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中央为何频频“点名”新污染物?面对它们,污水厂又该如何“接招”?

作者:易水环保网 发表时间:2022-07-25 09:12:02 来源:工业水处理

  从2022年3月,李克强总理在政府工作报告中强调,加强固体废物和新污染物治理;

  到2022年5月,国务院办公厅印发《新污染物治理行动方案》,对新污染物治理工作进行全面部署;

  再到2022年7月,生态环境部环境影响评价与排放管理司司长刘志全表示,部分已经出台排放标准的新污染物已纳入环境影响评价体系。

  “新污染物”这个词不断刷屏环保圈,对其防范治理已成为当下以及今后一个时期生态环保工作的重点。

  那么问题来了,新污染物究竟是什么?咋治?

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  “十四五”规划提出后,“新型污染物”和“新兴污染物”两种学术界长期并存的称呼被统称为“新污染物”。

  其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。

  

  相较于传统的二氧化硫、氮氧化物等污染物,大部分新污染物持久性、累积性、迁移性的特征更为明显,其能在环境中持久存在,治理难度远超传统的污染物。

  2022年3月30日,在生态环境部召开的新闻发布会上,固体废物与化学品司长任勇介绍,持久性的有机污染物、内分泌干扰物、抗生素、微塑料,在被排放到环境中以后,被定义为新污染物。

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  持久性有机污染物

  持久性有机污染物(以下简称POPs)是一类半挥发、难降解且具有很强亲脂憎水性的有机化合物。

  这类化合物大多由人类活动产生并排放至自然环境,可在大气环境中长距离迁移导致全球范围的污染,并在环境介质中不断累积,其浓度沿食物链逐级放大,最终严重危害生态系统和人体健康。

  POPs的高毒性主要表现为对神经系统、内分泌系统和生殖免疫系统造成干扰和破坏,并诱发癌症和神经性疾病,如日本米糠油事件和越南橙剂污染事件。

  因此,2001年5月23日,包括中国在内的120多个国家和地区共同签署了《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》,首先对12种POPs加以管制。

  而近年来,新发现的具POPs性质的有机污染物类别正在快速增加。

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  内分泌干扰物

  研究表明,环境中的许多化学物质,包括天然的和合成的,都具有干扰内分泌系统的作用,这些物质被称为环境内分泌干扰物(以下简称EDCs),也称环境激素,或者称内分泌调节物。

  美国环保署将环境内分泌干扰物质定义为:“可通过干扰生物体内天然激素的合成、分泌、运输、结合、反应和代谢等,从而对生物体或人体的生殖、神经和免疫系统等功能产生影响的外源性化学物质”。

  如常见的一些杀虫剂、二噁英、有机氯化合物、有机锡化合物、多环芳烃、邻苯二甲酸酯等。

  

  内分泌干扰物问题是在最近十多年才引起世界关注,但由于环境激素污染范围广、影响大,对人类生存的威胁更直接。

  值得一提的是,国外很多国家将内分泌干扰物问题与臭氧层破坏及温室效应相提并论,足见对其的重视程度。

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  抗生素

  传统意义上的抗生素被定义为一种能够杀灭微生物或抑制微生物生长的化合物。然而,广义上抗生素则泛指为抗菌药、抗病毒药、抗真菌药和抗肿瘤药的总称。

  自1940年青霉素应用于临床以来,抗生素的广泛使用导致其在不同水生环境中的富集,地表水,地下水甚至于饮用水中均发现了抗生素的存在,水生环境中抗生素污染问题已引起广泛关注。

  值得一提的是,在中国主要河流表水和沉积物中检测到了广泛的人和动物抗生素,且发现在人口密集,经济发达的区域抗生素的浓度较高,地表水中抗生素的浓度范围从低于检测限(即<10ng/L)到μg/L。

  虽然相比于传统污染物,水体中抗生素的残留尚处于微量水平,但长期持久性地暴露,将对水生态环境和人类健康构成潜在风险。

  比如,水体中抗生素的污染将直接或间接地影响到人类的健康。具体体现为通过污染饮用水或动植物食品被人体摄入富集,直接引发过敏反应、三致毒性或间接致使人体菌群失调及耐药菌的传入而引发潜在危害。

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  微塑料

  微塑料是颗粒尺寸小于5 mm的塑料。其来源一般分为两种:

  一是人们日常使用的化妆品以及洗涤产品中含有微小塑料颗粒,生活用品使用后微小塑料颗粒直接随着生活用水排进水环境中;

  二是自然界中裸露的塑料垃圾经过紫外线辐射以及物理磨损,分解成尺寸更小的塑料颗粒,附着在水体中。

  

  由于微塑料尺寸小、数量多、危害大,对于生态环境存在的风险已经引起了人们的关注。其危害具体可表现为:

  微塑料与有机物相互作用。微塑料在水环境中可以吸附多种有机污染物,并且为有机污染物提供载体,从而在水环境中进行迁移,对水环境和生态系统造成了严重污染和损坏。

  微塑料与无机物相互作用。水环境中的重金属离子可以吸附在微塑料表面,而水环境中多种生物易将微塑料颗粒吞食,从而使得重金属进入食物链中,造成严重的生物危害。

  微塑料与微生物相互作用。水环境中微塑料可以作为微生物的生殖附着地,造成微生物富集,导致入侵物种或者病原体可以得到快速地繁殖,从而破坏了生态系统。

  微塑料对生态系统的影响。由于微塑料在尺寸上与食物链底端的食物尺寸相当,因此会被生物体误入体内,从而流向食物链,且微塑料可以在生物体体内富集,从而导致生物体造成肠道损伤、营养不良甚至窒息的不良症状。

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  新污染物来袭,“治新病”还得“下猛药”

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  臭氧氧化法

  臭氧氧化通常置于二级生物氧化工艺之后,臭氧由纯氧或者空气通过臭氧发生器制备,反应器构造一般采用下向流式,外接尾气处理装置,由于臭氧氧化反应易产生许多未知的副产物,通常在臭氧段后需加后续处理工艺,一般是砂滤器或者生物滤池。

  臭氧制备费用较高,因此臭氧投加量对于臭氧氧化的成本来说十分重要。根据国外某污水厂数据可知,二级出水DOC浓度为3.5~6mg/L,臭氧投加量在2~5 mg/L,臭氧接触时间10min,检测的12种新污染物均能达到80%以上的去除率,同时也起到部分消毒作用,而能耗仅增加了0.03kWh/m3,运行总成本增加了10%左右。

  通常EDCs和PPCPs类物质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,如碘化造影剂、甜味剂等食品添加剂和甲福明二甲双胍(抗糖尿病药物)等药物,这主要与它们的化学性质有关。

  臭氧氧化的一个潜在缺点是与新污染物和水质组分反应的过程中产生了一些未知的活性副产物,如一些具有毒性的氧化副产物,如N-二甲基亚硝胺(NDMA)、溴酸盐、甲醛等,这些副产物甚至可能会造成出水毒性高于臭氧处理前,因此后续的处理工艺十分必要。

  另一个缺点是臭氧制备、设备维护成本及能耗较高,尤其是对于小型污水处理厂。有数据指出,小型污水厂中臭氧氧化(加砂滤)的能耗在0.1~0.3kWh/m3范围内,其中臭氧的制备能耗约16~18kWh/kg。

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  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(以下简称PAC)或者颗粒活性炭(以下简称GAC)填料床过滤器。

  PAC的使用方式主要是直接投加在曝气池或者二沉池后新增的絮凝池中,需要后续的分离步骤,但与GAC相比,成本较低,接触时间较短。

  常见的3种PAC投加方式为,直接投加到曝气池、投加到二沉池之后的过滤池和与絮凝剂一起投加到二沉池之后的接触池。

  

  方式一:直接投加到曝气池

  

  方式二:投加到二沉池后的过滤池

  

  方式三:投加到二沉池后的接触池

  这3种投加方式均可实现对新污染物的稳定去除,但对比来看:

  方式一工艺最简单,投资费用最低,后续滤池的设置可以保证出水水质,降低PAC流失,但这种工艺的PAC投加量最高;

  方式二和三工艺可以有效节省30%~50%的PAC投加量,但流程相对复杂,整体造价较高。

  选择适宜的PAC,优化其投加量可提高吸附去除效率。有研究表明,随着溶解性有机碳的增加,PAC对新污染物的吸附效率逐渐降低,当二级出水中有机碳在5~10mg/L范围内时,需要投加10~20mg/LPAC,可达到对新污染物的有效去除(>80%),同时能达到对有机碳最高40%的去除率,水力停留时间为20~30min,PAC的停留时间为1~2d。

