我国新污染物治理科技需求分析
武会会1, 只艳1, 肖庆聪1, 徐伟攀1, 张衍燊1,2, 於方1,2
1生态环境部环境规划院,新污染物与环境健康研究中心;
2国家环境保护生态环境损害鉴定与恢复重点实验室
摘要:新污染物治理是一项长期性、复杂性、艰巨性任务,为支撑新污染物治理行动顺利开展,亟需实施重大科技专项计划.本文从新污染物筛查、监测、风险评估、替代和治理技术、风险管控等方面出发,介绍了美国、欧盟等发达国家和地区逐步构建以风险防范为核心的有毒有害化学物质管理机制的历程.同时,梳理了我国在新污染物治理的历程、成果以及差距.结合我国新污染物治理现状和存在的问题,在“筛查-评估-治理-管控-示范”五方面提出任务布局,以期逐步解决新污染物治理技术瓶颈,构建新污染物全过程协同治理和风险管理体系,完善新污染物治理管理标准体系,支撑新污染物治理水平稳步提升.
关键词:新污染物;基础研究;科技创新
党中央、国务院高度重视新污染物治理工作.《中共中央国务院关于深入打好污染防治攻坚战的意见》明确到2025年新污染物治理能力明显增强,要求制定实施新污染物治理行动方案.《国民经济和社会发展“十四五”规划和2035年远景目标纲要》提出“重视新污染物治理,健全有毒有害化学物质环境风险管理体制”的任务要求.2023年7月,全国生态环境保护大会提出“把新污染物治理等作为国家基础研究和科技创新重点领域,狠抓关键核心技术公关,实施生态环境科技创新重大行动.”
我国是化学品生产使用大国,但低端产品偏多,高端产品供给不足,不少在产在用的有毒有害化学物质来自发达国家已经淘汰的产能.如:全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟辛酸(PFOA)等传统的碳链长度为8的全氟及多氟烷基物质(PFASs)、溴系阻燃剂等化学品,在发达国家淘汰后,我国曾出现产量逆向上升的现象,甚至成为这些化学品唯一的生产国.相关有毒有害化学物质进入环境形成的新污染物成为我国无法回避的污染防治难题.
2022年5月,国务院办公厅发布了《新污染物治理行动方案》,新污染物治理工作在全国范围内有序展开.然而,我国新污染物治理领域的研究基础十分薄弱,特别是在新污染物监测、毒性评价、绿色替代以及管控标准等方面严重不足,制约了我国新污染物治理工作的开展.亟需通过设立科技重大专项,研究突破新污染物治理“卡脖子”的关键技术瓶颈.
本研究重点围绕新污染物治理工作需求,研究美国、欧盟等发达国家和地区关于新污染物筛查与监测、风险评估、治理技术以及管控制度的进展,梳理我国已有的相关基础,并分析相关领域的重点差距,从“筛查-评估-治理-管控-示范”五方面提出支撑新污染物治理工作的科技方向,逐步突破新污染物治理技术瓶颈,提升新污染物治理水平.
1 国外新污染物治理科研发展趋势
1.1 新污染物筛查与监测
发达国家和地区重点围绕地表水、土壤等环境介质开展新污染物监测与筛查,并以此作为制定新污染物环境风险管控措施的依据.
为了保护人类健康和河流生态安全,1993年美国实施了微量物质监测计划,在传统分析物清单中添加了一系列新的有机化合物.2022年8月,美国国家科学技术委员会发布《国家新污染物研究计划》提出促进饮用水中新污染物监测、跟踪及风险防控技术创新的目标.2005年,欧盟资助开展了“新污染物监测网络”项目,为欧盟水框架指令的污染物清单提供候选物质.欧盟在2015/495号中启动监测地表水新关注污染物清单,包括雌激素、抗生素、抗氧化剂、农药以及除草剂等17种新污染物,并在2018年对观察清单进行了更新调整.早在1986年,加拿大就对河流湖泊中有机物开展监测,并把有毒的有机物列为水中优先监测污染物,监测指标多达84项.日本自1973年颁布《化学物质审查及制造管理法》开始监测环境中残留的化学物质,从1979年起开展2轮以10年为周期的化学物质监测调查,第1轮调查约2000种化学物质,第2轮调查约1100种物质.
