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水环境中新兴污染物的发生与迁移转化

来源：花匠小妙招时间：2025-06-02 16:39

水是生命之源，也是人类社会的重要资源。然而，随着人口增长、工业化、城市化和农业化的发展，水环境面临着越来越严重的污染问题。除了传统的有机物、无机物和微生物等污染物外，还有一些新兴的污染物，如药物、个人护理用品、工业添加剂、纳米材料、塑料微粒等，这些污染物具有持久性、生物累积性和毒性等特点，对水生生态系统和人类健康造成了潜在的威胁。

为了有效地控制和治理水环境中的新兴污染物，需要深入地了解它们的发生源、迁移转化和归宿过程。近年来，国内外学者在这方面进行了大量的研究工作，取得了一些重要的进展。本文将从以下几个方面对这些研究进行综述：

新兴污染物的分类

新兴污染物是指由人类活动造成的、目前已明确存在、但尚无法律法规和标准予以规定或规定不完善、危害生活和生态环境的所有在生产建设或者其他活动中产生的污染物。目前，国际上尚未就新兴污染物的分类达成共识，但通常可以分为内分泌干扰物（EDCs）、药品与个人护理用品（PPCPs）、全氟化合物（PFCs）、溴代阻燃剂（BRPs）、饮用水消毒副产物（DBPs）、纳米材料、微塑料等。

内分泌干扰物（EDCs）是指环境中存在的能干扰人类或野生动物内分泌系统诸环节并导致异常效应的物质，主要包括农药类物质（DDT及其代谢产物、阿特拉津、甲氧氯、拟除虫菊酯类化合物、氯丹等）、添加剂（食品添加剂、双酚A和邻苯二甲酸脂等塑料制品添加剂）、工业化学物质（多氯联苯类、二恶英类、多环芳烃类物质、三丁基锡、壬基酚、辛基酚、酚红、非离子表面活性剂、阻燃剂等）、重金属（铅、镉、汞等）、动植物来源和人工合成激素（雌激素等类固醇激素、拟雌内酯、芒柄花黄素等）。内分泌干扰物对生物的危害具有隐蔽性、时段性、延迟性、转代性、复杂性的特征，可能导致人类精子密度和数量下降、生育能力降低、生殖系统癌症增加、儿童疾病提前等变化，也可能对海洋腹足类、鱼类、两栖类、爬行类、鸟类、哺乳类等多种物种产生潜在危害。

药品与个人护理用品（PPCPs）包含药物、诊断剂、麝香、遮光剂等在内的5000多种物质，大多数极性强、易溶于水、挥发性较弱，是一类微妙的、潜在的、有积累影响的环境污染物。其中，抗生素由于其能引起微生物的选择性压力和抗药病原菌的选择性存活而受到广泛关注。我国是抗生素生产与使用大国，其对环境的危害也是巨大的：长期暴露于低浓度抗生素环境下产生选择性压力导致耐药微生物已广泛出现在河水和土壤等环境介质中，同时耐药微生物可能通过呼吸、食品、饮水、排泄、农业灌溉等途径在环境中进行传播，进而威胁人类健康。

全氟化合物（PFCs）是一类碳原子连接的氢原子全部被氟原子取代的化合物，其代表性化合物全氟辛烷磺酸（PFOS）和全氟辛酸（PFOA）及其盐类应用十分广泛，大量用于化工、纺织、涂料、皮革、合成洗涤剂、炊具制造、纸质食品包装材料等诸多与人们日常生活息息相关的生产和产品消费之中。这类化合物普遍具有很高的稳定性，能够经受很强的热、光照、化学作用、微生物作用和高等脊椎动物的代谢作用而不降解，导致其具有很强的环境持久性，会随食物链的传递在生物机体内富集和放大至相当高的浓度。全氟化合物具有肝脏毒性、神经毒性和生殖发育毒性、内分泌干扰毒性，在人体中有极长的半衰期，对人类健康的潜在风险应该引起重视。

