微量污染物是指那些廣泛使用但通常在很低或者極低濃度水平就能影響自然環(huán)境生物化學(xué)過(guò)程的有機污染物，包括人工化學(xué)合成品，比如活性藥物成分、殺生物性化合物、食品添加劑、化妝品成分和洗滌劑成分，以及天然存在的一些物質(zhì)如激素等。近年來(lái)，一些新型微量污染物，例如藥物與個(gè)人護理品(PPCPs)、內分泌干擾物(EDCs)、全氟類(lèi)化合物(PFCs)等的環(huán)境污染及潛在影響問(wèn)題已成為各國學(xué)者和公眾關(guān)注的焦點(diǎn)。城鎮污水無(wú)疑是微量污染物向環(huán)境排放的通道之一，而很多微量污染物具有較強的環(huán)境持久性、生物活性、生物累積性和難降解性，如果長(cháng)期暴露于環(huán)境中，對生態(tài)系統和人類(lèi)健康將帶來(lái)難以預測的潛在風(fēng)險。然而，長(cháng)期以來(lái)城鎮污水處理廠(chǎng)都以去除COD、BOD5、氮磷營(yíng)養物、細菌及病原體等為目的，微量污染物及其去除長(cháng)期被忽視。

　　近年來(lái)，歐盟和一些發(fā)達國家開(kāi)始高度關(guān)注水環(huán)境中的微量污染物問(wèn)題，研究發(fā)現城市污水中化學(xué)物質(zhì)普遍存在，有些是常規污水處理工藝難以去除的，污水排放是河流水體中化學(xué)物質(zhì)的重要來(lái)源?；谌鹗肯嚓P(guān)研究機構長(cháng)期的研究結果，2014年該國政府頒布法規要求從12種指示性微量有機物(包括阿米舒必利、卡馬西平、西酞普蘭、克拉霉素、雙氯酚酸、氫氯噻嗪、美托洛爾、文拉法辛、苯丙三唑、坎地沙坦、厄貝沙坦、丙酸等11種藥物和1種生物殺蟲(chóng)劑)之中選擇5種代表性物質(zhì)進(jìn)行污水處理廠(chǎng)出水的檢測，出水需要達到代表性微量污染物80%的去除率，該法規于2016年正式實(shí)施，瑞士從而成為全球首個(gè)對污水微量污染物提出控制要求的國家。到2040年，瑞士將在120～130座污水處理廠(chǎng)建設微量污染物控制的深度處理設施，占瑞士污水處理量的近半。目前，瑞士正在開(kāi)展污水處理廠(chǎng)排放的微量污染物對水體生態(tài)系統的影響以及污水處理廠(chǎng)改造后對水生生態(tài)系統的改善效果的國家研究計劃，針對工程措施的效果開(kāi)展系統評價(jià)。

　　我國是各類(lèi)工業(yè)品、藥品的生產(chǎn)和消耗大國，工業(yè)和人口密集，能源和資源利用率仍然較低，高強度的工業(yè)化學(xué)品生產(chǎn)、使用和廢棄會(huì )產(chǎn)生嚴重的環(huán)境效應，微量污染物的環(huán)境殘留污染問(wèn)題更是不容忽視，微量污染物的控制有必要作為城鎮污水處理廠(chǎng)凈化功能擴展和效能評估的重要組成部分。

　　近年來(lái)，國內有關(guān)城市污水處理廠(chǎng)中微量污染物的研究也日漸興起，積累了一定的研究成果和基礎數據。然而，一方面，由于微量污染物在城市污水處理廠(chǎng)中往往以很低的濃度水平存在，而復雜的污水及污泥成分給其準確檢測造成了極大的基質(zhì)干擾，因此，對于前處理方法、分析儀器以及操作人員的技術(shù)開(kāi)發(fā)能力都提出了很高的要求。另一方面，現有關(guān)于城市污水處理廠(chǎng)去除微量污染物的研究主要集中在對個(gè)別污水處理廠(chǎng)進(jìn)水和出水中微量污染物濃度的檢測，往往只能獲得表觀(guān)去除率及隨機性的零散數據，對于微量污染物在城鎮污水處理全工藝流程中的遷移轉化規律還缺乏系統、深入的研究，需要獲得相關(guān)處理工藝對于微量污染物去除特性的具有統計學(xué)意義的規律性結果，這無(wú)疑還需要廣泛的地域性研究和長(cháng)期、連續的數據積累。