美国环保署(USEPA)制定有毒物质释放清单(TRI)计划,要求涉及制造、金属采矿、发电、化学制造和危险废物处理的大型设施报告化学品向大气、水、土壤中释放情况,从而跟踪可能对人类健康和环境构成威胁的化学品,目前的有毒物质清单包括33类794种.此外,美国每两年开展一次国家健康和营养检查调查(NHANES),基于全国人口测试美国普通人群的健康和营养状况,其检测指标包括人体血清中PFOS、PFOA、全氟壬酸(PFNA)和全氟己烷磺酸(PFHxS)等PFASs.2017到2022年,欧洲联合30个国家和116个合作机构开展的大型欧洲人类生物监测倡议(HBM4EU),对人体血液和尿液中的溴代阻燃剂、双酚A等新污染物开展监测,旨在支持和改善欧盟的化学品风险管理.
1.2 新污染物风险评估
发达国家已建立基本成熟的风险评估工作体系,形成了风险评价法规、制度、指南和技术细则,具备丰富的实践经验.
1976年USEPA首先公布了可疑致癌物的风险评估准则,提出有毒化学品的致癌风险评估方法.美国国家科学院在1983年提出健康风险评估的四步法,即危害识别、剂量-反应关系评估、暴露评估和风险表征,被全世界广泛认可.在此基础上,USEPA制定了《化学混合物的健康风险评价指南》《暴露风险评价指南》《超级基金场地健康评价手册》以及《生态风险评价指南》等一系列风险评估技术指南和手册.在20世纪末,USEPA开展了人群暴露行为模式研究,发布了暴露参数手册并定期更新.
欧盟的风险评估主要从化学品入手,通过以源头为主的全生命周期防范对化学物质进行综合管理.1993年欧盟议会通过了已有物质的风险评估和危险物质对人类健康危害的风险评估的“Council Regulation(EEC)No.793/93”和 “Commission Directive 93/67/EEC”2个法案指令,建立了欧盟风险评估的法律基础.随后,欧盟发布了技术指导文件总结了风险评估的整理框架和数据标准,该文件成为欧盟开展风险评估的基础.1997年,欧盟开发了风险评估系统(EUSES),为化学品管理提供技术支撑,根据此方法体系撰写并实施《化学品的注册、评估、授权和限制》(REACH)法规.2012-2023年期间,欧洲化学品管理署(ECHA)对321种物质开展了风险评估,截至目前,已有240种化学物质列入SVHC高关注物质.
目前,欧美等发达国家相继建立了IRIS、RAIS和ECOTOX等化学品管理及健康风险相关数据库,为化学品管理提供数据支撑.此外,发达地区开发了定量结构-活性关系模型、有害结局路径及生理药代动力学等计算毒理技术用于评估化学品风险,以解决化学物质环境管理中数据缺失问题.
1.3 新污染物替代、削减和治理技术
国外开展新增持久性有机污染物(POPs)及候选POPs物质相关替代品的研发,建立了完善的机制和技术方法,开发了新污染物替代品的生产工艺技术,并掌握主动权.自上世纪90年代起,发达国家陆续制定了20多个替代品评估框架或指南文件,如USEPA制定了《替代品危害评估标准》,德国环境署发布了《可持续化学品指南》,美国据此制定“更安全化学品成分清单”,并不断动态更新.2022年9月第十八届POPs审查委员会上,科学家建议将紫外线吸收剂(UV 328)列入公约管控附件,然而欧洲环境署2022年5月的一份关于UV 328风险管理评估草案中已经提到了关于UV 328的可用替代品信息.
发达国家注重POPs、内分泌干扰物(EDCs)等新污染物与常规污染物的多介质协同控制技术的研究和应用.发达国家正加强对有毒有害物质治理技术的研究,瑞士研究人员在15个总运行时间>10年的生物反应器中开展了对塑料、农药、医药、有机化学工业及其它工业废水生物处理试验.为了保障用水安全,美国加州的约巴林达水管理局建设了美国最大的离子交换树脂PFAS水处理系统,最大日处理能力为9.5万m3.希腊的研究人员采用水平地下流和垂直流中试规模人工湿地去除大学校园废水中的双酚A、甲基酚等EDCs,加载速率为15.8~28.6L/d,显著降低了处理和维护成本.
