原文发表于《科技导报》2026 年第2 期 《 2025年新污染物在水−固环境介质中交互作用规律研究热点回眸 》
新污染物是一类存在于环境中，但尚未被广泛检测或纳入现行监管体系的污染物。《科技导报》邀请中国人民解放军96911部队侯立安院士团队撰写文章，文章系统综述了新污染物在水−固环境介质中交互作用的研究进展，重点关注其迁移转化行为，并提出了未来需加强机理研究与模型构建，推动治理模式从被动应对到主动预警、精准调控的治理模式转变，为环境风险防控提供科学依据。
1 新污染物的识别与检测新进展
新污染物是一类存在于环境中，但尚未被广泛检测或纳入现行监管体系的污染物。常见的新污染物包括内分泌干扰物、药品及个人护理品（PPCPs）、持久性污染物，如全氟和多氟烷基物质（PFAS）、微塑料（MPs）等，引发多种健康问题。“十四五”规划中，“重视新污染物治理”已明确成为国家未来发展的重大战略需求。
相比于传统靶向分析法，基于液相色谱−高分辨质谱的非靶向分析法不依赖标准品，能够全面覆盖环境中未知或者未被关注的新污染物，已逐渐成为环境污染物分析的重要手段。丹麦奥胡斯大学Nnusha等利用高分辨纳流液相色谱−高分辨质谱对污水−污泥中的有机物进行半定量非靶向筛选。
如何从错综复杂的质谱信息中获取必要的特征，解析复杂基质中新污染物的转化规律需要进一步分析。南京大学研究团队通过简化网络分析法揭示了全国15个污水处理厂中不同结构新污染物的转化途径。华南理工大学研究团队采用高分辨液相色谱−质谱结合分子网络策略的非靶向分析方法，表征了广州某污水处理厂中新污染物的存在及其转化过程。因此，引入分子网络策略有利于阐明新污染物的结构变化及相应的转化过程，便于选择合适的处理技术。
传感器和在线系统等的创新对实时水质评估、有效检测和响应新污染物至关重要。表面增强拉曼光谱传感器由于痕量分析的指纹识别能力、低操作成本和适于现场应用等优点成为一种有前景的新污染物在线检测方法。美国威斯康星大学Cho等提出一种简单的滴涂沉积拉曼光谱方法，有效用于浓缩PFAS并建立光谱库。该方法为表面增强拉曼光谱传感器在PFAS的在线检测方面提供应用潜力。北京工商大学研究团队利用3D打印结合聚二甲基硅氧烷十字形狭缝和免疫层析条，开发了一种集成微流控装置（图1）。该研究为新污染物的实时、在线监测提供新思路。
图1 微流控芯片和检测装置
综上，非靶向分析、分子网络、表面增强拉曼光谱与微流控等技术在新污染物识别与监测中展现出良好的应用前景，但其在实际环境监测中的推广仍面临挑战：
（1）基于液相色谱−高分辨质谱的非靶向分析方法虽可全面筛查未知污染物，但数据解析过程复杂；
（2）表面增强拉曼光谱等光谱技术在实际应用中受限于现有拉曼光谱数据库的覆盖范围，制约了其快速识别与现场检测能力；
（3）微流控技术在复杂环境基质中易受颗粒物堵塞、生物膜附着及非特异性吸附的影响，长期在线监测的稳定性与重现性仍需进一步提高；
（4）当前检测方法难以实现多种结构、性质差异显著的新污染物（如抗生素、微塑料、PFAS 等）的高通量同步检测，限制了复合污染状况的全面评估。
2 新污染物在污水−污泥介质及污泥处理过程中的迁移转化
在污水处理过程中，PPCPs主要通过吸附于悬浮固体并随后沉淀的方式从废水转移到污泥中。尽管部分PPCPs可被微生物降解，但大部分最终进入污泥。受抗生素分子本身固有的抗菌活性影响，传统活性污泥处理技术无法有效缓解抗生素和ARGs在环境中的传播。南开大学刘东方团队采用好氧颗粒污泥（AGS）成功降低了污水中的抗生素和ARGs水平。华南师范大学应光国团队揭示了污水中抗生素的去除途径，这一过程与抗生素的物理化学性质密切相关。湘潭大学伍艳馨团队的研究表明，污泥中蓄积的氧氟沙星（OFL）会与污泥有机物特别是蛋白质发生交互作用，干扰关键酶的活性导致厌氧消化过程甲烷产量降低。湖南大学王冬波团队利用磷酸三（2−氯乙基）酯（TCEP）分析发现，有机磷酸酯阻燃剂在污泥厌氧消化中与EPS中的酪氨酸样蛋白结合，导致污泥细胞膜完整性受损，抑制酸化、乙酸化和甲烷化生物过程，并可能将主要甲烷生成途径从乙酸转变为氢营养型。Long等首次研究了微生物电解细胞辅助厌氧消化在减轻抗生素（如三氯卡班）对污泥厌氧消化产甲烷抑制作用方面的有效性，发现微生物电解细胞辅助厌氧消化系统中的三氯卡班被腐殖质吸附并分解为1,3−双（4−氯苯基）尿素（1,3-bis-(4-chlorophenyl)urea，DCC），从而产生一定的解毒效果（图2）。
