加强我国新污染物的环境控制技术与管理政策研究
中国网/中国发展门户网讯 新污染物对环境造成的潜在不利影响引起了广泛关注。2001年,美国国家环境保护局(USEPA)首次提出新污染物(emerging contaminants, ECs)的概念。自2020年以来,我国提出“重视新污染物治理”,并全面部署了新污染物治理工作。2022年5月,国务院办公厅发布了《新污染物治理行动方案》(以下简称《行动方案》)的通知,明确了新污染物的定义,即那些发现或关注时间较晚、具有环境健康风险但尚未受到现有法律制度约束的污染物。值得一提的是,我国在《行动方案》的英文版中提出“new pollutants”这一名称,既响应并具体化了国际上使用“emerging contaminants”作为新污染物的概念,又体现了我国在全球新污染物防控治理方面的主动担当,提出了具有中国特色的新污染物治理思路与方案。在过去10多年,我国关于新污染物的科学研究虽然取得了阶段性进步,包括建立了新污染物分析方法体系,评估了中国典型区域新污染物污染状况、污染特征及环境风险,建立了新污染物控制技术体系,然而在新污染物防控方面我国仍面临巨大挑战。
目前,备受关注的新污染物分为持久性有机污染物(POPs)、内分泌干扰素(EDCs)、抗生素(ABX)和微塑料(MPs)共4类,防控新污染物的控制技术可分为常规处理和新型处理。由于常规处理技术对新污染物的处理效率较低,新型处理技术近年来得到了广泛应用,包括非破坏性技术、破坏性技术和物理(相变转化)技术。其中,非破坏性技术包括吸附和膜过滤技术,破坏性技术分为化学控制和生物控制。
2022年12月,生态环境部联同工业和信息化部、农业农村部、商务部、海关总署、国家市场监督管理总局等部门共同印发了《重点管控新污染物清单(2023年版)》(以下简称《清单》)。根据《行动方案》和《清单》要求,全国各省、自治区、直辖市纷纷制定了本地区的污染物管控工作方案,并全面实施。截至2023年,我国已经成功淘汰了短链氯化石蜡、十溴二苯醚、得克隆等8种新污染物,取得了新污染物防控的重要进展。值得注意的是,在20世纪70年代新污染物尚未被明确界定时,西方发达国家就已经开始了新污染物的监测和防控工作,其发展历程、工作经验、政策法规对我国当前面临的新污染物治理问题具有借鉴意义。
本文旨在阐述环境中新污染物的传播途径和防控治理技术,系统比较不同控制技术的适用范围和技术特点,同时分析欧美等发达国家的管理政策与治理经验,结合我国目前的新污染物防控方案,提出加强我国新污染物的环境控制技术与管理政策研究的建议,以期为我国新污染物治理实践提供参考和借鉴。
新污染物的环境传播途径与公共卫生挑战
新污染物正逐渐成为环境保护领域的焦点问题。新污染物来源多样,包括工业排放、农业活动、家庭日常用品、医疗废弃物和化妆品等,其化学性质复杂、难以降解,具有持久性和生物累积性,能在环境中长期存在并通过空气、水体和土壤传播。新污染物不仅对生态系统构成严重威胁,还对人类健康带来潜在风险。因此,全面了解新污染物的来源、传播和影响,对于制定科学有效的治理策略、保护生态环境和公众健康至关重要。
新污染物的环境传播途径
生态系统中存在的潜在新污染物源,如异生物质,可能介导新污染物的产生和富集。正在使用的大量新污染物类化学物质会通过生产、使用、运输、老化、处理处置等过程释放到环境中,也会通过垃圾填埋场和农业径流等途径排放到环境中,导致水体、土壤和大气的污染(图1)。新污染物可以通过食物链积累,影响生物多样性。例如,微塑料被水生生物摄入后,可能导致毒性反应,影响其生长和繁殖。新污染物对土壤和水体中的微生物群落产生显著影响。例如,抗生素的泛滥可能导致抗性基因的产生和传播,改变微生物群落结构,进而影响生态系统功能。 新污染物可干扰内分泌系统,影响生物生殖。内分泌干扰素能够影响高等生物的生殖系统,导致生殖异常和种群数量下降。
新污染物可在多种环境介质中传播。在水环境中,新污染物迁移转化受溶解性、吸附作用和生物降解影响,溶解性好的新污染物易扩散,吸附在悬浮颗粒物上的新污染物则很有可能通过沉降作用进入沉积物,且已知的污水处理技术均无法有效去除这些潜在的新污染物源。在土壤中,新污染物的迁移转化主要受土壤类型、有机质含量和微生物活性等因素影响,有机质含量高的土壤吸附能力强。 在大气中,存留在大气中的新污染物能够通过挥发和光化学反应进行迁移转化,生成更具毒性和持久性的二次污染物。
