水環境中新污染物去除技術的研究進展

摘要：隨著各類化學品大規模生產和使用，新污染物在環境中不斷被發現。新污染物具有持久性和生物累積性，嚴重威脅生態環境安全和人體健康。目前，微塑料、抗生素、全氟化合物和內分泌干擾物是常見的

4種新污染物。本文結合國內外研究進展，綜述水環境中不同新污染物的去除技術，然后展望技術發展方向，旨在為水環境中新污染物的去除提供理論參考。

關鍵詞：新污染物；去除技術；水環境；微塑料；抗生素；全氟化合物；內分泌干擾物

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）02-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.02.033

Research Progress on Removal Technology of New Pollutants in Water Environment

ZHANG Li， PAN Ziliang， ZHENG Yi

（Qingdao Environmental Protection Science Research and Design Co.， Ltd.， Qingdao 266000， China）

Abstract： With the large-scale production and use of various chemicals， new pollutants are constantly being discovered in the environment. New pollutants have persistence and bioaccumulation， posing a serious threat to ecological security and human health. Currently， microplastics， antibiotics， perfluorinated compounds， and endocrine disruptors are four common new pollutants. Based on the research progress at home and abroad， this paper reviews the removal technologies of different new pollutants in the water environment， and then looks forward to the direction of technological development， aiming to provide theoretical reference for the removal of new pollutants in the water environment.

Keywords： new pollutants; removal technology; water environment; microplastics; antibiotics; perfluorinated compounds; endocrine disruptors

目前，國內外廣泛關注的新污染物主要有微塑料、抗生素、全氟化合物和內分泌干擾物。水環境中，新污染物濃度范圍分布較廣。水環境中的污染物種類會隨著時間而變化，因此有必要加大研究力度，投入資源，以減少水污染的影響和風險。要更新和完善收集水中新污染物動態的機制，以免對河流水質、流域內動植物造成風險[1]。本文結合研究現狀，綜述水環境中不同新污染物的去除技術，以期為新污染物去除技術的進一步發展提供參考。

1 微塑料

塑料產量的大幅度增長導致全球塑料污染嚴重。微塑料危害水生生物，通過食物鏈放大在人體內積累。此外，微塑料作為載體可以攜帶水體中其他污染物，如抗生素、重金屬、有機物等，一旦形成的復雜污染物被水生生物攝入體內，將會對水生生物和人類產生巨大危害。微塑料可以影響海洋微藻光合作用，暴露于高濃度微塑料的環境后，葉綠素含量和光合效率急劇下降，嚴重影響微藻生長。微塑料的去除方法主要有吸附法、膜法、混凝絮凝法等。

1.1 吸附法

吸附法成本較低，操作簡單，效果良好，目前被廣泛應用。吸附材料需要具備可重復使用性、可生物降解性和生物相容性。生物炭可用于去除水中的微塑料，去除率可達90%，其中粒徑10 μm的微塑料也可被去除。金屬有機框架可以作為吸附劑吸附水中的微塑料，去除率達到95.5%，吸附材料可以回收和重復利用。

1.2 膜法

膜法可有效去除水中的微塑料。動態膜可以去除合成廢水中的微塑料，在20 min內實現對微塑料的出色過濾。膜生物反應器、盤式過濾器和溶解氣浮裝置可用于去除污水處理廠廢水中的微塑料，膜生物反應器可以去除廢水中99.9%的微塑料，相比其他裝置，它可以去除大部分尺寸的微塑料，包括20～100 μm的小尺寸。

1.3 混凝絮凝法

混凝絮凝法是通過配體交換引發吸附絡合機制結合微小顆粒，從而在污染物顆粒間形成牢固結合。鐵鹽和鋁鹽可用于去除聚乙烯微塑料，鋁鹽比鐵鹽具有更好的性能，當使用聚丙烯酰胺（PAM）協助時，微塑料的去除率從25.83%提高至61.19%。