图2 微生物电解池辅助三氯卡班在污泥厌氧消化系统降解
污泥是MPs赋存的热点区域，在处理过程中必须同时考虑它们的迁移转化和潜在影响。Simaek等发现聚酰胺 6（PA6）MPs颗粒在嗜温消化中不影响CH4产生；而在嗜热消化中，CH4产量随PA6增加而提高。适当的预处理也可能是改变MPs对污泥处理影响的重要途径，湘潭大学陈洪波团队采用热水解减轻了聚乙烯在污泥厌氧消化中的胁迫作用。Lessa Belone团队研究了嗜温（35℃）和嗜热（55℃）厌氧消化条件下污泥中MPs的降解潜力。熊炜平等的研究发现污泥中MPs（聚酰胺）和抗生素（OFL）的共存可能进一步加剧ARGs传播的风险。河海大学研究团队研究发现PP和PE显著降低了ARGs的丰度和多样性。关于MPs−抗生素共存的污水−污泥介质中MPs对ARGs传播的影响，不同研究结果缺乏一致性，MPs类型可能是关键原因。
3 新污染物在河流−沉积物介质中的迁移转化
在河流和湖泊中，有机污染物的数量不断攀升，其中大部分会转移到沉积物中。Ducrocq等在陆域水体（河流、河口湿地、湖泊）的沉积物中至少检测到1204种化合物，并将它们分为11类（图3）。MPs 污染是全球环境治理的关键问题之一，河流沉积物可能是MPs在河流环境中的最终汇。马艳等报道了中国镇江古运河河流沉积物中MPs的组成、空间分布和丰度与季节相关，并且受季节影响的MPs特性影响对重金属的吸附。MPs中的增塑剂会释放到水体−沉积物交互系统，Panthi研究了邻苯二甲酸酯和非邻苯二甲酸酯增塑剂从聚氯乙烯中浸出到沉积物中的过程。已有研究表明，沉积物是PFASs的重要汇。武汉理工大学研究团队在长江全流域设置了38个采样点，沉积物中共检测到15种PFASs中的13种，主要污染物为全氟辛烷磺酸（PFOS）和全氟辛酸（PFOA），而且人类活动因素和沉积物的物理化学性质影响了PFASs的分布。环境风险评价表明，PFOS对长江具有低至中等风险，需要持续关注。中国科学院广州地球化学研究所研究团队监测了173个中国黑臭河流表层沉积物中的有机磷酸酯三酯（tri−OPEs），发现tri−OPEs总浓度与地区的工业和经济发展水平有关，中国东北和东部地区的浓度高于中部和西部地区。
图3 沉积物中检测到的11类污染物和污染物数量
4 新污染物在畜禽粪污处理过程的迁移转化
抗生素耐药基因的积累和传播是畜禽粪污处理领域的研究焦点。农业农村部成都沼气科学研究所余萍等从微观层面和环境行为角度系统分析了ARGs传播的2大途径：
一是在微生物间通过基因转移实现，包括水平基因转移（HGT）和垂直基因转移（VGT）；
二是通过环境行为实现的空间传播（图4）。
图4 畜禽粪污中ARG的迁移途径与处理技术
广西大学研究团队在堆肥过程中加入生物炭负载纳米零价铁材料，显著降低ARGs丰度，改变了移动遗传元件（MGEs）携带ARGs 和金属抗性基因（MRGs）的偏好，削弱ARGs、MRGs与宿主细菌之间的结合。西北工业大学研究团队研究了厌氧消化处理有效降低猪粪中的ARGs。塑料物品在农业活动中的广泛使用导致在动物粪便中检测到MPs，西北农林科技大学王权团队在中国28个省的畜禽粪便和农作物秸秆堆肥中检测到MPs的数量在8.88×103~2.88×105个/kg之间。巴利亚多利德大学研究发现多种新污染物在粪肥液相中的浓度高于固体相，这可能是由于这些污染物的极性或适度极性特性，使得它们更容易在液体相中溶解。
5 新污染物在非均相类芬顿氧化过程的迁移转化规律
非均相类芬顿体系中，催化剂吸附中心和反应位点对新污染物和氧化剂的吸附及氧化剂活化至关重要。研究表明，催化剂表面多种作用协同有利于类芬顿体系中新污染物的高效降解与转化。东北师范大学研究团队基于多孔生物炭负载多金属氧酸盐，构建了一种大孔催化材料（HPMoV（44）/生物炭），高效活化氧气（O2），降解水中的邻苯二甲酸酯。研究表明，该催化材料对长链邻苯二甲酸酯具有较强的吸附性能。
增强催化剂对新污染物的富集有利于提高相邻活性氧物种的利用效率。中国科学技术大学研究团队设计了一种以氮空位为反应位点，氟−碳路易斯酸位点为吸附中心的无金属双位点催化剂（图5）。在此过程中双酚A从溶液中迁移至催化剂表面，在催化剂表面吸附并氧化降解，产生的副产物解吸重新迁移至溶液中。
图5 Nv-NFC的理论活性
