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中央為何頻頻“點名”新污染物?面對它們,污水廠又該如何“接招”?
2022-08-05

2022年3月,李克強總理在政府工作報告中強調,加強固體廢物和新污染物治理;

2022年5月,國務院辦公廳印發《新污染物治理行動方案》,對新污染物治理工作進行全面部署;

2022年7月,生態環境部環境影響評價與排放管理司司長劉志全表示,部分已經出臺排放標準的新污染物已納入環境影響評價體系。

「新污染物」這個詞不斷刷屏環保圈,對其防范治理已成為當下以及今后一個時期生態環保工作的重點。

01
4大類新污染物,治理難度遠超傳統污染物


“十四五”規劃提出后,“新型污染物”和“新興污染物”兩種學術界長期并存的稱呼被統稱為“新污染物”。

其是指由人類活動造成的、目前已明確存在、但尚無法律法規和標準予以規定或規定不完善、危害生活和生態環境的所有在生產建設或者其他活動中產生的污染物。


圖片

圖源/人民網:生態環境部新聞發布會


相較于傳統的二氧化硫、氮氧化物等污染物,大部分新污染物持久性、累積性、遷移性的特征更為明顯,其能在環境中持久存在,治理難度遠超傳統的污染物。

2022年3月30日,在生態環境部召開的新聞發布會上,固體廢物與化學品司長任勇介紹,持久性的有機污染物、內分泌干擾物、抗生素、微塑料,在被排放到環境中以后,被定義為新污染物。


1.持久性有機污染物


持久性有機污染物(以下簡稱POPs)是一類半揮發、難降解且具有很強親脂憎水性的有機化合物。

這類化合物大多由人類活動產生并排放至自然環境,可在大氣環境中長距離遷移導致全球范圍的污染,并在環境介質中不斷累積,其濃度沿食物鏈逐級放大,最終嚴重危害生態系統和人體健康。

POPs的高毒性主要表現為對神經系統、內分泌系統和生殖免疫系統造成干擾和破壞,并誘發癌癥和神經性疾病,如日本米糠油事件和越南橙劑污染事件。

因此,2001年5月23日,包括中國在內的120多個國家和地區共同簽署了《關于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約》,首先對12種POPs加以管制。

而近年來,新發現的具POPs 性質的有機污染物類別正在快速增加。


2.內分泌干擾物


研究表明,環境中的許多化學物質,包括天然的和合成的,都具有干擾內分泌系統的作用,這些物質被稱為環境內分泌干擾物(以下簡稱EDCs),也稱環境激素,或者稱內分泌調節物。

美國環保署將環境內分泌干擾物質定義為:“可通過干擾生物體內天然激素的合成、分泌、運輸、結合、反應和代謝等,從而對生物體或人體的生殖、神經和免疫系統等功能產生影響的外源性化學物質”。

如常見的一些殺蟲劑、二噁英、有機氯化合物、有機錫化合物、多環芳烴、鄰苯二甲酸酯等。



內分泌干擾物問題是在最近十多年才引起世界關注,但由于環境激素污染范圍廣、影響大,對人類生存的威脅更直接。

值得一提的是,國外很多國家將內分泌干擾物問題與臭氧層破壞及溫室效應相提并論,足見對其的重視程度。


3.抗生素


傳統意義上的抗生素被定義為一種能夠殺滅微生物或抑制微生物生長的化合物。然而,廣義上抗生素則泛指為抗菌藥、抗病毒藥、抗真菌藥和抗腫瘤藥的總稱。

自1940年青霉素應用于臨床以來,抗生素的廣泛使用導致其在不同水生環境中的富集,地表水,地下水甚至于飲用水中均發現了抗生素的存在,水生環境中抗生素污染問題已引起廣泛關注。

值得一提的是,在中國主要河流表水和沉積物中檢測到了廣泛的人和動物抗生素,且發現在人口密集,經濟發達的區域抗生素的濃度較高,地表水中抗生素的濃度范圍從低于檢測限(即<10ng/L)到μg/L。

雖然相比于傳統污染物,水體中抗生素的殘留尚處于微量水平,但長期持久性地暴露,將對水生態環境和人類健康構成潛在風險。

比如,水體中抗生素的污染將直接或間接地影響到人類的健康。具體體現為通過污染飲用水或動植物食品被人體攝入富集,直接引發過敏反應、三致毒性或間接致使人體菌群失調及耐藥菌的傳入而引發潛在危害。