　　“十二五”期間，國家水專(zhuān)項“城市污水處理系統運行特性與工藝設計技術(shù)研究”課題專(zhuān)門(mén)設置了“微量有害污染物在城市污水處理過(guò)程中的遷移轉化規律研究”課題研究任務(wù)，開(kāi)展了較系統全面的試驗研究與統計分析，取得了一系列有實(shí)際意義的研究成果和不同地域的數據積累，為城鎮污水處理廠(chǎng)微量污染物控制提供了重要的科學(xué)基礎。

　　1 城鎮污水中微量污染物的來(lái)源與分布特征

　　至今，在歐洲已超過(guò)100 000種化學(xué)物質(zhì)被注冊，許多化學(xué)物質(zhì)在其生命周期中的某些階段可能會(huì )通過(guò)各種途徑轉移到水環(huán)境中，包括：①農業(yè)土地中農藥等污染物的擴散;②城鎮的地表徑流中的化學(xué)品可來(lái)自于建筑、汽車(chē)排放、輪胎磨損、固體廢棄物和景觀(guān)綠化;③大氣的干沉降和濕沉降;④家庭和工業(yè)所產(chǎn)生的污水是水環(huán)境中化學(xué)品最主要的來(lái)源;⑤下水道溢出與滲漏，雨污管線(xiàn)混接，甚至會(huì )導致未處理的污水進(jìn)入水環(huán)境中。

　　從20世紀90年代開(kāi)始，一些歐美國家相繼開(kāi)展水環(huán)境中包括PPCPs、EDCs等在內的微量污染物的調查工作，在城市污水處理廠(chǎng)中發(fā)現眾多種類(lèi)微量污染物的存在，近10年來(lái)，在不同國家和地區的水體、土壤、污水和污泥等環(huán)境介質(zhì)中均檢測到了ng/L～μg/L水平的上述微量污染物，部分物質(zhì)濃度水平高達μg/L，是水環(huán)境中微量污染物的主要來(lái)源，但不同國家和地區的水環(huán)境微量污染物組成和濃度差異很大。近年來(lái)，國內相關(guān)研究機構也開(kāi)展了城市污水處理廠(chǎng)微量污染物的研究，積累了一定的基礎數據，形成了一些很有意義的研究成果。

　　“十二五”水專(zhuān)項“城市污水處理系統運行特性與工藝設計技術(shù)研究”課題，對全國10省(市)的17家城鎮污水處理廠(chǎng)進(jìn)行了監測，其中5家污水處理廠(chǎng)進(jìn)行了兩年以上的連續跟蹤。研究結果表明，共27種PPCPs類(lèi)污染物在污水處理廠(chǎng)進(jìn)水中被檢出，平均濃度范圍為0.99 ng/L～19.53 μg/L，其中咖啡因、氧氟沙星、阿奇霉素等濃度最高，各污水處理廠(chǎng)進(jìn)水中抗生素濃度高低分布基本一致，為氟喹諾酮類(lèi)≈大環(huán)內酯類(lèi)>磺胺類(lèi)>四環(huán)素類(lèi);23種精神類(lèi)藥物被檢出，濃度在ng/L級別，地域上呈現南多北少的趨勢;12種EDCs在污水處理廠(chǎng)進(jìn)水中均有檢出，其中雙酚A、壬基酚等酚類(lèi)EDCs檢出率可達100%，平均濃度達到100 ng/L～10 μg/L，高于自由態(tài)雌激素和結合態(tài)雌激素濃度的檢出濃度，進(jìn)水來(lái)源組成是污水處理廠(chǎng)進(jìn)水中EDCs濃度差異的主要影響因素;14種全氟化合物在污水處理廠(chǎng)進(jìn)水中被普遍檢出，其中全氟丁酸等9種物質(zhì)的檢出率達到100%，不同種類(lèi)PFCs濃度數量級基本一致，全氟羧酸濃度高于全氟磺酸，此外，發(fā)現PFCs前體物氟調醇在進(jìn)水中普遍存在，總濃度為3.78～15.1 ng/L，PFCs濃度分布地域性差異顯著(zhù)，呈現出華東、華南地區高于西北、東北、華北地區的趨勢。綜上所述，微量污染物在我國的城鎮污水處理廠(chǎng)進(jìn)水中普遍存在、廣泛分布，129種目標物共檢出95種，包括被列入斯德哥爾摩公約的全氟化合物、被限制的人工內分泌干擾物、美國優(yōu)先污染物以及我國排放控制物質(zhì)等。在943種揮發(fā)、半揮發(fā)物質(zhì)的篩查中檢出221種，包括被限制的內分泌干擾物和EPA優(yōu)先控制污染物、我國城鎮污水處理廠(chǎng)排放控制物質(zhì)。檢出物質(zhì)在進(jìn)水中的濃度范圍為ng/L～μg/L水平。對于內分泌干擾物和部分藥物，冬季檢出種類(lèi)和濃度值要高于夏季;全氟化合物和人工酚類(lèi)內分泌干擾物的地域性差異比較明顯;這可能與當地用藥行為、群體偏好、生活習慣、環(huán)境變化及當地產(chǎn)業(yè)布局有關(guān)，加強來(lái)源管理是非常必要的。通過(guò)這一研究，對城市污水處理全過(guò)程微量污染物的分布特征和遷移轉化規律有了較系統全面的認識。

