“国际化学年在中国”报告会——水环境污染与新型化学污染物

江桂斌　中国科学院院士　中国科学院生态环境研究中心研究员

各位老师、同学下午好，非常高兴有这样的机会给大家汇报这样的题目，“水环境污染与新型化学污染物”。我今天的演讲并不能回答化学、化学家怎么来解决环境问题，这是一个太大的课题，但是通过我的介绍，希望让大家了解一些我们国家水环境污染比较粗浅的一些现状。同时，让大家了解我们作为环境化学，作为环境科学这个领域的工作者，我们在思考哪些问题，我们在做哪些研究，这些研究最终会为我国制定政策环境保护的策略提供科学的依据。同时，为全人类了解环境污染的规律，保护人类的健康作出一些工作。

今天的报告分四个部分，首先谈一下我国水环境污染的现状，让我讲水污染这是一个命题作文，让我自己选择的话我肯定不会选择的，因为我并不是做水，气和生物，因为环境污染是密不可分的，大气污染会传导水，会造成生物影响。谈到环境污染，我国的生态环境基本面临这样四个方面的问题，我国是缺水的国家，我国的水资源不足，水资源分布不均匀，水资源的利用率很低，尽管我们的水并不丰富，但是利用率很低。第三，水质污染严重，包括化学污染，同时，水生态系统退化，大江，大河，湖泊的功能在退化。我国有669个城市，400个城市供水不足，110个城市严重缺水。很多大江大河断流，从1972年开始，1997年有226天，差不多三分之二的时间断流。湖泊在过去的几十年当中总面积减少了20%，地下水位下降，2007年全国有区域地下水降落漏斗212个，许多地区地面下沉，海水倒灌等现象。时空分布不均匀，南多北少，南部的江河多一些，东多西少，与人口，耕地，矿产等资源分配完全不匹配。

水资源的利用非常低，我们有一个统计，万元GDP用水量是世界平均水平的四倍，美国的八倍，尽管美国的水资源比较丰富，但是万元利用率是非常低的，灌溉用水是0.3到0.4，发达国家是0.7到0.8。工业万元产值用水量是103立方米，是发达国家的10到20倍，工业用水重复利用率只有40%左右。城市生活用水浪费也很严重。

尽管我们的水并不多，但是水的质量并不高，2007年七大水系一到三类的水只有49.9%，六到五类的有四分之一多。湖泊的水平是很差的，六类是35%，水质的情况是比较差的。第四方面水生态系统退化，水体富营养化，沉水植物，浮水植物，挺水植物以及低栖生物的种类大幅度减少，生物量降低，生物多样性减少，众多珍惜水生生物减少。天然湿地面积减少，功能下降甚至丧失。水质与化学品相关，今天谈到水质的问题，谈到水污染的问题，有的人讲是因为化学工业的发展，很多的化学品排放到水体中，这个问题实际上并不是这样客观。因为水体本身如果没有化学工业的发展，水体本身因为有地球，雨水冲刷，微生物的作用也会造成污染的问题。我们要分成两类，一类是由于人为的污染造成的，另外是由于自然的因素。地球上比较发达的国家，比如日本的环境保护做得非常好，美国和欧洲这些地方是做得不错的，但是他们的环境问题照样存在，为什么照样存在，尽管他们的污染物排放量有很好的控制还解决不了这个问题，环境污染有一定的规律，一方面受到自然因素的影响，一方面在低剂量的情况下有很大的效应，我们的环境非常糟糕，再过20年我们的水变清，天变蓝以后，是否还会不会有城镇污染的问题，我可以负责任的回答大家，那个时候还会有污染的问题，问题有不同的表现侧面，不见得比现在不复杂。这是一个很重要的任务，但这是一个法规的问题。

现在排放到环境中，水环境中的一些污染物的分类，如果按照挥发的程度分为三类，一类是不挥发的，重金属，离子化合物，表面活性剂，还有一类是室内空气污染大气污染物，还有持久性有机污染物。今天用三个例子介绍一下目前我国所面临的问题。