国外注重污水处理厂新污染物去除的提标改造研究,提高相关处理标准.欧盟国家早在2000年左右已开始针对污水处理厂对新污染物的处理效果进行立项研究和立法,例如,瑞士《水保护法案》(Federal Act on the Protection of Waters)对部分污水处理厂出水设定新污染物排放限值,日本将工业废水处理的重点从COD、氮、磷扩展到生物毒性、特征因子及重金属离子等有毒有害指标.2024年4月10日,USEPA宣布了6类PFASs的国家饮用水标准,其将投入10亿美元开展公共供水系统PFASs治理,该法规预计将防止约1亿人通过饮用水接触PFASs.
1.4 新污染物风险管控
发达国家将全生命周期管理、重点管理、优先管理、降低环境和健康风险、污染者付费、绿色设计和替代等作为化学品管理的重要原则,历经40多年的实践,构建了立法健全、方法科学、手段丰富的管理机制.
美国的《有毒物质控制法》(TSCA)和化学品管理政策理念被其它国家广泛借鉴,环境保护、职业安全与健康管理、消费产品安全和食品药品监督管理四个联邦部委建立了良好的协作机制,以落实化学物质生命周期中不同阶段的法规管控要求.欧盟制定了REACH法规,同时成立ECHA专门开展有毒有害化学物质管理,通过清单管理、排放转移登记、贴标和进出口授权等制度有效地管控有毒有害化学物质环境风险.日本紧跟国际管理发展趋势,制修订了《关于对化学物质的审查及制造等管控的法律》(简称《化审法》),随之建立的污染物排放和转移登记制度以及化学物质风险评估和管控制度成为有毒有害化学物质管理的核心机制.
1.5 小结
国外在新污染物筛查监测、危害识别、风险评估、替代和削减治理、管控机制方面的研究开展较早,形成了成熟、可靠的管控方法和技术体系.重点围绕地表水等环境介质以及人体开展新污染物监测与筛查,积累了大量数据.建立了基本成熟的风险评估体系,形成了健康风险评价指南和技术细则.建立了较为完善的化学品替代机制和技术方法,研发新污染物与常规污染物的协同控制技术和污水处理厂新污染物去除提标改造技术.构建了风险防范为核心的有毒有害化学物质管理机制.
2 国内研究基础
2.1 新污染物筛查与监测
我国新污染物监测主要集中在POPs公约履约物质,同时开展了一些局部区域的研究性监测和专项调查.2016年起,国家海洋局将微塑料纳入海洋环境常规监测范围,并定期向公众公布监测结果.《新污染物治理行动方案》中提出要建立新污染物环境调查监测制度.目前国内一些研究机构已经具备了多溴联苯醚、得克隆、PFASs等POPs物质的检测分析能力,个别研究机构在新污染物超痕量检测和短链氯化石蜡、紫外吸收剂检测方法等方面的研究达到国际水平.从“十一五”开始,水专项和国家重点研发计划项目支持了多个针对重点城市、重点流域的饮用水、水源水水质调查和优控污染物筛选课题,涉及抗生素、PFASs、微塑料等物质.目前已经开始制定PFASs、抗生素、EDCs等部分新污染物的测试标准.针对制药、印染、涂料等重点行业,初步研究有毒有害物质环境排放特征,筛选重点行业高关注有毒有害物质清单.我国新污染物筛查与监测工作取得了一些进展,但工作基础相对薄弱,具备监测新污染物专业知识和技能的人员缺口较大,多数新污染物(如微塑料)仍未建立监测技术规范,尚未建立成熟的监测体系.
2.2 新污染物风险评估
与国外相比,我国环境风险评估工作起步晚,尚未建立完善的风险评估技术规范体系.我国化学物质风险评估起步于20世纪80年代,初期主要以介绍和应用国外的研究成果为主.自2015年起,生态环境部陆续发布了《化学物质环境风险评估技术方法框架性指南》《化学物质环境与健康风险表征技术导则(试行)》《环境污染物人群暴露评估技术指南》(HJ 875-2017)和《生态环境健康风险评估技术指南总纲》(HJ 1111—2020)等一系列技术指南,初步构建了环境与健康风险评估的技术框架.2013年和2016年分别发布了我国成人和儿童的暴露参数手册,为健康风险评价工作提供了基础数据.我国还构建了涵盖农药、兽药、食品添加剂等方面的毒性数据库,为开展风险评估工作和研究提供数据支持.近年来蒙特卡洛模型、地理信息系统等健康风险评估方法已用来评估我国人群的健康风险.我国研究学者在大尺度空间化学品环境暴露多介质模型构建方面也做了较多尝试,建立了区域尺度、多介质暴露预测模型.目前,我国在风险评估方面取得了一定进展,但仍存在本土化毒性数据缺乏,模型参数本土化问题尚未解决、复杂场景暴露评估模型未建立的问题.