　　2 環(huán)境中微量污染物對生態(tài)環(huán)境的潛在風(fēng)險

　　化合物的使用、其物理化學(xué)性質(zhì)、生態(tài)毒理學(xué)性質(zhì)以及在水中的濃度等，共同決定了某種物質(zhì)是否會(huì )對水環(huán)境生態(tài)產(chǎn)生影響。許多微量有機污染物在環(huán)境介質(zhì)中具有生物難降解性和持久性，在人體等生物體內具有蓄積效應，能夠通過(guò)食物鏈進(jìn)行逐級放大和富集，并達到危害人類(lèi)及其他生物的濃度水平，從而對生態(tài)系統和人體健康造成嚴重的影響。

　　微量污染物種類(lèi)繁多，且環(huán)境濃度通常很低，評估其環(huán)境影響是十分困難的。有些物質(zhì)幾乎不會(huì )被降解，有些物質(zhì)的降解十分緩慢，并能夠通過(guò)空氣和水進(jìn)行長(cháng)距離的遷移。而有些持久性和遷移性較低的物質(zhì)，由于不斷的釋放或產(chǎn)生有問(wèn)題的轉化產(chǎn)物也同樣需要加以關(guān)注。在人口密集區許多化學(xué)物質(zhì)被檢出(μg/L～ng/L)，這些微量污染物即使是在很低濃度水平下，對敏感的水生生物也具有危害性，比如影響?hù)~(yú)和兩棲動(dòng)物的生長(cháng)和繁殖，破壞水生生物的神經(jīng)系統或者抑制藻類(lèi)的光合作用，也可能導致復雜的、不可預見(jiàn)的、不直接的影響。源自城市污水的微量污染物的不斷釋放，除了會(huì )影響水生生物，還可能會(huì )影響人類(lèi)需要的飲用水源的水質(zhì)。

　　在水環(huán)境，尤其城市水環(huán)境中，這些化學(xué)物質(zhì)并不是單獨存在，而是以復雜的混合物的形態(tài)存在，很可能會(huì )導致有害的協(xié)同作用產(chǎn)生。因此，各類(lèi)微量污染物的綜合毒性決定了對水生生物的影響。為了明確綜合影響，微量污染物本身及轉化產(chǎn)物都需要加以關(guān)注。實(shí)際上，對于大量的不同種類(lèi)的微量污染物對水生生態(tài)系統的危害知之甚少，目前僅有內分泌干擾物(模仿或干擾自然激素行為)對生態(tài)環(huán)境的影響研究得比較透徹，已知這類(lèi)物質(zhì)會(huì )通過(guò)許多毒性行為模式危害水生生態(tài)環(huán)境。

