《Journal of Hazardous Materials Advances》：Contaminants of Emerging Concern in Treated Wastewater: A Threat to Sustainable Agricultural Reuse?
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随着全球人口增长加剧了淡水资源压力，再生水的回用已成为可持续水资源管理的一项有前景的策略，尤其是在农业领域。然而，由于新兴关注污染物（contaminants of emerging concern，CECs）的存在，这一实践正面临日益严峻的挑战。CECs是一
随着全球人口增长加剧了淡水资源压力，再生水的回用已成为可持续水资源管理的一项有前景的策略，尤其是在农业领域。然而，由于新兴关注污染物（contaminants of emerging concern，CECs）的存在，这一实践正面临日益严峻的挑战。CECs是一类多样化的天然和人为物质，涵盖药物、个人护理产品、激素、非法药物、农药、工业化学品、微塑料和纳米材料等。尽管这些化合物通常以低浓度存在，其中许多可通过常规处理工艺持续残留，对环境和人类健康构成风险。本综述批判性地审视了废水中CECs的存在状况、分类及其变异性，重点阐述了再生水回用于农业灌溉后CECs在水-土壤-植物体系中的归趋与动态变化，并讨论了其生态学和毒理学意义。综述进一步强调，亟需建立强有力的监测计划、完善风险评估方法、实施源头削减策略，并构建适应性监管框架，以有效管理和缓解再生废水中痕量CECs用于食品生产所带来的风险。上述措施旨在支持再生水在农业中的安全可持续回用，确保长期的环境完整性和公众健康保护。
论文主体内容总结
1. 引言
全球人口持续增长加大了对日常必需品的需求，推动了化学品生产和使用的显著增加。据估计，全球注册化学品超过35万种，且每年新增数千种新物质。尽管许多化学品最终被释放到环境中，但识别新引入化合物是否为关注污染物通常需要多年的监测和评估。近年来，水系统中检测到的人类制造物质范围日益广泛，已报告超过700种化合物。这些物质因其对水生生物产生急性和慢性毒性、生物累积、栖息地退化、生物多样性丧失以及对人类健康的潜在风险而引起关注。CECs包括农药、化肥、药物、个人护理产品（PCPs）、家用材料、人造甜味剂、兴奋剂、非法药物、消毒剂、工业化学品、阻燃剂、表面活性剂、纳米材料和微塑料等多种物质。CECs主要通过废水排放和回用、城市和农业径流以及人类休闲活动直接进入环境。它们已被持续检测于环境中，水体是最受关注的研究基质。CECs具有潜在致癌性、毒性、内分泌干扰能力，并可能促进抗生素耐药性的增加。
人口增长和气候变化正在加剧水资源短缺和水质退化。农业消耗了全球72%的淡水，约48%的废水未经充分处理即排放到环境中。再生水回用作为缓解水资源压力和减少废水排放影响的策略已受到广泛关注，但全球仅有约11%的废水被有意回用。多项研究调查了废水中CECs的存在情况，涵盖污水处理厂（WWTPs）进水和出水中的存在、去除效率及潜在生态影响。这些研究一致报告常规处理对CECs的去除有限，通常低于60%，这取决于化合物、处理技术和条件。高级氧化技术（AOTs）常可实现≥80%的高去除效率，部分研究报告接近完全降解（约100%），但这些工艺受限于高能耗、运行成本以及潜在有毒转化产物的形成。然而，含有残留CECs的处理出水回用所带来的风险，特别是在农业应用中，仍未得到充分探索。
2. 文献综述方法
本半系统性文献综述遵循SALSA（Search, Appraisal, Synthesis, and Analysis）框架进行。第一项检索针对处理废水中CECs的存在情况，在Scopus数据库中使用特定检索式，限定2021至2024年开放获取出版物，最终纳入70篇符合标准的文章。研究的地理分布呈现广泛的国际代表性，欧洲（尤其是西班牙和意大利）占比最高，其次是亚洲和北美洲，而非洲、南美洲和大洋洲的代表性较低。第二项检索针对水-土壤-植物系统中CECs的转移和累积，检索2021至2025年间的研究论文，最终纳入15项符合标准的实地研究。符合条件的研究需评估使用含天然CECs的再生水灌溉的农业系统，并报告土壤和/或作物中CECs的定量测量结果。符合条件的研究数量相对较少，凸显了再生水灌溉土壤-作物系统中CECs存在和归趋的实地证据有限，亟需在真实农业条件下开展进一步研究。