4.微塑料


微塑料是顆粒尺寸小于5mm的塑料。其來源一般分為兩種:

一是人們日常使用的化妝品以及洗滌產品中含有微小塑料顆粒,生活用品使用后微小塑料顆粒直接隨著生活用水排進水環境中;

二是自然界中裸露的塑料垃圾經過紫外線輻射以及物理磨損,分解成尺寸更小的塑料顆粒,附著在水體中。



由于微塑料尺寸小、數量多、危害大,對于生態環境存在的風險已經引起了人們的關注。其危害具體可表現為:

  • 微塑料與有機物相互作用。微塑料在水環境中可以吸附多種有機污染物,并且為有機污染物提供載體,從而在水環境中進行遷移,對水環境和生態系統造成了嚴重污染和損壞。

  • 微塑料與無機物相互作用。水環境中的重金屬離子可以吸附在微塑料表面,而水環境中多種生物易將微塑料顆粒吞食,從而使得重金屬進入食物鏈中,造成嚴重的生物危害。

  • 微塑料與微生物相互作用。水環境中微塑料可以作為微生物的生殖附著地,造成微生物富集,導致入侵物種或者病原體可以得到快速地繁殖,從而破壞了生態系統。

  • 微塑料對生態系統的影響。由于微塑料在尺寸上與食物鏈底端的食物尺寸相當,因此會被生物體誤入體內,從而流向食物鏈,且微塑料可以在生物體體內富集,從而導致生物體造成腸道損傷、營養不良甚至窒息的不良癥狀。

02
新污染物來襲,“治新病”還得“下猛藥”

1.臭氧氧化法


臭氧氧化法是歐洲首選的新污染物去除技術。

臭氧氧化通常置于二級生物氧化工藝之后,臭氧由純氧或者空氣通過臭氧發生器制備,反應器構造一般采用下向流式,外接尾氣處理裝置,由于臭氧氧化反應易產生許多未知的副產物,通常在臭氧段后需加后續處理工藝,一般是砂濾器或者生物濾池。

臭氧制備費用較高,因此臭氧投加量對于臭氧氧化的成本來說十分重要。根據國外某污水廠數據可知,二級出水DOC濃度為3.5~6mg/L,臭氧投加量在2~5 mg/L,臭氧接觸時間10min,檢測的12種新污染物均能達到80%以上的去除率,同時也起到部分消毒作用,而能耗僅增加了0.03kWh/m3,運行總成本增加了10%左右。

通常EDCs和PPCPs類物質可以被臭氧氧化有效降解,但也有一些新污染物不能被有效去除,如碘化造影劑、甜味劑等食品添加劑和甲福明二甲雙胍(抗糖尿病藥物)等藥物,這主要與它們的化學性質有關。

臭氧氧化的一個潛在缺點是與新污染物和水質組分反應的過程中產生了一些未知的活性副產物,如一些具有毒性的氧化副產物,如N-二甲基亞硝胺( NDMA) 、溴酸鹽、甲醛等,這些副產物甚至可能會造成出水毒性高于臭氧處理前,因此后續的處理工藝十分必要。

另一個缺點是臭氧制備、設備維護成本及能耗較高,尤其是對于小型污水處理廠。有數據指出,小型污水廠中臭氧氧化(加砂濾)的能耗在0.1~0.3kWh/m3范圍內,其中臭氧的制備能耗約16~18kWh/kg。


2.活性炭吸附法


活性炭吸附通常采用的形式是投加粉末活性炭(以下簡稱PAC)或者顆?;钚蕴浚ㄒ韵潞喎QGAC)填料床過濾器。

PAC的使用方式主要是直接投加在曝氣池或者二沉池后新增的絮凝池中,需要后續的分離步驟,但與GAC相比,成本較低,接觸時間較短。

常見的3種PAC投加方式為,直接投加到曝氣池、投加到二沉池之后的過濾池和與絮凝劑一起投加到二沉池之后的接觸池。

方式一:直接投加到曝氣池


方式二:投加到二沉池后的過濾池


方式三:投加到二沉池后的接觸池


這3種投加方式均可實現對新污染物的穩定去除,但對比來看:

  • 方式一工藝最簡單,投資費用最低,后續濾池的設置可以保證出水水質,降低 PAC 流失,但這種工藝的 PAC投加量最高;

