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突破污水處理廠新污染物篩查難題

非靶向技術(shù)鎖定5類(lèi)高風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)

近日，上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司李彧博博士的研究成果《污水處理廠中新污染物的非靶向分析及風(fēng)險(xiǎn)篩查》正式發(fā)表于《凈水技術(shù)》2025 年第 6 期。該研究創(chuàng)新運(yùn)用高分辨率串聯(lián)質(zhì)譜非靶向分析技術(shù)，成功在上海某大型污水處理廠識(shí)別出 710 種化合物，并精準(zhǔn)鎖定 5 類(lèi)具有高環(huán)境與健康風(fēng)險(xiǎn)的新污染物，為我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠新污染物管控提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐與數(shù)據(jù)參考。

優(yōu)先考慮意外險(xiǎn)新污染物成治水新挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)技術(shù)難破 “識(shí)別困局”

隨著水環(huán)境治理不斷深入，“新污染物” 逐漸成為行業(yè)關(guān)注焦點(diǎn)。這類(lèi)污染物指新近被發(fā)現(xiàn)或關(guān)注、對(duì)生態(tài)環(huán)境或人體健康存在風(fēng)險(xiǎn)，但尚未納入有效管理的物質(zhì)，包括部分抗生素、個(gè)人護(hù)理品成分、工業(yè)中間體等。由于其具有低濃度、難降解、高毒性特點(diǎn)，現(xiàn)有污水處理工藝對(duì)其去除效果有限，甚至可能在處理過(guò)程中轉(zhuǎn)化為新的有毒產(chǎn)物。

“傳統(tǒng)靶向分析技術(shù)只能檢測(cè)預(yù)設(shè)的已知污染物，面對(duì)污水中種類(lèi)繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的新污染物及轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，往往‘力不從心’。” 李彧博博士指出，此前研究顯示，活性污泥法對(duì)部分新污染物去除率較低，還可能出現(xiàn) “負(fù)去除”—— 即母體化合物轉(zhuǎn)化為更多代謝產(chǎn)物，進(jìn)一步增加污染風(fēng)險(xiǎn)。如何全面、高效地篩查污水中的新污染物，成為破解治水難題的關(guān)鍵。

非靶向分析 + 分子網(wǎng)絡(luò)

構(gòu)建 “全鏈條篩查體系”

為突破這一困局，李彧博團(tuán)隊(duì)搭建了一套基于非靶向分析（NTA）的完整工作流程。研究團(tuán)隊(duì)在上海某大型污水處理廠的 6 個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)（總進(jìn)水、預(yù)處理出水、初沉池出水、生反池出水、深度處理出水、總出水）采集樣品，利用四級(jí)桿飛行時(shí)間質(zhì)譜儀（安捷倫 6540 Q-TOF/MS）進(jìn)行檢測(cè)。

“我們先通過(guò) MS-DIAL 軟件從樣品中提取分子特征，共得到 1262 個(gè)正極分子特征和 2078 個(gè)負(fù)極分子特征；再用 MS-CleanR 軟件過(guò)濾冗余數(shù)據(jù)，減少假陽(yáng)性干擾；最后通過(guò) MS-FINDER 軟件結(jié)合多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)識(shí)別，并經(jīng)人工核查確認(rèn)。” 李彧博介紹，這套流程最終從復(fù)雜數(shù)據(jù)中精準(zhǔn)識(shí)別出 710 種化合物，涵蓋藥物、化工原料、人體代謝產(chǎn)物等多個(gè)類(lèi)別，充分體現(xiàn)了污水成分的復(fù)雜性。

為進(jìn)一步追蹤新污染物的轉(zhuǎn)化規(guī)律，團(tuán)隊(duì)還引入分子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：以高風(fēng)險(xiǎn)污染物為中心節(jié)點(diǎn)，通過(guò)分析二級(jí)質(zhì)譜相似性，構(gòu)建分子關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。例如，在分析間甲基苯酚（一種具有長(zhǎng)期水生生物毒性的污染物）時(shí)，發(fā)現(xiàn)與其結(jié)構(gòu)相似的 6 個(gè)分子特征中，有 1 個(gè)分子特征（Neg-1187）的信號(hào)強(qiáng)度變化與其呈顯著正相關(guān)（斯皮爾曼相關(guān)系數(shù) 0.829），推測(cè)可能為其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，為后續(xù)研究污染物遷移路徑提供了重要線索。

