁十三的強(qiáng)化去除天然有機(jī)物的混凝原理，突破了以往基于混凝劑投量增加的固有強(qiáng)化混凝思路，推動(dòng)了納米聚合鋁十三在國(guó)內(nèi)的工程應(yīng)用。

而團(tuán)隊(duì)的另兩位成員中，張海峰作為楊敏的研究生，從2009年開始就參與到項(xiàng)目的研究中，2012年畢業(yè)留所后，他仍選擇了繼續(xù)投入其中。他的貢獻(xiàn)在于，創(chuàng)建了研究高度復(fù)雜天然有機(jī)物及其消毒副產(chǎn)物分子組成的超高分辨質(zhì)譜方法，發(fā)現(xiàn)了飲用水中上千種新型極性消毒副產(chǎn)物，闡明了天然有機(jī)物消毒副產(chǎn)物的分子轉(zhuǎn)化規(guī)律。

另一位則是來(lái)自北京大學(xué)的巫曉琴，她曾作為研究骨干參加了楊敏負(fù)責(zé)的水專項(xiàng)課題“飲用水水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用研究”及中日合作項(xiàng)目“環(huán)境負(fù)荷削減及高安全水處理技術(shù)系統(tǒng)的研究開發(fā)”。2007年至2011年間，巫曉琴參與到了獲獎(jiǎng)項(xiàng)目的研究中，她的貢獻(xiàn)是在國(guó)際上首次報(bào)道了藻源維甲酸類物質(zhì)的環(huán)境污染，證明了藍(lán)藻是產(chǎn)生維甲酸類物質(zhì)的主要藻種，揭示了維甲酸類物質(zhì)的生成規(guī)律。

除以上貢獻(xiàn)外，他們還作為第一、主要或通訊作者分別發(fā)表了相關(guān)的研究論文，并引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。

楊敏告訴記者：“能夠入圍2017年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，離不開這支優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)，更離不開所有為這個(gè)項(xiàng)目做出過貢獻(xiàn)的組織和個(gè)人。環(huán)境科學(xué)研究的系統(tǒng)性和復(fù)雜性，決定了完成如此龐雜的任務(wù)，單憑我們5個(gè)人的力量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。成果和獎(jiǎng)項(xiàng)的獲得，也凝聚了我的工作單位——中國(guó)科學(xué)院飲用水科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的一份力量。”

作為中國(guó)科學(xué)院唯一專門從事飲用水安全保障研究的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，飲用水科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室突破了傳統(tǒng)的以有限指標(biāo)控制為目標(biāo)的水質(zhì)安全保障理論和工藝技術(shù)局限，創(chuàng)建了以風(fēng)險(xiǎn)控制為目標(biāo)的水質(zhì)基準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)制定、污染控制與水質(zhì)凈化的全新理論和技術(shù)體系。形成了從基礎(chǔ)到應(yīng)用、從工程到管理、從水源到末端全方位的科技創(chuàng)新布局，為持續(xù)提升我國(guó)水質(zhì)安全保障能力提供了不可替代的科技支撐。

特別是實(shí)驗(yàn)室擁有各類大中型現(xiàn)代化儀器設(shè)備，更使它成為國(guó)內(nèi)飲用水研究領(lǐng)域支撐系統(tǒng)最健全和研發(fā)能力最強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)室。正是在實(shí)驗(yàn)室的水質(zhì)分析測(cè)試儀器平臺(tái)、毒理與分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、模擬實(shí)驗(yàn)及自主研發(fā)平臺(tái)這些優(yōu)質(zhì)平臺(tái)的助力下，團(tuán)隊(duì)的研究才得以順利開展，并取得了一系列重要的成果。

未來(lái)，他們將繼續(xù)依托中國(guó)科學(xué)院飲用水科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室這個(gè)優(yōu)質(zhì)平臺(tái)，加強(qiáng)國(guó)際交流與合作，為飲用水安全多一層保障貢獻(xiàn)屬于自己的一份力量。