  • 方式二和三工藝可以有效節省30%~50%的PAC投加量,但流程相對復雜,整體造價較高。


選擇適宜的PAC,優化其投加量可提高吸附去除效率。有研究表明,隨著溶解性有機碳的增加,PAC對新污染物的吸附效率逐漸降低,當二級出水中有機碳在5~10mg/L范圍內時,需要投加10~20mg/LPAC,可達到對新污染物的有效去除(>80%),同時能達到對有機碳最高40%的去除率,水力停留時間為20~30min,PAC的停留時間為1~2d。

用PAC吸附作為升級改造工藝去除新污染物,電能消耗將提高10%~30%,總成本將提高5%~35%。在實際運行中,PAC吸附工藝會產生大量的含炭污泥,使污泥處理能耗相應增加。據研究數據表明,PAC投加量為10~20 mg/L時,PAC吸附工藝的電能消耗約為0.02 kWh/m3,后加砂濾單元產生的電能消耗約為0.06 kWh/m3。

采用PAC回流到生物池的工藝比不采用回流的工藝對新污染物的去除率可提高10%~50%,但同時也會增加5%~10%的污泥。

GAC過濾器一般置于常規污水處理廠工藝中的二沉池之后,既可吸附又可過濾,它可以連續運行,無需后續的分離步驟。但GAC成本較高,再生困難,因此在實際應用中不如PAC廣泛。

活性炭吸附過程受許多因素的影響,包括活性炭本身特性(如所用材料、比表面積和表面化學特性等)、新污染物的物化特性(主要是疏水性、溶解性、電荷和分子大小等)、溶液的化學特性和組分(如可溶解性有機物DOM等)和活性炭投加量、吸附質的濃度等其他基本參數。



3.納濾/反滲透法


在新污染物的去除技術中,膜分離技術同樣也受到了很多關注,其中以納濾(NF)和反滲透(RO)對新污染物的去除效果最好。

NF和RO技術均采用高壓膜,由于它們的孔徑極小,可以截留較小分子量物質,一般應用于無機離子和有機污染物的截留。RO膜可以有效截留(>90%)水中有機小分子物質;雖然NF膜由于孔徑稍大截留效果不如RO膜,但NF技術的能耗較低,在對新污染物的去除中,具有明顯的操作和成本優勢。

值得一提的是,低壓膜如微濾(MF)膜和超濾(UF)膜由于孔徑較大,不足以截留大部分 新污染物,但因為污水處理廠二級出水中仍含有相對較高濃度的有機物,會對NF/RO的截留效果造成不利影響,所以MF/UF經常作為NF/RO的前處理工藝。

有機物是導致膜污染的主要原因,長期運行時會造成NF/RO膜通量下降、截留效果降低,因此在處理二級出水時,采用MF/UF作為前處理工藝,對于維持NF/RO的長期穩定運行十分必要。

膜對新污染物的截留率取決于新污染物的物化特性(分子大小和重量,電荷和疏水性)、膜特性(膜材料、孔徑等)及操作條件等。值得一提的是,不同材料的膜對同種新污染物的截留效果不同,同種膜對不同新污染物的截留效果也不同。

目前將NF/RO技術作為實際污水處理廠的升級改造工藝的報道并不多,其主要限制因素是能耗較高、膜污染以及膜分離過程中產生大量需要處理的濃縮液等。



4.生物膜反應器法


膜生物反應器(MBR)具有污泥濃度高、生物種類多、出水水質穩定、固液分離能力強等特點。

MBR的膜表面能夠有效的截留有機污染物,使污染物與污水進行分離,所以MBR對大多數的有機污染物的截留效果較好。

但較長的SRT也可能會導致MBR中懸浮基質活性生物量減少,影響對抗生素的去除。而且MBR對有機污染物的去除效率還受到污泥濃度、溫度和pH值等因素的影響。

通過研究MBR工藝在污水處理廠中對新興污染物的去除,有學者發現其對E1、E3和BPA的去除率達到了100%;還有學者利用MBR工藝處理污水中的抗生素和新興生物群落,研究表明其對TC和CTC的去除率分別為93.6%和83.9%。



5.聯合工藝法


盡管深度處理能夠去除大部分的新污染物,但仍有一部分新污染物沒有被去除。

為此,在實際污水處理工藝中通常把多種深度處理技術聯合使用,取長補短,有效地提高有機污染物的去除效率。


根據文獻資料,列舉了多種組合工藝對幾種典型新污染物的去除效果,由圖中可以看出組合工藝對于新污染物的去除效率較高。



這是一種高效的水處理工藝,對污水處理廠出水水質有了很大的提升,這類聯合工藝對有機污染物的去除具有顯著的效果以及使用價值。


03
我國新污染物防范治理起步較晚、工作基礎薄弱


1.我國對于部分新污染物污染底數不清


雖然在2015年提出開展全國性環境激素整體監測行動,但由于缺乏環境內分泌干擾物(EDCs)的篩選和評估框架,以及監測范圍和技術限制等原因,導致目前仍然無法全面掌握我國近年來環境內分泌干擾物(EDCs)的生產、使用和排放現狀。