5類(lèi)高風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)浮出水面

總出水仍存轉(zhuǎn)化產(chǎn)物風(fēng)險(xiǎn)

通過(guò)比對(duì) PubChem 網(wǎng)站的環(huán)境與健康風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)，團(tuán)隊(duì)從檢索分?jǐn)?shù)較高（＞6.0 分）的化合物中，鎖定了 5 類(lèi)帶有危險(xiǎn)性標(biāo)記的高風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)，分別為：

• 植物鞘氨醇（CAS 號(hào)：554-62-1）：一種常用于護(hù)膚品、護(hù)發(fā)素的磷脂類(lèi)物質(zhì)，對(duì)水生生物毒性強(qiáng)，且以往監(jiān)測(cè)研究較少；

• 3 - 甲基 - 2 - 氧丁酸（CAS 號(hào)：759-05-7）：大腸桿菌中泛酸的前體，具有較強(qiáng)腐蝕性；

• 鄰苯二酚（CAS 號(hào)：120-80-9）：廣泛用于照相顯影劑、橡膠抗氧化劑等，具有急性毒性和致癌性；

• 間甲基苯酚（CAS 號(hào)：108-39-4）：主要用于合成樹(shù)脂、消毒劑，對(duì)水生生物有長(zhǎng)期危害；

• 尼古?。–AS 號(hào)：54-11-5）：可作醫(yī)藥原料及殺蟲(chóng)劑，對(duì)水生生物兼具急性與長(zhǎng)期毒性。

研究還發(fā)現(xiàn)，部分污染物及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物在污水處理過(guò)程中濃度波動(dòng)明顯。例如，植物鞘氨醇在初沉池出水中濃度降至總進(jìn)水的一半，但在生反池出水后又大幅上升，最終在總出水中仍保持較高水平；間甲基苯酚在生反池出水中信號(hào)強(qiáng)度顯著提升，其關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)化產(chǎn)物濃度也同步上升。這表明，即使經(jīng)過(guò)多環(huán)節(jié)處理，部分高風(fēng)險(xiǎn)新污染物的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物仍可能隨尾水排放，需進(jìn)一步優(yōu)化處理工藝。

技術(shù)成果為新污染物治理 “鋪路”

行業(yè)可查期刊獲取詳情

此次研究不僅建立了高效的新污染物非靶向篩查方法，更首次系統(tǒng)揭示了上海某大型污水處理廠新污染物的賦存與轉(zhuǎn)化規(guī)律?！?strong>未來(lái)可基于這套技術(shù)，進(jìn)一步擴(kuò)大篩查范圍，明確更多新污染物的來(lái)源與遷移路徑，為針對(duì)性制定治理方案提供依據(jù)。”

目前，該研究的完整技術(shù)細(xì)節(jié)與數(shù)據(jù)已發(fā)表于《凈水技術(shù)》2025 年第 6 期，更多行業(yè)從業(yè)者與科研人員可登錄《凈水技術(shù)》官方網(wǎng)址www.jsjs1982.com查詢?nèi)?，也可關(guān)注 “凈水技術(shù)” 微信訂閱號(hào)，獲取期刊最新刊文動(dòng)態(tài)、新污染物治理前沿資訊及行業(yè)技術(shù)交流信息，共同推動(dòng)水環(huán)境新污染物防控領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。

2025年第6期

編輯：原文來(lái)自《凈水技術(shù)》2025年第6期，本文由AI輔助生成。

排版：《凈水技術(shù)》編輯 李濱妤

校對(duì)：《凈水技術(shù)》社長(zhǎng)/執(zhí)行主編 阮辰旼

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