2 抗生素

抗生素被廣泛使用，可用于治療疾病，如動物的細菌感染，大大降低病原菌引起的傳染病的死亡率和發病率。此外，在養殖業中，抗生素還被用作藥物和飼料添加劑，不僅可以預防疾病，還可以促進動物生長。然而，抗生素在動物體內通常只有部分代謝，剩余部分通過糞便和尿液以整體化合物或代謝物的形式排放到環境中，環境中的抗生素會導致生態系統產生耐藥性，還會導致腸道菌群紊亂、糖尿病等疾病。目前，在地表水、地下水、沉積物、土壤甚至飲用水中都檢測到抗生素。中國許多沿海水域檢測到抗生素。抗生素可以在自然環境中有一定降解，分為生物降解和非生物降解。生物降解是指通過微生物、藻類和植物的作用進行降解。但自然降解并不能完全解決抗生素污染問題，因此研究者致力于開發和改進抗生素的強化去除方法。強化去除方法主要有生物法、膜濾法、吸附法和高級氧化法[2]。

2.1 生物法

生物法是利用生物體（主要是細菌和真菌）進行降解。混合菌可用于去除磺胺類藥物，磺胺類藥物降解菌群中的主要細菌為厚壁菌門和擬桿菌門。在好氧和厭氧條件下，曝氣生物過濾系統對養豬廢水中抗生素的去除效果較好。生物法處理抗生素污染，具有經濟有效且操作容易的優點，所以其被作為處理抗生素污染的傳統方法，但環境中的抗生素濃度很低，無法徹底消除。

2.2 膜濾法

膜濾法能夠有效去除包括抗生素在內的大分子化合物，膜過濾效果取決于溶液的物理化學性質和膜材料性質。目前，研究主要集中在復合納濾膜上。超濾和兩級反滲透相結合，可用于處理養豬廢水，不僅去除氮、磷等污染物，還去除精氨酸，有效降低精氨酸對自然水體的危害。但在實際應用中，膜濾法可能會有堵塞現象，增加能耗，若處理不當，濃縮廢水很容易造成二次污染。

2.3 吸附法

吸附法主要通過靜電作用、氫鍵、孔隙填充和疏水作用吸附廢水中的抗生素。特定條件下，吸附劑能有效去除抗生素，但成本普遍較高，研究者致力于制備低成本改性吸附劑。經鋯離子改性，玉米葉可以有效吸附廢水中的左氧氟沙星。

2.4 高級氧化法

高級氧化法是處理廢水中抗生素的有效方法。污水處理廠使用臭氧氧化，環丙沙星、紅霉素和甲氧芐啶的去除率超過90%。高級氧化法具有較高的去除效率，但成本較高，所以要改進催化劑技術和反應器技術，降低加工成本。

3 全氟化合物

全氟辛烷磺酸（Perfluorooctane Sulfonate，PFOS）

和全氟辛酸（Perfluorooctanoic Acid，PFOA）具有優異的表面性能，已被廣泛用作表面處理化學品、聚合助劑和表面活性劑。PFOS可應用于表面處理（地毯和織物保護、半導體工藝的晶片光刻等）、紙張保護（用于杯子和盤子的涂層等）和高性能化學品（水性滅火泡沫、液壓液等）；PFOA可用作乳化劑（鍋具涂層）和表面活性劑（肥皂、洗發水等）。PFOS和PFOA在環境中具有持久性和生物累積性，并對動物有潛在毒性，因此它們被稱為新一類持久性有機污染物，降解方法主要有高級氧化法、光催化法、吸附和膜過濾法[3]。

3.1 高級氧化法

高級氧化法是利用氧化劑降解全氟化合物。作為強氧化劑，亞臨界水能夠完全降解PFOS，PFOS被強有力地吸附在Fe3O4的表面，然后在高溫和加壓條件下被氧分子氧化，C-F鍵完全斷裂。超聲波輻射形成空化氣泡，使PFOS通過釋放磷酸鹽基團變成PFOA，PFOA被降解成具有較短碳鏈且毒性較低的其他PFCAs。

3.2 光催化法

光催化法是一種有效降解全氟化合物的方法。汞燈（波長184 nm）或氙分子激光（波長172 nm）能產生紫外輻射，能完全降解某些PFOA，降解機制為PFOA逐步分解為較短鏈的全氟化碳，最終分解為二氧化碳和氟化氫。