　　3 城鎮污水處理工藝過(guò)程對微量污染物的去除及影響因素

　　城鎮污水處理廠(chǎng)的工藝選擇主要基于排放標準中COD、BOD5、NH3-N、TN、TP等常規污染物指標的穩定達標，在污水處理工藝流程中，部分微量污染物通過(guò)活性污泥吸附或者生物降解、水解等得到去除，但許多親水性物質(zhì)不能吸附到活性污泥上，導致出水仍然殘留相對較高的濃度，或者轉化為未知的轉化產(chǎn)物，釋放到接納水體中，引起水生生物的慢性接觸。需要關(guān)注的是，某些微量污染物具有中等或較強的疏水性，易于被活性污泥絮凝吸附;但由于僅僅是相的轉移而不是降解，這部分被吸附的微量污染物往往隨著(zhù)污泥的處理處置過(guò)程進(jìn)入地表水體或土壤環(huán)境中，直接或間接造成潛在的環(huán)境與健康風(fēng)險。因此，城鎮污水處理廠(chǎng)出水以及污泥是環(huán)境中不可忽視的微量污染物來(lái)源。

　　在活性污泥法污水處理過(guò)程中，影響微量污染物去除的兩個(gè)主要過(guò)程是生物降解和吸附，這兩個(gè)過(guò)程對于不同性質(zhì)的微量污染物有著(zhù)不同的去除作用，親水性物質(zhì)更易通過(guò)生物降解途徑加以去除，而疏水性物質(zhì)則有較大比例是通過(guò)污泥吸附去除并隨剩余污泥外排。除此之外，MLVSS濃度、HRT、SRT等工藝參數變化對微量污染物的去除效率也有較大的影響，前體物或結合態(tài)轉化是造成某些微量污染物去除率波動(dòng)的重要因素，可能導致出水中污染物濃度的升高。特別需要指出的是，除了污水處理廠(chǎng)本身微量污染物的污染和排放，在生物處理過(guò)程中全氟化合物前體物(例如氟調醇等)和內分泌干擾物的結合態(tài)會(huì )發(fā)生轉化，生成有害的微量物質(zhì)。另外，由于抗生素的選擇壓力，生物處理過(guò)程中抗生素抗性基因的產(chǎn)生和排放也需要引起關(guān)注。

　　在“十二五”水專(zhuān)項課題研究過(guò)程中，調查了微量污染物在城市污水處理全過(guò)程中的遷移轉化情況，發(fā)現厭氧/缺氧/好氧(A/A/O)、氧化溝、膜生物反應器等典型生物處理工藝過(guò)程可有效去除內分泌干擾物(12種EDCs的平均去除率均可達50%以上)，大部分揮發(fā)半揮發(fā)有機物、抗生素等PPCPs(對30種的平均去除率為59%～72%)也有較好的去除效果，然而對全氟化合物非但沒(méi)有去除，還存在氟調醇等前體物的轉化現象，總體上不同工藝對其去除效果差別不大;污泥中酚類(lèi)內分泌干擾物、喹諾酮抗生素等藥物的殘留量較高。在二沉出水中100%被檢出的物質(zhì)包括，PFCs中的全氟丁酸、全氟戊酸、全氟己酸、全氟庚酸、全氟辛酸，EDCs中的雙酚啊和壬基酚，PPCPs中的土霉素、諾氟沙星、氧氟沙星、環(huán)丙沙星、紅霉素、羅紅霉素、克拉霉素、阿奇霉素、甲氧芐氨嘧啶等，這些殘留的微量污染物需要進(jìn)行進(jìn)一步的深度處理。

　　4 未來(lái)城鎮污水處理廠(chǎng)基于微量污染物去除的工藝流程改進(jìn)

　　目前的城鎮污水處理廠(chǎng)工藝流程，對微量污染物均有所去除，但不能完全去除，未來(lái)城鎮污水處理廠(chǎng)需要基于微量污染物的去除能力進(jìn)行工藝流程及單元工藝的改進(jìn)與優(yōu)化。對于城鎮污水處理廠(chǎng)的功能提升和提標改造，挑戰與機遇并存，需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題包括：①發(fā)展和強化水處理過(guò)程的評估和監測措施;②了解和預測化合物的生物和氧化降解性;③了解混合因素條件下微量污染物對自然生態(tài)系統的結構和功能的影響;④推動(dòng)水環(huán)境中微污染物濃度降低的廣泛討論;⑤促進(jìn)微量污染物的源頭控制、過(guò)程消減和末端有效去除。