溴代阻燃剂（BRPs）主要包括四溴双酚A（TBBP-A）、六溴环十二烷（HBCD）、多溴联苯醚（PBDEs，占60%）三大类，被广泛应用于电子、化工、纺织、交通、石油、采矿等领域中，效果好，短期内难以被替代。多溴联苯醚难溶于水、难降解、结构稳定，难以降解，会在环境中长期存在并在生物体内富集，对人类和野生动物的内分泌系统和神经系统造成干扰和损伤。

饮用水消毒副产物（DBPs）是指在水处理过程中，消毒剂（如氯、臭氧、氯胺等）与水中的有机物或无机物发生反应而生成的一类化合物，主要包括三卤甲烷、卤乙酸、卤丙酮、卤乙酮、卤乙醛、卤苯酚、卤乙烯、卤丙烯、卤乙二醇等。这些化合物具有致癌、致突变、致畸等毒性，对人类健康构成潜在威胁。

纳米材料是指尺寸在1-100纳米范围内的固体颗粒或纤维，具有独特的物理、化学和生物学性质，广泛应用于医药、化妆品、食品、电子、能源等领域。纳米材料在水体中可以与其他颗粒或溶质相互作用，形成聚集体或复合体，从而改变其尺寸、形态、表面特性和活性等。这些变化会影响纳米材料在水体中的迁移能力和生物可利用性，进而影响其生态风险。

微塑料是指直径小于5毫米的塑料颗粒或纤维，主要来源于塑料制品的磨损、降解或碎裂，以及洗涤剂、化妆品等含有微塑料的产品的使用。微塑料在水体中可以被水生生物如贝类、甲壳类、鱼类等摄入，从而在食物链中传递和放大。微塑料可能对水生生物造成机械性损伤、消化道阻塞、营养不良等影响，也可能携带有机污染物和重金属等对水生生物产生毒性效应。

新兴污染物的迁移转化机理和影响因素

新兴污染物在水环境中的迁移转化受到多种因素的影响，如水流动力学、溶解氧、pH值、温度、有机质、矿物质、微生物等。这些因素可以影响新兴污染物的吸附、解吸、沉降、飘浮、扩散、降解和转化等过程。以下分别介绍几种主要的迁移转化机理和影响因素。

吸附是指新兴污染物从水相转移到固相表面的过程，是一种重要的迁移转化方式。吸附可以减少水相中新兴污染物的浓度，但也可能增加固相中新兴污染物的富集。吸附受到新兴污染物的理化性质（如分子结构、极性、电荷等）、固相表面特性（如比表面积、孔隙度、电荷密度等）、溶液条件（如pH值、离子强度、有机质含量等）等因素的影响。一般来说，新兴污染物的吸附量与其疏水性、分子量、电荷等成正相关，与溶液中的pH值、离子强度、有机质等成负相关。常用的描述吸附过程的模型有Langmuir模型、Freundlich模型、Temkin模型等。

解吸是指新兴污染物从固相表面转移到水相的过程，是一种逆向的迁移转化方式。解吸可以增加水相中新兴污染物的浓度，但也可能减少固相中新兴污染物的富集。解吸受到新兴污染物的理化性质、固相表面特性、溶液条件等因素的影响，与吸附过程相反。解吸可以分为物理解吸和化学解吸两种类型。物理解吸是指由于溶液条件的变化，如温度升高、pH值变化等，导致新兴污染物与固相表面之间的物理作用力减弱而发生的解吸。化学解吸是指由于溶液中存在其他竞争性物质，如有机质、无机离子等，导致新兴污染物与固相表面之间的化学键断裂而发生的解吸。

沉降是指新兴污染物随着固体颗粒（如泥沙、悬浮物等）从水相向下沉降的过程，是一种重要的迁移转化方式。沉降可以减少水相中新兴污染物的浓度，但也可能增加底泥中新兴污染物的富集。沉降受到新兴污染物的理化性质、固体颗粒的特性（如密度、粒径、形状等）、水流动力学条件（如流速、湍流程度等）等因素的影响。一般来说，新兴污染物的沉降速率与其在固体颗粒上的吸附量和固体颗粒的沉降速率成正相关。常用的描述沉降过程的模型有Stokes定律、Hindered settling模型等。