新污染物的公共卫生挑战
有毒废物的倾倒、不可生物降解材料的使用、有害温室气体的排放、废水污泥的处置不当,以及其他危险化学品的废弃等都给环境带来了严重的威胁。随着分析检测技术的不断进步,不同环境介质(包括地表水、沉积物、大气及土壤)中的新污染物也逐渐被检测出来(表1)。这些污染物具有生物毒性、环境持久性和生物累积性等特征,即使在环境中的浓度非常低,也可能对生态系统和人体健康造成长期危害(图2)。
新污染物控制技术的发展
新污染物因其复杂性和持久性逐渐成为环境保护的新挑战,发展新污染物控制技术迫在眉睫。通过不断革新和研发,以下4类技术应运而生,旨在提高治理新污染物的效率和效果。
新污染物控制技术的分类
目前,研究主要关注新污染物的过程控制技术,通过利用各种处理技术来去除污染,包括常规处理技术和新型处理技术。由于新污染物通常具有低浓度、复杂的分子结构和难以生物降解等特点,所以利用常规处理技术去除新污染物的方法限制较多。为弥补当前常规处理技术中存在的明显不足,越来越多的新型处理技术正在被研发和使用(图3),主要分为4类。 化学技术。主要涉及高级氧化工艺处理技术(AOPs),包括光催化氧化法、芬顿氧化法、声化学氧化法和电催化氧化法等,其原理是利用物理或化学途径产生自由基,通过其氧化能力分解液体介质中的新污染物,应用于多种不同类型的新污染物去除,适用范围广。物理技术。依赖新污染物相转移开发的物理技术主要有吸附和过滤技术。新污染物通过相转移从液相中转移到固相中,其相转移的吸附原理包括孔隙间填充扩散、静电相互作用、疏水相互作用、离子交换作用力、氢键和共轭双键等。此外,由于部分新污染物的极性和高水溶性降低了絮凝和沉淀等物理过程的去除效果,生物炭和活性炭的吸附已成为新污染物去除技术研发的工作重点。絮凝法、纳米材料法、超临界流体萃取法和电渗析法等物理技术方法的综合运用能够进一步提高新污染物的去除效率。膜技术。膜技术主要包括吸附法、微滤法、超滤法、纳滤法和膜生物反应器法。膜材料根据孔径大小可分为微滤膜(MFM)、超滤膜(UFM)、纳滤膜(NFM)和反渗透膜(ROM)。其中,反渗透膜随着孔径减小,去除效率更高,然而传统市售膜对处理大量的水中新污染物仍存在截留率不足和效率低等缺陷,如纳滤膜NF200对双酚A的截留率小于50%。基于此,研究特定化学性质和化学结构的定制新型膜已成为设计用于新污染物分离的重要课题,例如表面改性、形态控制和纳米结构构建。生物技术。原理是利用生物代谢手段,增强新污染物被转化和被降解的能力,具备应用于处理持久性有机污染物的发展潜力,如微生物降解法、植物修复法、生物转化法和生物强化法。
新污染物控制技术的可行性
对新污染物控制技术的可行性分析涉及4个方面,主要包括技术的成熟度、经济效益、环境影响及政策法规支持。技术的成熟度。针对新污染物的控制技术正处于快速发展阶段。例如,光催化氧化法、芬顿氧化法、臭氧化法等技术已被证明在处理某些新污染物方面具有潜力。光催化氧化法,利用光能激发催化剂产生自由基,具有高效、无选择性、可重复使用等优点,但受限于光源和催化剂成本;芬顿氧化法,通过铁离子和过氧化氢反应生成羟基自由基,反应条件温和,操作简单,但会产生铁泥等二次污染;臭氧氧化法,利用臭氧的强氧化性分解污染物,适用于多种水质条件,尽管此类技术去除能力强,但臭氧易分解,能耗高、成本高,且仍存在二次污染的风险。技术的经济效益。新污染物控制技术的经济可行性是决定其广泛应用的重要因素。例如,Zhou等开发了一种新型的脉冲电氧化技术,能高效地处理抗生素环丙沙星,解决了传统电化学氧化方法处理新污染物过程中低效率和高能耗的问题。技术的环境影响。新污染物控制技术的实施应当尽量减少对环境的负面影响,能够重复利用,避免产生二次污染。例如,越来越多的低成本吸附剂能有效去除水中的新污染物,故替代了一些昂贵的吸附剂。技术的选择和优化也需要考虑其在自然界中各个生命周期内的环境足迹。例如,An等评估了我国太湖流域西北部的新污染物情况,发现其中多种有药物活性的化合物主要来自污水处理厂,故提出新污染物具有高生态风险,应当优先控制。 技术的政策法规支持。政府制定相应政策和法规对于新污染物控制技术的推广至关重要。
