北極星水處理網訊:淡水是人類不可或缺的資源，然而隨著人們生活水平的不斷提高，人類不僅面臨資源性缺水，更面臨水質性缺水問題：水體中微汙染有機物在數量及種類方面均呈指數型增長。這些微汙染物大多來自於人類活動中大量使用的化合物及其殘餘，以ng-μg濃度存在並廣泛分布於各類水體當中，難以被生物降解及去除。即使微汙染物在水體中的濃度很低，它們仍時刻威脅著生態及人類健康，並為現有的水質監測技術及水處理工藝帶來了巨大挑戰。本文概述了水環境中有機微汙染物的分類及分布、特性與危害、新興監測技術和常用工業處理工藝。未來，還需探索更便捷的監測技術和可持續的替代處理工藝。
Part 1. 什麼是有機微汙染物
1.1
有機微汙染物的來源及分類水記錄著人類的活動痕跡。目前，地球上超過三分之一的可利用淡水資源已被開發用於各種農業、工業、市政等活動。在這些人類活動中，大量的化學品被廣泛使用以提高人們的生活品質。截至2017年11月25日，美國化學會化學文摘社 (CAS)已登記註冊13455餘萬種化合物，且這些化合物的數量仍在持續增長(平均每天增加15000餘種)[1]。這些天然或人工合成的化合物隨著人類活動排入自然水體，使水環境受到了不同程度的汙染，也帶來了以新興微汙染物為特徵的水質性缺水問題。近幾十年來，隨著環境分析技術的提高，水中檢出的微量化合物(汙染物)的種類不斷增多，引起了人們對環境中微量有機汙染物(Organic Micropollutants; MPs)的關注，尤其是一些對生態和人體健康具有威脅和潛在威脅的有機微汙染物。水中有機微汙染物的汙染問題正日益成為人們廣泛關注的焦點和研究熱點。
有機微汙染物，有時也被稱為痕量汙染物 (Trace Contaminants)，根據其來源和性質的不同主要可以分為以下幾大類：藥物或個人護理用品 (Pharmaceutical and Personal Care Products; PPCPs)、工業化合物、農藥殺蟲劑、激素、生活用品及這些化合物的殘餘。
1.2
有機微汙染物的特性及危害a.有機微汙染物的特性：
1) 來源廣泛且缺乏登記或管理：截至2017年11月25日，CAS有註冊記錄的化合物超過13455萬種，其中只有387671種(不足0.3%)為已管控或登記化合物，這些化合物及殘餘都可成為有機微汙染物的來源。此外，對於大多數有機微汙染物尤其是新興合成的物質，水質或環境指標中沒有明確規定其在水中或者環境中的最高允許濃度。
2) 濃度極低：有機微汙染物在水環境中的濃度非常低(< µg/L)，且種類繁多、性質各異，為它們的檢測和分析提出了很大挑戰，亦難以判斷其相應的環境毒性;
3) 難以生物降解：因濃度極低，生物降解效率較低，且部分化合物性質非常穩定，難以生物降解，為水/汙水處理帶來了極大難題;
4) 超過90%會進入自然水體：因現有的水/汙水處理設施並未針對微汙染物設計，且常規水處理工藝無法將其有效去除，絕大部分的微汙染物會最終排放進入自然水體，從而引發環境風險或環境問題。
b.有機微汙染物的危害：
這些有機微汙染物可能造成的環境危害及人類健康威脅主要有：
1)生物及生態毒性：包括性別分化、致突變性和基因毒性。尤其是一些內分泌幹擾物，會導致水生生物的雌性化及幹擾水生生物的繁衍，導致生態系統紊亂。
2)耐藥性：抗生素和清潔類生活用品參與在水體中的持續輸入導致了抗性基因的產生，可能在水體中形成難以殺死的超級細菌。尤其是國內存在抗生素濫用的問題，在醫療及畜牧漁業養殖過程中，抗生素的大量使用帶來了巨大的環境風險。
3)綜合毒性：因人類現在依賴大量化合物，水體中有機微汙染物數量持續增加，多種微汙染物的綜合毒性可能遠遠超過其本身的毒性(協同作用)，對生物及人類造成了潛在的健康威脅。
這些聽上去很學術的危害往往體現在生活中的方方面面...