　　微量污染物去除的技術(shù)措施包括分散(污水源頭預處理)和集中(污水處理廠(chǎng)及優(yōu)化)兩種方式。歐洲的案例證明，分散處理只在當一個(gè)或多個(gè)源頭在匯水區域中總微量污染物負荷占比較高時(shí)才有意義。將一些分散、小型污水處理廠(chǎng)整合到一個(gè)較大規模的集中式污水處理廠(chǎng)，形成更大的匯水服務(wù)區域，才能具備更有效的基礎設施服務(wù)。更大的匯水服務(wù)區域可簡(jiǎn)化市政排水的專(zhuān)業(yè)化措施，有利于資源共享，例如，聯(lián)合聘用高素質(zhì)操作人員，能夠提高污水處理廠(chǎng)的運行性能，同時(shí)減少處理成本。

　　目前國內外普遍采用的污水深度處理技術(shù)主要包括混凝沉淀、介質(zhì)過(guò)濾、膜過(guò)濾、反滲透、臭氧氧化、化學(xué)氧化、活性炭吸附和人工濕地等單元工藝過(guò)程。以污水處理廠(chǎng)進(jìn)行微量污染物控制實(shí)踐的先行者瑞士和德國為例，大規模試驗和實(shí)際工程都證明，臭氧和粉末活性炭(PAC)兩種工藝過(guò)程，在技術(shù)和經(jīng)濟上具有可行性。這兩種技術(shù)能夠去除超過(guò)80%的目標微量污染物，能夠降低處理出水的生態(tài)毒性，之后再采用砂濾進(jìn)一步去除可生物利用的氧化產(chǎn)物和顆粒物，處理之后的粉末活性炭可以和污泥一起處理(焚燒)。臭氧處理還具有額外的優(yōu)勢，可去除色度和1～3倍的病原體;PAC技術(shù)可以降低出水的色度。未來(lái)微量污染物去除也可以通過(guò)其他技術(shù)，比如顆?；钚蕴?、膜濾、反滲透和高級氧化(UV-H2O2、O3-H2O2)等。

　　在“十二五”水專(zhuān)項課題研究中，通過(guò)對我國不同區域不同處理工藝的污水深度處理和污泥處理設施調研分析，結合實(shí)驗室和現場(chǎng)模擬試驗研究，評估了多種污水深度處理和污泥處理工藝對微量污染物的控制潛力。不同污水深度處理工藝對抗生素等PPCPs類(lèi)物質(zhì)、內分泌干擾物等微量污染物的去除效果差異明顯，其中混凝沉淀、濾布過(guò)濾、紫外與氯消毒等對微量污染物的去除作用有限，其單獨或聯(lián)用工藝的平均去除率均低于60%;超濾、反滲透、臭氧氧化工藝對部分微量污染物的去除增效顯著(zhù)，平均去除率達到70%～80%。綜合對微量污染物去除的普適性、成本、技術(shù)可行性等因素，基于臭氧氧化的技術(shù)方法可作為我國城鎮污水深度處理的主要候選技術(shù)。厭氧消化和堆肥對微量污染物的去除率受工藝條件的影響較大，高溫厭氧消化可顯著(zhù)提升微量污染物消減效果，臭氧對多數微量污染物具有較強的氧化去除能力，可在污泥減量同時(shí)顯著(zhù)去除微量污染物，因此，高溫厭氧消化和臭氧氧化可考慮作為污泥處理的候選技術(shù)。

　　需要特別指出的是，目前的污水深度處理工藝對全氟化合物等一些人工化學(xué)品風(fēng)險物質(zhì)難以去除，因此，非常有必要加強這類(lèi)殘留有害微量污染物的環(huán)境管理和去除技術(shù)開(kāi)發(fā)研究。采用臭氧技術(shù)時(shí)，可能存在具有毒性效應的臭氧氧化副產(chǎn)物(例如溴酸鹽、醛類(lèi)等)，宜采用后置生物過(guò)濾(如生物活性炭過(guò)濾)進(jìn)一步去除副產(chǎn)物。將多種工藝單元聯(lián)用，構建多級屏障，應該是一種比較切實(shí)可行的污水微量污染物削減策略。在宜興新概念污水處理廠(chǎng)設計中，除了應用氮磷深度處理和厭氧氨氧化技術(shù)之外，還考慮了臭氧-紫外聯(lián)用的方法去除微量污染物。