新污染物管理政策的研究与发展
随着科技进步和工业化进程的不断加快,环境污染问题日益复杂,传统的污染治理措施已无法应对新污染物的挑战。这些新污染物不仅对生态系统造成破坏,也对人类健康构成潜在威胁。现有的技术手段和治理政策在面对这些新污染物时效果有限,亟待通过科学研究和政策创新寻找新的解决途径,通过全面的政策研究和实践,有效应对新污染物带来的环境挑战,推动社会的绿色发展和生态文明建设。
发达国家对新污染物的管理政策
欧洲的管理政策
2000年,欧盟理事会通过了《水框架指令》(WFD),旨在保护欧洲饮用水安全和水生态平衡;WFD遵循欧盟优先限定监管的新污染物标准,要求各成员国以自然地理水流域为单位制定不同的流域方案,并在2027年实现水域良好生态状况的总体目标,引入了水管理方面的治理创新,赋予各成员国更多的政策灵活性,允许各成员国自主选择实施方案、确定治理目标来制定具体方案。2001年,欧盟提出了《化学品注册、评估、授权和限制》(REACH)白皮书,旨在监控和限制化学品的使用。截至2024年11月,欧洲化学品管理局(ECHA)也在REACH中引入了内分泌干扰素的评价指标,为了更大限度地减少环境暴露风险,已有242种化学品被高度关注并登记,其中包括17种被列为环境内分泌干扰素和12种影响人体健康的内分泌干扰素。此外,欧盟规定了化妆品与饮用水中的新污染物浓度限值,丹麦、瑞典、奥地利和德国等成员国也对未在欧盟法案中提及的新污染物设定了最严格的阈值。
美国的管理政策
鉴于新污染物带来的多种风险,美国已实施多项政策法规,授权USEPA以及各州政府开展新污染物的处置工作。截至2023年7月18日,美国参议院再次提出《无塑料颗粒水法案》,授权USEPA执行关于微塑料治理的法令,包括禁止在美国水域排放塑料颗粒和预生产中使用的塑料颗粒。目前,USEPA已将农药敌草隆、类固醇17β-雌二醇等多种污染物列为饮用水中优先监测的有害物质。2015年,USEPA发布报告,明确了需要重点研究有机磷阻燃剂的毒理学效应。此外,基于美国《安全饮用水法》修正草案,USEPA发布了未受管控污染物监测项目(UCMR),引导供水商监测饮用水中的新污染物。USEPA每5年就要更新饮用水污染物候选清单(CCL),CCL的确立具有严格的筛选流程和标准,以人类健康效应和水环境中新污染物的存在情况为指标。2021年,USEPA将特氟隆中的全氟烷基和多氟烷基物质(PFAS)纳入了第5批UCMR,并于2022年发布了第5批CCL,同时开展全国范围的饮用水监测。2023年,USEPA限制规定了全氟辛基磺酸(PFOS)和全氟辛酸(PFOA)的环境浓度不得超过4 ng/L。USEPA还对管控清单的化合物进行内分泌活性的评价,为保障食品健康与防控饮用水源污染风险提供基础,并优化了一些具有明确污染后果的新污染物筛选标准。
加拿大的管理政策
1999年,加拿大颁布了《环境保护法》,旨在预防和控制污染、促进可持续发展,为环境保护和公共健康提供了法律基础;该法案涵盖管理危险废物、防治空气污染、限制温室气体排放、管理海洋处置和处理环境紧急情况等内容;还包括评估化合物的安全风险。例如,鉴于新污染物多溴二苯醚的环境毒性,加拿大各地已明令禁止其生产和进口。2008年,加拿大实施了关于管控PFOS及其衍生物的法律,严格禁止PFOS及其衍生物的制造、应用、分发、贩卖或者将含PFOS及其衍生物的产品进口。2011年,《加拿大航运法》明确禁止个人和船只向海洋排放废弃塑料。2017年,加拿大颁布了禁止在洗护用品中添加塑料微珠的相关法律条款。2023年,加拿大政府借鉴了REACH对四溴双酚A的管控,以减少该化合物在工业中的排放;加拿大政府为应对抗生素造成的生态环境污染和毒理效应,对兽用抗生素实施限制要求,规定在兽药登记注册时,必须提交抗生素环境风险评估报告,并由环境专家进行审查。
其他发达国家的管理政策
1973年,日本颁布实施了《化学物质审查及制造管理法》(CSCL),目前已修订至2017年第53号法案。2015年,韩国颁布了《韩国化学品注册与评估法案》(K-REACH),建立并完善了本国的化学品监管框架。2020年,澳大利亚发布了《PFAS国家环境管理计划第二版》(PFAS NEMP 2.0)。2022年,新西兰发布的饮用水标准中限定了全氟己烷磺酸盐(PFHxS)和PFOS的含量不得超过70 ng/L,PFOA的含量不得超过560 ng/L。
