科学通报|基于碳中和的微污染复杂水体治理与修复

由于微污染物来源广泛且缺乏管理限制，随着水环境中检出的微污染物种类越来越多，尤其是相当数量的对生态系统和人体健康具有极大潜在危害的新微污染物的发现，水体微污染问题已逐渐成为全球关注的焦点和热点，亟待解决。

然而，微污染物在水中的浓度极低，且种类繁多，特性各异，难以生物降解，从而对其治理修复技术提出了很大的挑战。特别是，已有研究表明，我国2009~2019年间水处理产生的温室气体强度平均增长了17.2%。可见，为了实现“双碳”目标，对污染水体治理修复技术提出了更高的要求。

近日，南开大学周启星教授课题组在《科学通报》发表了题为“基于碳中和的微污染复杂水体治理与修复”的综述论文，对“复杂水体”这一新概念及其内涵进行了定义和举例说明，概述了水体特别是复杂水体中发生的微污染现象及其主要新微污染物种类，总结了微污染复杂水体治理与修复相关技术的最新进展，提出了基于碳中和的策略与方案（图1）。最后，展望了今后研究重点和发展方向。

图1 基于碳中和的微污染复杂水体治理与修复的策略与方案

为了促进水体微污染问题的系统研究与根治，进而为改善水生生态系统、提升饮用水安全和实现碳中和目标奠定科学基础，本文提出了基于碳中和的微污染复杂水体治理与修复的4种模式（ 图2 ）：

（1）纯技术创新模式，即研发零温室气体排放的新型物理化学处理技术、高级氧化技术和生物处理技术及其联合/协同处理技术。资料显示，现有技术目前大多产物最终是CO2。为了解决这个难题，必须通过整体技术创新，使未来的技术改变目前这种状况。

（2）以改变微生物功能（捕获温室气体）或增强绿色植物光合作用的潜能为主导的模式。捕获温室气体或进行光合作用的微生物种类很多，包括蓝藻、绿色细菌、光合硫杆菌和古菌等，需要对它们的光合功能进一步开发和强化；绿色植物的光合作用也有进一步挖掘的潜力，需要加强这方面的研究。还可以利用变形菌、革兰阳性菌和同型产乙酸细菌最终产物为乙酸的机制，使碳不排放进入大气。

（3）现有污水处理技术耦合生态碳汇增强的模式。通过增强生态系统碳汇能力和负碳功能，构建碳中和生物固碳减排生态体系，并与现有污水处理技术相耦合。

（4）基于生态修复的综合利用模式。在解决复杂水体中微污染物的过程中，要实现低碳环保，需从源头减少微污染物的产生做起，从工艺优化微污染物的去除效果，到回收利用实现微污染物的资源化和能源化。

图2 基于碳中和的微污染复杂水体治理与修复模式

南开大学周启星教授为本文的通讯作者，硕士生程思雯同学和王鹏飞老师为本文的共同第一作者。该工作受到了科技部、基金委的支持。

程思雯, 王鹏飞, 周启星*. 基于碳中和的微污染复杂水体治理与修复. 科学通报, 2024, 69(19): 2789–2803,

https://doi.org/10.1360/TB-2024-0128

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