  采用PAC吸附作为升级改造工艺去除新污染物,电能消耗将提高10%~30%,总成本将提高5%~35%。在实际运行中,PAC吸附工艺会产生大量的含炭污泥,使污泥处理能耗相应增加。据研究数据表明,PAC投加量为10~20 mg/L时,PAC吸附工艺的电能消耗约为0.02 kWh/m3,后加砂滤单元产生的电能消耗约为0.06 kWh/m3。

  采用PAC回流到生物池的工艺比不采用回流的工艺对新污染物的去除率可提高10%~50%,但同时也会增加5%~10%的污泥。

  GAC过滤器一般置于常规污水处理厂工艺中的二沉池之后,既可吸附又可过滤,它可以连续运行,无需后续的分离步骤。但GAC成本较高,再生困难,因此在实际应用中不如PAC广泛。

  活性炭吸附过程受许多因素的影响,包括活性炭本身特性(如所用材料、比表面积和表面化学特性等)、新污染物的物化特性(主要是疏水性、溶解性、电荷和分子大小等)、溶液的化学特性和组分(如可溶解性有机物DOM等)和活性炭投加量、吸附质的浓度等其他基本参数。

  3

  纳滤/反渗透法

  在新污染物的去除技术中,膜分离技术同样也受到了很多关注,其中以纳滤(NF)和反渗透(RO)对新污染物的去除效果最好。

  NF和RO技术均采用高压膜,由于它们的孔径极小,可以截留较小分子量物质,一般应用于无机离子和有机污染物的截留。

  RO膜可以有效截留(>90%)水中有机小分子物质;虽然NF膜由于孔径稍大截留效果不如RO膜,但NF技术的能耗较低,在对新污染物的去除中,具有明显的操作和成本优势。

  值得一提的是,低压膜如微滤(MF)膜和超滤(UF)膜由于孔径较大,不足以截留大部分新污染物,但因为污水处理厂二级出水中仍含有相对较高浓度的有机物,会对NF/RO的截留效果造成不利影响,所以MF/UF经常作为NF/RO的前处理工艺。

  有机物是导致膜污染的主要原因,长期运行时会造成NF/RO膜通量下降、截留效果降低,因此在处理二级出水时,采用MF/UF作为前处理工艺,对于维持NF/RO的长期稳定运行十分必要。

  膜对新污染物的截留率取决于新污染物的物化特性(分子大小和重量,电荷和疏水性)、膜特性(膜材料、孔径等)及操作条件等。

  值得一提的是,不同材料的膜对同种新污染物的截留效果不同,同种膜对不同新污染物的截留效果也不同。

  目前将NF/RO技术作为实际污水处理厂的升级改造工艺的报道并不多,其主要限制因素是能耗较高、膜污染以及膜分离过程中产生大量需要处理的浓缩液等。

  4

  生物膜反应器法

  膜生物反应器(MBR)具有污泥浓度高、生物种类多、出水水质稳定、固液分离能力强等特点。

  MBR的膜表面能够有效的截留有机污染物,使污染物与污水进行分离,所以MBR对大多数的有机污染物的截留效果较好。

  但较长的SRT也可能会导致MBR中悬浮基质活性生物量减少,影响对抗生素的去除。而且MBR对有机污染物的去除效率还受到污泥浓度、温度和pH值等因素的影响。

  通过研究MBR工艺在污水处理厂中对新兴污染物的去除,有学者发现其对E1、E3和BPA的去除率达到了100%;还有学者利用MBR工艺处理污水中的抗生素和新兴生物群落,研究表明其对TC和CTC的去除率分别为93.6%和83.9%。

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  联合工艺法

  尽管深度处理能够去除大部分的新污染物,但仍有一部分新污染物没有被去除。

  为此,在实际污水处理工艺中通常把多种深度处理技术联合使用,取长补短,有效地提高有机污染物的去除效率。

  根据文献资料,笔者列举了多种组合工艺对几种典型新污染物的去除效果,由图中可以看出组合工艺对于新污染物的去除效率较高。

  