飘浮是指新兴污染物随着固体颗粒（如泥沙、悬浮物等）从底泥向上飘浮的过程，是一种逆向的迁移转化方式。飘浮可以增加水相中新兴污染物的浓度，但也可能减少底泥中新兴污染物的富集。飘浮受到新兴污染物的理化性质、固体颗粒的特性、水流动力学条件等因素的影响，与沉降过程相反。飘浮可以分为自然飘浮和人为飘浮两种类型。自然飘浮是指由于水流冲击、气泡上升等自然因素导致底泥被搅动而发生的飘浮。人为飘浮是指由于人类活动（如船只航行、水利工程施工等）导致底泥被扰动而发生的飘浮。

扩散是指新兴污染物在水体中由高浓度区向低浓度区的随机运动，是一种重要的迁移转化方式。扩散可以使水体中新兴污染物的浓度趋于均匀，但也可能使其扩散到更广泛的区域。扩散受到新兴污染物的理化性质、水流动力学条件、温度等因素的影响。一般来说，新兴污染物的扩散速率与其分子量成反相关，与水流速度和温度成正相关。常用的描述扩散过程的模型有Fick定律、Advection-dispersion模型等。

水解是指新兴污染物与水分子发生化学反应而生成新的化合物的过程，是一种重要的转化方式。水解可以改变新兴污染物的结构、性质和毒性，但也可能生成更有毒或更难降解的产物。水解受到新兴污染物的理化性质、pH值、温度等因素的影响。一般来说，新兴污染物的水解速率与其活性位点和水亲和性成正相关，与pH值和温度呈现不同的关系。常用的描述水解过程的模型有一级动力学模型、二级动力学模型等。

光解是指新兴污染物在光照作用下发生化学反应而分解或转化为其他化合物的过程，是一种重要的转化方式。光解可以降低水体中新兴污染物的浓度和毒性，但也可能生成活性氧自由基等具有高反应性和毒性的产物。光解受到新兴污染物的理化性质、光源类型、光强度、有色溶质等因素的影响。一般来说，新兴污染物的光解速率与其吸收波长范围和吸收系数成正相关，与光源类型和光强度呈现不同的关系。常用的描述光解过程的模型有一级动力学模型、二级动力学模型等。

生物富集是指新兴污染物在水生生物体内通过摄食、呼吸或皮肤吸收而积累的过程，是一种重要的迁移转化方式。生物富集可以增加水生生物体内新兴污染物的浓度，但也可能使其在食物链中传递和放大。生物富集受到新兴污染物的理化性质、水生生物的生理特征、营养级别等因素的影响。一般来说，新兴污染物的生物富集系数与其疏水性、分子量、电荷等成正相关，与溶液中的pH值、离子强度、有机质等成负相关。常用的描述生物富集过程的模型有单室模型、多室模型等。

生物降解是指新兴污染物在微生物作用下被分解或转化为其他化合物或元素的过程，是一种重要的转化方式。生物降解可以降低水体中新兴污染物的浓度和毒性，但也可能受到微生物种类、数量、活性等的限制。生物降解受到新兴污染物的理化性质、溶解氧、温度、pH值、营养物质等因素的影响。一般来说，新兴污染物的生物降解速率与其结构复杂度、极性、水亲和性等成负相关，与溶解氧、温度、pH值、营养物质等呈现不同的关系。常用的描述生物降解过程的模型有一级动力学模型、二级动力学模型等。

可以看出，水环境中新兴污染物的迁移转化是一个复杂的动态过程，受到多种因素的影响，需要综合运用多种方法和模型进行研究和分析。通过深入探讨水环境中新兴污染物的发生源、迁移转化机理和影响因素，可以为新兴污染物的监测、评估和控制提供科学依据。