6 污水管网中新污染物在沉积物与污水之间的迁移转化
药物和个人护理品在日常生活中无处不在，由于制药厂、医院等排放或人体摄入后不完全代谢，大量的PPCPs随污水进入管道系统，其浓度范围从μg/L到mg/L不等。北京师范大学余刚团队评估了140种典型的PPCPs、农药及其代谢物在污水管网中的稳定性，发现沉积物对这些污染物稳定性的影响通常比生物膜更显著，这可能是由于沉积物中更强的微生物活性和更明显的扩散或吸附过程。相较于生物降解和扩散，吸附是导致污染物从污水中去除的主要因素。西安建筑科技大学卢金锁团队揭示了3种PPCPs（TC、磺胺甲恶唑（SMX）和三氯卡班（TCC））在管道沉积物中的吸附富集和ARGs的传播（图6）。
图6 污水管道沉积物中PPCPs富集的分子机制
与污水−污泥交互系统类似，在污水−管道沉积物交互环境中的微生物EPS在PPCPs的吸附和ARGs的传播过程起关键作用，EPS的增加和结构变化促进了PPCPs的吸附和ARGs的增殖。西安交通大学研究团队验证了6种PPCPs，TCC和二乙基甲苯酰胺（DEET）在污水管道系统中显示出不同的降解趋势。
7 应对新污染物在水−固环境介质中交互发展的建议
新污染物治理与当前中国建设“美丽中国”和“健康中国”2大目标息息相关。新污染物识别与溯源、环境迁移与转化、毒性效应与机制、环境风险和健康危害评估与预警以及新污染物风险管控是新污染物防治要解决的关键科学问题。为此，我们的研究为应对新污染物在水−固环境介质中交互作用发展提出建议。
1）融合多学科优势，构建高水平合作平台。
新污染物在水−固环境介质中的迁移转化研究涉及环境化学、生态学、分子生物学、环境毒理学和水文学等多个学科。通过依托重点科研机构或区域创新中心，建立实体化的“新污染物环境行为与管控联合实验室”，或组建跨机构的虚拟研究中心，实行“任务导向、资源共用、成果共享”的运行机制。
2）加大政府支持力度，夯实科研保障基础。
建议国家及地方科技计划设立新污染物专项，资金投入应聚焦以下重点领域。（1）检测与溯源技术创新；（2）跨介质界面过程与机制研究；（3）减污降碳协同治理技术研发；（4）风险评价与管控支撑研究。
3）整合数据信息，加强新污染物特性研究。
亟需推动标准化新污染物数据库的建设与共享。建议构建国家级新污染物数据平台，实施分级共享机制：基础物化与毒性数据公开；详细的区域环境监测数据对科研机构开放；涉及企业排放的敏感数据经脱敏后受限访问。建立数据贡献的激励机制，将高质量数据汇交纳入科研评价体系。
4）创新技术，促进新污染物跨介质削减与去除。
在实验与模拟研究方面，应设计更系统化的受控环境模拟实验，精确解析pH值、温度、氧化还原电位及共存物质等关键因子对新污染物跨介质行为的影响。在微观机制层面，大力推动计算化学方法（如量子化学计算、分子动力学模拟）在界面吸附、催化降解等过程中的应用，从分子水平揭示作用机制，为定向开发高效阻断或去除技术提供理论基础。
8 结论
新污染物在水−固环境介质中的交互作用规律研究已经取得了丰硕的科研成果。全球科研工作者分别从宏观表象、微观机制、材料开发、设备开发等方面考察新污染物的迁移转化。
然而，目前研究仍存在局限性：
首先，新污染物在不同环境介质间的跨界面迁移机制尚未得到系统性阐释；
其次，真实复杂环境中多污染物共存时的协同或拮抗效应研究仍较为缺乏；
此外，从污染物识别检测到生态毒理效应评估之间尚未形成有效衔接；
最后，基于过程机理的预测模型与调控策略仍显薄弱，制约了风险精准防控与治理技术的开发。
我们期待在未来研究中可突破上述空白，推动新污染物治理从“被动应对”向“主动预警、精准调控”转变，为保障水环境安全与生态健康提供坚实的科学基础。
本文作者：李宁、梁澜、王天昊、郭海晓、王燕杉、陶俊宇、李江、王斌、陈冠益、侯立安
作者简介：李宁，天津大学环境科学与工程学院，特聘研究员，研究方向为人工智能与低碳水处理技术；侯立安（通信作者），中国人民解放军96911部队，正高级工程师，中国工程院院士，研究方向为饮用水安全保障、分散点源生活污水处理和人居环境空气净化等。
文章来 源 ： 李宁, 梁澜, 王天昊, 等. 2025 年新污染物在水−固环境介质中交互作用规律研究热点回眸[J]. 科技导报, 2026, 44(2): 69−78 .
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