  这是一种高效的水处理工艺,对污水处理厂出水水质有了很大的提升,这类联合工艺对有机污染物的去除具有显著的效果以及使用价值。

  3

  我国新污染物防范治理起步较晚、工作基础薄弱

  1

  我国对于部分新污染物污染底数不清

  虽然在2015年提出开展全国性环境激素整体监测行动,但由于缺乏环境内分泌干扰物(EDCs)的筛选和评估框架,以及监测范围和技术限制等原因,导致目前仍然无法全面掌握我国近年来环境内分泌干扰物(EDCs)的生产、使用和排放现状。

  同时,大多数新污染物还未纳入环境监测体系内,对于全氟辛烷磺酸(PFOS)等新污染物缺乏监管,导致许多全氟辛烷磺酸(PFOS)超标的工业废水直接排放。

  虽然在2005年建立了全国细菌耐药监测计划,但存在监测标准和方法不统一、监测覆盖面不充分、信息公开不够及时等问题。

  2

  新污染物管理涉及多个部门

  新污染物的管理涉及多个部门,职能交叉,缺乏统筹协调,污染治理低效。

  例如塑料的生产使用、入海塑料处理、海洋塑料打捞分解、微塑料源头管控及监测等环节,涉及自然资源部、国家发展和改革委员会、农业农村部、生态环境部等多个部门。

  再如抗生素从生产研发、流通使用到排放监测等环节,涉及卫生健康、生态环境、食品安全、农业、医药等部门。

  更重要的是,新污染物易于在水体和空气中扩散,部分环境内分泌干扰物(EDCs)和全氟化合物(PFCs)具有长距离迁移性及环境累积性,但目前尚未建立区域流域合作机制。

  3

  对新污染物基础研究的深度和广度存在局限性

  毒理学风险评估不足。尤其是长期低剂量暴露于新污染物导致的健康风险目前尚未完全清楚,仍未确定风险阈值.

  替代技术开发不够。即使发现环境污染问题,由于没有可大规模替代的新材料,还是无法全面禁止全氟辛烷磺酸(PFOS)等新污染物的生产和使用。

  4

  对新污染物管理缺乏国家层面的战略规划

  目前,对于环境内分泌干扰物(EDCs)的管控似乎仍停留在《水污染防治行动计划》中“严格控制环境激素类化学品污染”的要求;部分环境内分泌干扰物(EDCs)和全氟化合物(PFCs)主要按照持久性有机污染物(POPs)进行管控;对于海洋微塑料也仅限制塑料微珠的生产使用。

  并且,我国相关法律法规和标准体系建设尚不完善,多数行业排放标准并不涉及新污染物。如我国制药、农业集中饲养场地等重点污染源的水环境排放标准中并未包含环境内分泌干扰物(EDCs)和抗生素等指标,使得新污染物管控难度增大。

  对于新污染物,我们要充分重视其危害性,但也不必过分恐慌。

  

  生态环境部有关负责人就《新污染物治理行动方案》答记者问中指出,针对新污染物治理起步较晚,工作基础薄弱,法律法规、管理体制、科技支撑不足等问题,《新污染物治理行动方案》做出了一系列工作安排:

  1

  加强法律法规制度建设

  通过建立健全化学物质环境信息调查、环境调查监测、环境风险评估、环境风险管控、新化学物质环境管理登记、有毒化学品进出口环境管理等制度,逐步完善新污染物治理的管理制度体系,着力研究制定有毒有害化学物质环境风险管理条例。

  2

  完善相关技术标准体系

  3

  建立健全新污染物治理管理机制

  建立生态环境部门牵头,多部门参加的新污染物治理跨部门协调机制,统筹推进新污染物治理工作。

  按照国家统筹、省负总责、市县落实的原则,完善新污染物治理的管理机制,全面落实新污染物治理属地责任。

  4

  加大科技支撑力度

  开展有毒有害化学物质环境风险评估与管控关键技术研究,加强抗生素、微塑料等生态环境危害机理研究,在国家科技计划中加强新污染物治理科技攻关。

  5

  加强基础能力建设

  加强国家和地方新污染物治理的监督、执法和监测能力建设。

  加强国家和区域(流域、海域)化学物质环境风险评估和新污染物环境监测技术支撑保障能力。

  建设国家化学物质环境风险管理信息系统,构建化学物质计算毒理与暴露预测平台。

  培育一批符合良好实验室规范的化学物质危害测试实验室。加强相关专业人才队伍建设和专项培训。


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