2.3 新污染物替代、削减和治理技术
各企业和研究机构积极探索新污染物替代和治理技术,取得了一定成果.如在“循环经济关键技术与装备”重点专项中,科研机构和企业以有毒有害化学物质环境与健康风险评估及绿色替代为核心,开发了“高风险化学品绿色制备替代技术”,研发了卤代阻燃剂绿色替代产品,制备了剧毒光气源头替代的异氰酸酯等.并初步开发了氰氯毒害原料源头替代绿色制备碳四醚酯技术,并开展卤代阻燃剂和PFOS的绿色合成与替代新技术研究.替代品研发不仅要考虑经济可行性,更要考虑到环境可接受性,防范替代品再污染的隐患.依托重点专项探索了化学品替代的技术方法尚不成熟,目前仍缺乏能够进入工业化应用的替代品.
在新污染物削减治理方面,针对水、大气、土壤介质形成了一些研究成果.基于我国水源水中新污染物的检出特征,研发了新污染物定向降解、高选择性吸附、共存风险物质协同控制等关键技术,形成了可推广的新污染物控制技术体系.在重点研发专项中,科研单位针对POPs重度污染场地土壤,研发常温常压下基于机械化学和介质阻挡放电等机制的物化协同修复技术,针对农药污染场地,开发风险阻控、高效氧化和生物修复系列技术.最近,南京大学潘丙才团队经过十多年努力,开发了以纳米吸附材料为核心的工业废水深度除氟技术,目前相关技术已累计处理含氟废水6000万t.通过开展工业源抗生素和耐药基因污染研究,发明了污水中抗生素选择性去除的强化水解技术,创建了耐药菌传播源头阻断的制药废水处理新工艺.开发强化城市污泥/猪粪生物处理与资源化利用关键技术,实现了城市污泥/猪粪资源化利用和抗性污染削减的同步强化.开发基于热裂解碳化和基于土壤动物蚯蚓的抗生素抗性基因的生物调控、修复和去除技术.研发大气关键污染物、致病微生物以及二氯甲烷等新污染物的吸附和催化净化技术,多项关键材料和技术实现量产和规模化产业应用.开发协同抑制有机自由基与新污染物生成的阻滞剂,针对典型工业过程多种新污染物协同生成机理与协同控制开展了研究和工程应用.
2.4 新污染物风险管控
我国在包括新污染物在内的化学物质环境管理制度和体制机制建设方面取得了一系列进展,危险化学物质公共安全和农药、药品、食品添加剂、化妆品等重点领域的相关法律法规和管理制度体系较为完善.建立了新物质登记、危险化学品登记、农药管理、严格限制的有毒化学品进出口环境管理登记制度.构建了国家斯德哥尔摩公约协调机制、危险化学品管理协调机制,国际公约履约基本实现与国际接轨.目前我国新污染物治理制度建设尚处于起步阶段,与我国作为全球最大的化学品生产使用大国严重不协调,尚缺乏综合性管控机制的顶层设计,难以科学支撑新污染物治理工作开展.
与欧美等发达国家相比,我国需要制定有毒有害物质环境管理专项法规,为新污染物治理提供法律依据;有毒有害化学物质排放与转移报告相关顶层制度和宏观战略研究缺位,几万种在产在用的化学物质基础信息不清、风险不明;对于如何识别、评估和防控有毒有害化学物质生产、加工使用、储运、废弃处置过程中带来的环境与健康风险,以及重点行业、区域和流域的风险评估与管控机制、路径、制度和对策缺乏系统研究;新污染物环境风险防控社会管理机制与模式、治理成效评估的管控技术有待研发.因此,亟需从新污染物管控机制方面开展研究,以科技创新推动“美丽中国”和“健康中国”建设.
2.5 小结
我国新污染物监测主要集中在POPs公约履约的污染物上,积累的数据较少且数据共享机制不健全.开展了相关的风险评估研究,但未形成完整的风险评估技术规范体系.依托重点专项探索了化学品替代的技术方法基础研究,但尚不成体系、缺乏能够进入工业化应用的替代品.针对水体、大气、土壤的新污染物治理,形成了一些研究成果和技术应用,但相关研究成果缺乏实际应用.新污染物“筛查-评估-管控”的治理思路已成为共识,但缺乏管控机制的顶层设计研究.