人为的排放和次要因素的，砷污染达到75ppb的时候会造成皮肤损伤，造成皮肤癌等疾病，全世界很多国家都面临着地下水，饮用水中的砷污染，南美的智利，欧洲的匈牙利，泰国，中国的台湾，都是地下水砷污染比较重的地区。我国从1994年把砷中毒列为重点防治的地方病进行关注，在全国开展了普查。目前十几个省、自治区发现了饮用水中的砷中毒，1500万人口，2万多村庄，5%的地下水当中的砷含量超过50ppb。介于这方面的工作我们与瑞士合作绘制了分布图，我国的新疆、吉林、辽宁、宁夏、陕西、内蒙砷超标比较严重。砷的污染是自然污染，工业生产硫酸会江河的污染，第二个我讲汞的问题，存在自然源和人为源。我国存在三个方面，燃煤的汞排放，工业生产的灯管，电池等等。土法练金，这是汞面临着比较大的问题，我国汞排放比较高的地方，比如贵阳，从汞矿来讲占我国的75%。汞的严重性来讲，非洲和澳大利亚有增加，欧洲降的很快，北美降得比较慢，增量最大的是亚洲，占到全球汞排放56%，中国是一个很大的贡献国。冶金的问题在我国是比较严重的，这个图不是我国的，是坦桑尼亚的一个图，我国存在类似的问题，一会儿杨教授会讲稀土，土地法冶金的过程会造成很大的影响，我国很多地区也存在这样的问题。汞的问题对人类有严峻的教训，水俣病在日本50年代开始，使用二氯化酚，产生了甲基化的现象，造成了神经疾病。2003年去水俣湾参观，这里得非常漂亮，已经填了几十米高，下面还有很高的甲基汞，2006年已经有了纪念水俣病的纪念碑。水俣病研究所负责看管现在的水俣病儿童，他们是水俣病胎儿，将近50岁的年龄，但是神经都有问题。这是在汞方面一个非常严峻的教训，我国在70年代有这样的苗头，我们采取了有效的控制，使水俣病在中国没有发生。关于汞的问题在谈判全球汞协议，大概在2013年会签字，我们会在7月参加讨论汞的问题。

以自然源为主的，汞是人为源和自然源共同作用的结果，有机污染物主要是5亿排放所造成的。有机污染物有四大特点，很难降解，可以长距离的迁移，世界任何一个地方都可以发现一些污染物，可以生物有机放大，水体当中的含量可以很低，到了高等生物体内累计倍数可以上百万的增加，可以致癌，致畸，致突变。这些问题受到了全球非常大的关注，从科学来讲这些污染物的结果非常复杂，二恶英201种，多氯联苯209种。从公众来讲非常关注垃圾焚烧过程中二恶英的排放。由于这些驱动力，联合国斯德哥尔摩公约针对这些物质专门签署了一个公约，2004年我国人大常委会在11月批准，我国加入这样一个公约，在全球范围内要限制12利污染物，包括二恶英等等。随着科学研究不断的推进，大家发现了在我们的环境当中使用了十年，五年，甚至是两年的化学品，发现有一些在环境当中存在的现象，在水体中存在，在生物体中存在，被称之为新型化学污染物。

中国饮用水是氯气消毒，饮用水的副产物是很多的，欧美用二氧化氯消毒，饮用水中也可以找到一千多种致癌物。第二类是个人护理产品和抗菌剂，我们使用的四环素，一些激素类的化合物四千多类，是一个很大的家族，已经引起了全球的关注。全氟化合物，溴代阻燃剂，短链氯化石蜡，农药降解产物，藻毒素，高氯酸，大气新污染物，纳米污染物。这些都是新型污染物，这些产量并不是太大，即便是不太高的产量我们也是全球最高的，溴代阻燃剂每年的产量很高，短链氯化石蜡有130多个工厂。联合国斯德哥尔摩公约是开放式的公约，2009年5月有9种化合物加入限制条约，牵扯到我国100多加工厂，可能会在明年或者是后年受限。做这方面的工作是国家的需求，也是为了保护我们的健康。举个例子来说全氟化合物的毒性并不是很高，与二恶英相比等于是没有毒的，为什么要同意限制它，因为这样的化合物在血液当中每时每刻在提高，在环境当中，包括珠峰这种地方都在提高，如果有一天我们发现这些污染物在体内跟某个物质结合是不可逆转的，所以我们要限制这些污染物。这是国家需求，另外一个是我们现在为什么要做这些事情。还有一些污染物跟暴光率很高的污染物不是一样的，这些化合物是政策范围内的事情，不能说没有科学的问题，但是科学问题比较简单，法规的方面做得不是太好，造成了这类污染物产生了很多的影响，这是我们需要清楚理解的问题。