　　5 展望

　　綜上所述，作為單種類(lèi)化合物或復雜混合物的微量污染物與環(huán)境水質(zhì)有關(guān)，可能引發(fā)不必要的生態(tài)效應和健康影響。微量污染物來(lái)源于不同的點(diǎn)源和擴散源，包括工業(yè)活動(dòng)和居住日常生活，通過(guò)不同的路徑進(jìn)入水體和土壤環(huán)境。常規污水處理工藝不能完全去除各種微量污染物，污水及污水處理廠(chǎng)出水成為水環(huán)境微量污染物的直接來(lái)源。為了提高環(huán)境水質(zhì)，避免微量污染物潛在的負面生態(tài)影響，應采取各種措施減少微量污染物的排放與遷移。

　　以瑞士為例，從2006年開(kāi)始研究到2014年聯(lián)邦政府頒布法令，其長(cháng)期策略的制定基于若干考慮：臭氧和粉末活性炭應用的實(shí)際案例表明微量污染物的排放量大幅度減少，水環(huán)境中的潛在毒副作用相應降低;社會(huì )和政治的接受度;技術(shù)可行性和成本效益。隨著(zhù)微量污染物受到全球性關(guān)注，瑞士的國家戰略、理念及考慮因素，對其他國家具有重要參考價(jià)值。

　　我國城鎮污水處理行業(yè)一直面臨十分嚴峻的挑戰，一方面，在陸續完成一級A提標改造之后，常規有機物和氮磷營(yíng)養物的深度與極限去除開(kāi)始提到議事日程，近年來(lái)，北京、天津、太湖、巢湖地區陸續出臺更加嚴格的地方排放標準，滇池流域計劃將污水處理廠(chǎng)出水氮磷目標值設定在總氮5 mg/L和總磷0.05 mg/L，另一方面，如何強化城鎮污水處理廠(chǎng)對微量污染物的去除也應該提上議事日程。

　　當前和未來(lái)的城鎮污水處理廠(chǎng)微量污染物控制措施將包括但不限于以下幾個(gè)方面：

　　(1)針對我國的實(shí)際情況，選擇普遍存在和具有潛在風(fēng)險的指示性微量污染物作為通用或可推廣的監測指標，同時(shí)為了提高可操作性，可以結合替代性的水質(zhì)參數，例如瑞士采用的比紫外吸光度(SUVA)指標。

　　(2)城鎮污水處理廠(chǎng)已有工藝過(guò)程能非常有效的去除某些風(fēng)險物質(zhì)(例如雌激素)，因此，有必要進(jìn)一步提高城鎮污水的收集、截留和處理率，爭取城鎮污水及初期雨水的全收集、全處理和全利用。

　　(3)綜合考慮實(shí)際處理效果、額外去除作用和成本費用等因素，城鎮污水處理廠(chǎng)宜盡量采用臭氧氧化-生物過(guò)濾和粉末活性炭吸附等深度凈化處理工藝，污泥考慮采用高溫厭氧消化和臭氧氧化處理，以有效去除微量污染物。

　　(4)某些人工化學(xué)品風(fēng)險物質(zhì)在城鎮污水處理廠(chǎng)工藝過(guò)程中難以有效去除，需要加強針對這類(lèi)殘留有害微量污染物的環(huán)境管理和高效去除技術(shù)研究，必要時(shí)，嚴格控制或禁用這類(lèi)人工化學(xué)品。

　　(5)除了強化城鎮污水處理廠(chǎng)對微量污染物的去除能力，還需要對微量污染物的排放源頭進(jìn)行全面、有效的管理控制，尤其藥物濫用及廢棄的管控。

　　我們還需要非常清醒地認識到，通過(guò)城鎮污水處理廠(chǎng)的提標改造和新技術(shù)應用，是減緩微污染物進(jìn)入生態(tài)環(huán)境的重要環(huán)節，但不是唯一的辦法，微量污染物的有效控制需要更廣泛、多層次、國家層面的戰略，各專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的協(xié)作和公眾的全面參與。

來(lái)源：中國水網(wǎng)　　　　　作者：中國水網(wǎng)