同時,大多數新污染物還未納入環境監測體系內,對于全氟辛烷磺酸(PFOS)等新污染物缺乏監管,導致許多全氟辛烷磺酸(PFOS)超標的工業廢水直接排放。

雖然在2005年建立了全國細菌耐藥監測計劃,但存在監測標準和方法不統一、監測覆蓋面不充分、信息公開不夠及時等問題。



2.新污染物的管理涉及多個部門,職能交叉,缺乏統籌協調,污染治理低效


例如塑料的生產使用、入海塑料處理、海洋塑料打撈分解、微塑料源頭管控及監測等環節,涉及自然資源部、國家發展和改革委員會、農業農村部、生態環境部等多個部門。

再如抗生素從生產研發、流通使用到排放監測等環節,涉及衛生健康、生態環境、食品安全、農業、醫藥等部門。

更重要的是,新污染物易于在水體和空氣中擴散,部分環境內分泌干擾物(EDCs)和全氟化合物(PFCs)具有長距離遷移性及環境累積性,但目前尚未建立區域流域合作機制。



3.我國對于新污染物基礎研究的深度和廣度存在局限性


毒理學風險評估不足。尤其是長期低劑量暴露于新污染物導致的健康風險目前尚未完全清楚,仍未確定風險閾值.

替代技術開發不夠。即使發現環境污染問題,由于沒有可大規模替代的新材料,還是無法全面禁止全氟辛烷磺酸(PFOS)等新污染物的生產和使用。



4.對新污染物管理缺乏國家層面的戰略規劃


目前,對于環境內分泌干擾物(EDCs)的管控似乎仍停留在《水污染防治行動計劃》中“嚴格控制環境激素類化學品污染”的要求;部分環境內分泌干擾物(EDCs)和全氟化合物(PFCs)主要按照持久性有機污染物(POPs)進行管控;對于海洋微塑料也僅限制塑料微珠的生產使用。

并且,我國相關法律法規和標準體系建設尚不完善,多數行業排放標準并不涉及新污染物。如我國制藥、農業集中飼養場地等重點污染源的水環境排放標準中并未包含環境內分泌干擾物(EDCs)和抗生素等指標,使得新污染物管控難度增大。

對于新污染物,我們要充分重視其危害性,但也不必過分恐慌。



生態環境部有關負責人就《新污染物治理行動方案》答記者問中指出,針對新污染物治理起步較晚,工作基礎薄弱,法律法規、管理體制、科技支撐不足等問題,《新污染物治理行動方案》做出了一系列工作安排:

1.加強法律法規制度建設

通過建立健全化學物質環境信息調查、環境調查監測、環境風險評估、環境風險管控、新化學物質環境管理登記、有毒化學品進出口環境管理等制度,逐步完善新污染物治理的管理制度體系,著力研究制定有毒有害化學物質環境風險管理條例。

2.完善相關技術標準體系

通過制修訂化學物質環境風險評估、經濟社會影響分析、危害特性測試方法等技術標準,逐步建立健全化學物質環境風險評估與管控技術標準體系。

3.建立健全新污染物治理管理機制

建立生態環境部門牽頭,多部門參加的新污染物治理跨部門協調機制,統籌推進新污染物治理工作。

按照國家統籌、省負總責、市縣落實的原則,完善新污染物治理的管理機制,全面落實新污染物治理屬地責任。

4.加大科技支撐力度

開展有毒有害化學物質環境風險評估與管控關鍵技術研究,加強抗生素、微塑料等生態環境危害機理研究,在國家科技計劃中加強新污染物治理科技攻關。

5.加強基礎能力建設

加強國家和地方新污染物治理的監督、執法和監測能力建設。

加強國家和區域(流域、海域)化學物質環境風險評估和新污染物環境監測技術支撐保障能力。

建設國家化學物質環境風險管理信息系統,構建化學物質計算毒理與暴露預測平臺。

培育一批符合良好實驗室規范的化學物質危害測試實驗室。加強相關專業人才隊伍建設和專項培訓。




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