3.3 吸附和膜過濾法

吸附和膜過濾法是一種簡單有效去除全氟化合物的方法。經過活性炭吸附處理，廢水中PFOS和PFOA去除率均超過90%，而芬頓法不能有效降解廢水中的PFOS和PFOA。廢水初始濃度為1～600 mg/L，99%以上的PFOS可被反滲透膜去除，膜通量隨著PFOS濃度的增加而降低。

4 內分泌干擾物

內分泌干擾物可能通過各種來源進入環境，如農田徑流、化糞池滲漏、污水處理廠等。內分泌干擾物可以以非常低的劑量激活某些激素的合成、儲存、釋放、代謝和轉運，從而對動物的生殖、神經和免疫系統產生不利影響。內分泌干擾物包括結構多樣的新污染物，主要有合成類固醇激素、藥品和護理產品、工業化學品（雙酚和鄰苯二甲酸酯）、農藥和燃燒副產品（多氯聯苯和二噁英）。環境中的內分泌干擾物濃度很低，但仍可造成嚴重危害。世界范圍內，內分泌干擾物的釋放不斷增加，其屬于持久性和生物累積性環境污染物，因此研究者致力于尋找有效的內分泌干擾物去除方法。廢水中的內分泌干擾物處理方法可以分為物理法、化學法和生物法。

4.1 物理法

物理法主要指吸附法。吸附法是最普遍的物理過程，由于其操作簡單、使用靈活且不產生有害副產物，被認為是最有效和可靠的內分泌干擾物去除技術之一。不同類型的吸附劑已經被用于去除內分泌干擾物，如沸石、礦物質、纖維素材料、有機/金屬雜化納米復合材料、活性炭、生物炭、活化碳氫化合物和石墨烯等材料。活性炭對對羥基苯甲酸乙酯、鄰苯二甲酸二乙酯、雙酚A和卡馬西平的去除效果好。吸附劑多種多樣，所以要進行綜合研究，以確定和比較吸附劑對不同種類內分泌干擾物的去除效果。

4.2 化學法

化學法主要包括氯化法、臭氧化法和光催化法。氯化法是指使用不同種類的氯或含氯物質來滅活水中的病原體或其他雜質。氯化被廣泛用作水處理的最后一步。最初氯濃度為10 mg/L時，廢水中雙氯芬酸、雙酚A和三氯生的去除效果好。臭氧化法是另一種普遍用于水處理的消毒技術。臭氧是一種強氧化劑，它通過一系列分解反應產生用于水消毒的高效羥基自由基。廢水pH為2～12時，雙酚A通過與臭氧的直接反應而降解，最終被完全去除。光催化是一種氧化過程，通過使用金屬氧化物半導體作為催化劑，通過紫外光形成游離羥基。光催化是一種無毒、經濟、環境友好的處理方法，它可以降解廢水中的內分泌干擾物。

4.3 生物法

微生物法是生物法的核心方法。內分泌干擾物主要與藥物、個人護理產品和激素有關，通常通過污水處理廠廢水進入環境，所以降低環境中內分泌干擾物濃度的主要方法之一是在污水處理廠去除。污水處理廠的二級處理工藝（需氧和厭氧）對于去除有機物至關重要，通過微生物分解去除內分泌干擾物。污水處理廠可以使用活性污泥法去除天然或合成類固醇激素，去除效果好。

5 結論

隨著工業化的推進和水質監測分析技術的發展，水環境中檢測到多種新污染物。它們在水環境中的濃度很低，但是嚴重影響生態環境安全和人體健康。為減少水環境中的新污染物，應采取措施，減少污染源，用毒性更低、更容易從水中去除的產品代替新污染物，消除已產生的新污染物。新污染物去除技術的研究需要在可持續基礎上進行，采用多種方法，以達到去除目的。未來，要研發既有效又環保的去除技術，盡可能廣泛地去除新污染物，同時降低能耗和資本

支出。

參考文獻

1 王 成，李 哲，魏 健，等.水中微塑料來源、生態毒理效應及處理技術研究進展[J].環境工程技術學報，2023（5）：1883-1892.

2 朱廣舉，朱志良.基于生物炭的高級氧化技術去除水中化學品類新污染物研究進展[J].化學通報，2023（7）：807-814.

3 侯立安，張雅琴，張 林.飲用水源新污染物防控發展方向的思考[J].給水排水，2022（4）：1-5.