我国新污染物治理政策的制定与发展
我国是世界第二大经济体,近1/3的全球经济增长源自中国,中国市场在全球化学品市场价值约占45%,预计每年可达4万亿美元。2020年,我国化学品消耗量达1.77万亿美元,主要用于化妆品、杀虫剂、化肥、塑料、纺织品、建筑材料、药品等产品的生产。目前,我国已制定《化学物质环境风险评估与管控技术标准体系框架(2024年版)》,以确保化学物质的环境风险得到有效控制。为解决化学品带来的长期不利影响,我国第一部《危险化学品安全法》正按照立法程序进入审查阶段,为未来新污染物的防控提供了法律支持。2001年,我国同意签署《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》,表明了我国对新污染物治理的立场和决心;同年,我国启动的国家高技术研究发展计划(“863”计划)中“环境内分泌干扰物的筛选与控制技术研究”立项,标志着我国在新污染物风险防范方面的相关工作正式启动。2015年,国务院发布了《水污染防治行动计划》,首条内容就强调了“全面控制污染物排放”,提出加大对水资源污染的防范治理,切实保障了国家水安全,为我国水环境中新污染物的防治工作提供了重要依据。2016年,生态环境部着手对潜在地下水污染场地进行研究,主要包括风险评估、风险管理和污染场地修复。2017年,生态环境部对22种具有潜在污染风险的化学品进行了分类。根据国务院于2022年5月公布的《行动方案》,近期提出重点控制的新污染物清单草案强调了对重点防控的新污染物实施禁止或限制生产、加工、使用、进出口和排放,以减少新污染物对环境的影响。生态环境部在《行动方案》中提出了工作目标:“到2025年,完成高关注、高产(用)量的化学物质环境风险筛查,完成一批化学物质环境风险评估;动态发布重点管控新污染物清单;对重点管控新污染物实施禁止、限制、限排等环境风险管控措施。有毒有害化学物质环境风险管理法规制度体系和管理机制逐步建立健全,新污染物治理能力明显增强。”
新污染物治理是一个全面的系统项目,跨部门的合作与协调至关重要。新污染物治理包括对有害化学物质的危害性测试、环境风险评价、绿色可替代产品的开发与推广、产业政策的调整、淘汰过时的产品和生产线、污染物排放的控制等。我国可通过借鉴发达国家和国际组织对新污染物的治理经验,制定和完善新污染物的标准和法规,引进先进的监测技术,建立全国性的监测网络,动态评估新污染物的风险,提高公众对新污染物的认识,鼓励公众参与治理工作(图4)。
对新污染物控制技术与治理政策的展望
尽管新污染物在环境中的检测浓度低,但它们在环境中持久存在会产生很大的副作用,令人担忧。我国新污染物的控制技术研究和环境管理方面起步较晚,存在源头监测与评估环节薄弱、法规体系不完善和技术创新不足等问题。因此,未来需要加强以下4个方面的研究。
推动绿色化学的研发和应用,从源头减少新污染物的产生。开发高效率、低成本的污染物监测技术,加强生产过程中的实时监控和管理;投资生物修复和先进氧化等新型净化和修复技术,提高末端治理效率;增加专项资金,加大对替代材料和工艺的投入,强化创新研究和产学研合作平台建设,促进技术转化与推广应用。
完善新污染物相关法律法规,制定统一的识别和分类标准,明确监管范围。建立动态更新的污染物清单,加强对新污染物的风险评估和信息公开;对于使用绿色环保技术的企业提供税收优惠和资金支持,鼓励企业自愿减排。
利用多媒体平台开展新污染物知识普及活动,提高公众的环保意识和参与度。在青少年课程教育中增加关于新污染物与环境保护、国民健康等内容,增强下一代对新污染物防治的意识;推动公众参与环境问题决策,建立反馈机制,鼓励社区和个人在日常生活中减少新污染物排放。
加强与发达国家科研机构和国际组织合作与交流,分享新污染物治理研发的新成果和新经验。加强全球先进技术和管理经验分享和创新,共同应对新污染物的挑战;积极参与国际环保项目,共同研发治理新技术和新方案,提高在全球治理中的话语权。
(作者:马莹、李想,西南大学资源环境学院界面过程与土壤健康重庆市重点实验室;骆永明,中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室。《中国科学院院刊》供稿)