第二方面简单的谈一下我们目前做的事情，我们的分析方法，二恶英这样的物质很难分析，我们需要大量的建高分辨基础实验室，需要经过质量认定认可的，我们现在的数据是非常准确的数据，这是我们做研究所必需的。复杂环境的样品，无论是水体，大气，生物体要有很好的方法，现在的技术可以为我们提供很好的技术依据，像纳米材料等等，现在这些方法慢慢的通过科学家的研究，也可能成为标准和方法。

第三，关于生物质生物，评价水体是健康还是不健康的，我们需要发现很多的东西，是生态毒理学要研究的范畴。第四，鱼的模型，水体的研究鱼类模型非常重要，常用的鱼类模型有三种，一个是斑马鱼，成熟期就是两三个月，可以大量的用于试验，还有日本的一种鱼，还有我国的一种鱼。关于生物累计方面，水体当中含量是很低的，但是在生物体就是很高的，生物累积的速度取决于代谢的速度，取决于环境的温度。我们要研究化学污染物长距离的迁移，我自己是非常有幸去过南极、北极，珠峰，一周前刚从珠峰回来，我们到那里不是去玩，因为污染物有长距离迁移的特点，希望在三极地区建立联系，解释污染物在全球迁移的研究，我们积累了很多的数据，比如在北极PFOS化合物是很轻的，在北极有很高的含量，高等的生物含量更高。要考虑生物体内的代谢问题，是目前所做的工作，我们的出发点是污染物，要建立不同的生物体内的代谢情况，有的污染物本身的毒性不是很高，但是代谢的产物毒性是很高的。

考虑降解的问题，现在有很多方法，催化的方法可以使污染物降解，我们考虑降解的时候必须要考虑中间体，2009年被联合国斯德哥尔摩公约限制的，这是全溴饱和的，在生物体内很少有累积的现象，毒性比较低，如果采用不恰当的方法降解可能会产生很大的毒性化合物。

大家要考虑污染物，尤其是对儿童，污染物暴露对儿童的影响有多大，我们要特别慎重的考虑神经的毒性，体内不同碳的结合，这个数据表明了化合物对神经的生长发育都是有影响的，尽管我们的暴露量是比较大的。利用新技术在环境科学领域，充分的利用化学家所创造的物理学家创造的新技术，新方法解释微观的机制，我们用同位素的技术提高环境科学研究水平，从哪来的，到哪去的，过程也是非常重要。这是我们目前所做的十个方面的工作，基本是这个方面的前沿工作。

水污染的控制有五个方面，污染源的控制很重要，有物理的方法，化学的方法，生物的方法，这些方法都是比较有效的，但是大面积的推广比较困难，所以说控制比较重要。物理法，化学法，生物化学的方法都是非常有效，建立长期的机制还是存在问题的。可以把污染物的降解当中，在源控制当中发挥一定的作用。生态修复技术是一个长期的技术，通过生态的修复可以为我们做很多的工作，用化学和生物，物理的方法做不到的方法。我们发明了多水塘体系，是目前比较提倡的生态技术。综合治理的技术，考虑恢复，排放和降解。水的应急处理技术，我国最近几年不断的出现水污染的事件，污染物应急是三个方面，第一个是偶然的人为的因素，主要工业的排放。第二是突发性的自然灾害，会造成大规模的生态灾难。第三是污染物的长期累积造成的污染事件，就是化学定时炸弹，当炸弹爆炸的时候会出现严重的问题。

最后谈几点思考，我们要在国家层面有严格的法规控制水污染，这块我们做得是不够的，尽管我们有水专项，做了一百多亿，但是收效甚微，与我们的心里想象的高度还有很大的差距。要正确的评价我们的工作，不能乐观的工作，也不能盲目的乐观，这是我国工业经济发展的过程，要尽量的缩短这个过程，要都可持续发展的道路。第五方面从国家的层面，我们是九龙治水，这是一个很大的问题，水利部负责一块，城乡建设保护部负责一块，海洋局管海洋，环保部管的不知道是哪一块，所以说九龙治水是很大的问题。资源共享，信息共享，人才共享都做得不好，如果这些问题解决了，我国的水污染治理工作会有突飞猛进的发展。我就汇报这么多，谢谢大家。