√ 藥物：布洛芬 (Ibuprofen) 是我國醫用常用鎮痛消炎藥，近年來經常在地表水甚至地下水中被檢出，被認為是一種「持久性汙染物」，也是我國環境風險最高和最需優先控制的PPCPs 之一[3]。
√ 個人護理用品：夏季旅行度假時必備的防曬霜中含有多種化合物成分，其中常添加的紫外線「阻擋劑」——苯甲酮 (Benzophenone)和羥苯甲酮 (Oxybenzone)等，會隨遊客進入大海，引起珊瑚礁發育停止甚至死亡，造成生態系統的紊亂，具有生態毒性。夏威夷州議會中近期提出相應法案，希望禁止在夏威夷銷售含有羥苯甲酮等成分的防曬霜[2]。
√ 工業化合物：全氟辛烷磺酸 (PFOS)和全氟辛酸 (PFOA)是常用的表面活性劑，常用於泡沫滅火器甚至添加於部分防雨防水防汙的衣物(美國杜邦公司特氟龍)當中，近年來常在機場及軍工場地附近流域中被檢測出。PFOA等全氟單鏈化合物 (Perfluoroalkyl Substantces; PFASs)已確定為「持久性、生物累積性和毒性物質」 (PBT)，並2013年6月起被歐盟EU列入「高度關注物質候選清單」 (Candidate List of Substances of Very High Concern; SVHCs)。2016年，美國環境保護署USEPA也建議不損害健康的飲用水中PFOA和PFOS的混合濃度需低於70 ng/L。
√ 農藥殺蟲劑：莠去津 (Atrazine; AT)是一種美國常用的家庭除草劑，對美國土壤甚至地下水造成嚴重汙染。AT是一種內分泌幹擾物及潛在致癌物，不僅對糧食食品安全造成毒害作用，也對生物具有生殖和免疫毒性。
√ 激素：常見的雌激素17 β-Estradiol對水生生態造成了嚴重威脅，在低濃度時亦可導致水生生物的普遍雌性化，從而阻礙水生生物的繁衍;此外，這種雌激素也可能導致抑鬱等心理疾病。
√ 生活用品：喝咖啡時常加的人工甜味劑Splenda (主要成分蔗糖素Sucralose)很難在水處理中通過吸附甚至是消毒手段分解，因而在水環境中持久存在，存在生態毒性和潛在生物毒性。
Part 2. 有機微汙染物的輸入途徑與分布
2.1
有機微汙染物的輸入有機微汙染物進入水體的途徑多種多樣，根據來源可分為面源輸入及點源輸入。
a. 面源輸入
主要包括城市或農業用途的農藥殺蟲劑、部分植物激素等，這些化合物直接與地面接觸，之後隨雨水遷移至自然水體中，或通過土壤下滲至地下水。這些MPs中極性較強的汙染物不會被土壤或其他顆粒物截留。在遷移轉化過程中，這些微汙染物還可能生成極性更強的中間產物，從而更加快速的隨水體遷移。
b. 點源輸入
大部分藥物及個人護理用品、工業、生活用品或人體激素通過點源排入自然水體。這些化合物通過市政管道進入汙水處理廠，但因這些微汙染物大部分有較強極性且濃度極低，常規汙水處理工藝難以將其有效去除，最終仍會排放至地表水或下滲至地下水環境中。
2.2
有機微汙染物的分布研究a. 水處理設施中的分布：
在汙水處理廠進水中的大部分微汙染物初始濃度在0.1-10 μg/L間，初始濃度主要受降雨及季節變化影響。通過常規水處理手段處理後，出水中微汙染物的濃度可以降低至百分之一，但排放至水體中仍會造成環境風險或環境問題。
b. 地表水中的分布：
地表水中的微汙染物主要來源於點源輸入(汙水處理設施的排放)。汙染物的濃度有一定的變化模式，例如：1)受雨水稀釋影響，旱季微汙染物濃度較高，雨季微汙染物濃度較低;2)夏季微汙染物濃度會比起冬季略有降低，可能是因為溫暖的氣候促進了水中生物質對於部分微汙染物的降解活動。但每種汙染物的變化模式也不盡相同，如部分難以降解的塗料(Bisphenol A)會隨著雨水衝刷在地表水中持續積累，濃度變高。
此外，不同地域的顯著微汙染物也不盡相同，受附近人類活動影響，如醫院附近的水體可能含有較高的藥物(如Ibuprofen等)，而機場附近自然水體可能含有較多PFOA和PFOS;又比如不同國家因人均消費及生活理念的不同，醫院附近特定抗生素的濃度也不同。
c. 地下水中的分布：
地下水中有機微汙染物的主要來源包括1)溶解性有機微汙染物(原存在於填埋場滲濾液、地表徑流滲流層等)下滲至地下水;和2)溶解於有機非混液相(無法與水混合的有機液相)中通過洩漏或有意排放至地下水。
地下水受微汙染物汙染程度較低，但分布較廣。2000年，美國地質調查局(USGS)在全美境內設置了47個採樣點，分析了可能存在的55種微汙染物(具體監測分析方法見下文)。在這些採樣點中，38個(81%)採樣點至少含有一種預設可能存在的微汙染物，此結果尚未考慮微汙染物不同時期及地點的分布模式差異。近幾年來，這些微汙染物的濃度及數量也在不斷增長。
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