3 治理科技专项方向建议
国内在新污染物检测、评估和管控方面形成了一些阶段性成果,但普遍存在基础薄弱、储备不足的问题.结合我国新污染物治理工作基础和差距,从“筛查-评估-治理-管控-示范”五方面提出任务布局,分别设置新污染物筛查、危害评价与监测技术体系研究,新污染物暴露场景构建与风险评估技术研究,新污染物治理与绿色替代技术研发,新污染物管控体系研究,新污染物防控技术与管理示范研究五个重点领域,全面构建新污染物治理技术体系、管理支撑与工具平台,分阶段解决新污染物治理技术瓶颈,创新新污染物治理管理体制机制,为新污染物治理“筛、评、控、禁、减、治”全过程管理提供技术支撑.
新污染物筛查、危害评价与监测技术体系研究领域以建立新污染物筛查与监测方法和技术体系为基础,开展新污染物筛查、监测、危害效应识别和评价.主要开展高风险化学物质高通量筛查技术与优控物质清单、典型POPs和EDCs危害识别及毒性机制、微塑料环境污染特征及毒性效应、新污染物监测技术体系、新污染物监测装备与相关产品、新污染物溯源技术与典型流域预警平台开发等研究.
新污染物暴露场景构建与风险评估技术研究领域以典型新污染物的毒性效应、毒性机制及降解机理研究为基础,开展新污染物环境源排放特征与源排放量测算方法研究、典型新污染物环境降解过程与机理研究.以新污染物环境多介质暴露场景和暴露评估方法为核心,开展新污染物复合暴露累积风险评估技术方法研究、新污染物人群内暴露监测及健康风险评估研究、典型新污染物生态环境损害鉴定评估技术方法研究,构建适应我国新污染物暴露特征的环境暴露场景、暴露评估方法和风险评估技术方法.
新污染物治理与绿色替代技术研发领域以重点关注新污染物环境友好型替代品及替代技术研发为基础,围绕新污染物绿色替代品的方法开发和应用,引导化工行业绿色发展.以废水、固废、土壤中的新污染物治理技术为核心,通过开展重点行业废水中新污染物处理技术工艺与设备研发及应用、新污染物废物环境风险管控及处置技术研究、新污染物污染场地修复关键机理和技术研究,形成一批废水、固废、土壤中的新污染物治理技术,有力推进新污染物和常规污染物的多介质协同治理.
建立和完善化学物质和新污染物的全生命周期风险管控制度,为新污染物治理提供法律依据和管理支撑,以实现新污染物的全面管控.需要开展面向美丽中国的新污染物管控立法、战略和决策支持系统研究,开发新污染物环境与健康风险管控决策支持系统.开展新污染物治理社会经济影响与管理机制研究,计算新污染物治理与绿色替代技术实施成本与经济效益.构建新污染物环境风险防控社会管理机制与模式,形成上下统一、内外结合、横向衔接、多方参与的新污染物管控治理体系.
聚焦新污染物治理的关键技术,将防控与管理技术运用到典型区域新污染物综合管理中,构建可循环可复制的新污染物防控技术与管理综合示范研究.需要开展新污染物暴露与风险评估综合案例研究,识别脆弱易感人群和风险高区域,针对不同风险区域提出相应的防控措施.开展典型流域、区域、工业园区新污染物防控体系与应用示范,建立新污染物防控的长效机制;开展典型新污染物治理与绿色替代技术应用示范研究,实现规模化工业应用.
图1 新污染物治理科技专项重点方向和预期成果
Fig.1 Key directions and expected results of the emerging contaminants control science and technology program
4 结论
当前,我国生态环境保护工作正处于由量变到质变的关键时期,常规污染物得到有效控制,新污染物问题逐渐突出.常规的达标手段无法满足新污染物治理的需求,新污染物治理难度与挑战巨大,亟需设立新污染物治理科技专项.逐步构建新污染调查、监测、风险评估、风险管控标准体系和技术支撑体系,突破新污染物毒性预测、暴露模拟、绿色替代、环境监测、协同治理等关键技术,建立健全新污染物风险管控制度体系,提升新污染物治理水平。
来源:武会会,只艳,肖庆聪,等.我国新污染物治理科技需求分析 [J]. 中国环境科学, 2024,44(9):5202-5208.
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