3. 新兴关注污染物的存在：来源、途径、归趋与分布
CECs已在多个环境介质中被检测到，其普遍存在和化学多样性引发关注。持续使用、持续排放和低去除效率导致其假持久性，使其能够扩散到不同介质中。尽管大多数CECs在环境中通常以低浓度存在（每升几纳克至微克级），但它们常以多种污染物的复杂混合物形式出现。废水是众多人为来源污染物的主要环境通道。废水中检测到的主要CECs类别包括药物、激素、农药、个人护理产品（PCPs）和工业化学品。药物是废水中检测最多的CECs类别，涵盖抗生素、镇痛药、抗炎药、抗抑郁药和降糖药等多种治疗性化合物。超过50%的常用药物以代谢物而非母体化合物的形式排出。激素因其固有的生物活性而构成另一类重要的CECs。农药主要来源于农业实践，通过淋溶和雨水径流进入环境。PCPs包括紫外线（UV）过滤剂、香精、防腐剂和抗菌剂等多样化化学品。工业化学品涵盖增塑剂、表面活性剂、阻燃剂、全氟和多氟烷基物质（PFAS）及有机溶剂等。
CECs在环境介质中的归趋和分布取决于多种因素的复杂交互作用：消费和使用模式、个体理化性质、环境条件以及污水处理厂的去除效率。例如，2020年COVID-19疫情暴发以及心理健康问题增加和季节性疾病发生，显著促进了河流和废水中某些药物浓度的升高。安赛蜜和三氯蔗糖因其代谢惰性和高水溶性而在水环境中广泛存在，而甜蜜素则因其快速环境降解和较低消费水平而未被检出。河流流量作为自然稀释机制，可降低污染物浓度并导致时间变异性。春季农药浓度峰值归因于该季节农业活动的加强。
4. 废水中新兴关注污染物的去除
4.1 常规处理工艺
常规污水处理厂仍是全球城市污水处理的主导技术，但最初设计目标是去除悬浮固体、有机物和营养物质，而非CECs等痕量有机污染物。一级处理通过吸附和解析作用对CECs去除贡献有限。二级处理主要通过生物降解、吸附、光降解和水解实现CECs去除，其中生物降解是最有效的途径。三级处理包括氯化、紫外线（UV）辐射和过滤等，但对许多持久性CECs的额外去除有限。去除效率因污染物类别而异，取决于可生物降解性、疏水性、电离状态、分子结构和吸附亲和力等污染物特性，以及水力停留时间、污泥停留时间、微生物群落组成、温度等运行参数。易生物降解的药物如对乙酰氨基酚、布洛芬和萘普生可实现74%至99.9%的去除率，而文拉法辛、拉莫三嗪和曲马多等持久性化合物因可生物降解性有限，去除效率通常低于11%。PFAS仍是最难处理的污染物之一，不同化合物去除率差异显著。常规三级处理技术对许多持久性CECs的额外去除有限。欧盟通过了指令(EU) 2024/3019，引入四级处理要求，并确定了12种代表性微污染物用于评估处理去除效果，要求所选物质的平均去除效率至少达到80%。
4.2 先进废水处理策略
针对常规处理去除CECs效果有限的问题，吸附工艺、高级氧化技术（AOTs）、膜过滤及混合系统的研究力度不断加强。AOTs通过产生高活性物种（如硫酸根自由基和羟基自由基）来降解多种有机污染物。UV-based工艺对双氯芬酸、酮洛芬和阿替洛尔等药物具有良好去除效果（>95%），但高能耗和含汞UV灯管是其主要局限。光催化可利用太阳辐射作为能源，改性半导体催化剂如ZnO-Ce在45分钟内对双氯芬酸、磺胺甲噁唑和甲氧苄啶实现高达80%的去除效率，但存在催化剂回收和规模化等挑战。臭氧化是目前最成熟且在污水厂中应用最广泛的AOT，对多种CECs特别是药物类污染物表现出高去除效率，但可能形成溴酸盐等有毒转化产物。电化学氧化对双氯芬酸去除率达93.9%至99.3%，但高能耗和特定电极材料需求限制其大规模应用。纳滤材料、生物吸附剂和正渗透膜分离技术等新兴方法也展现出潜力。土壤含水层处理（SAT）结合管理型含水层回补与地下传输过程中的衰减机制，对阿替洛尔、环丙沙星和布洛芬等可实现接近100%的去除，而卡马西平、萘普生等较持久化合物仅部分去除。
