环境中的有机微污染物：文献综述

《Journal of Geochemical Exploration》：Organic micropollutants in the environment: A literature review

有机微污染物（OMPs）的慢性暴露对生态系统和人类健康构成重大威胁，其来源包括工业排放、农业活动和城市废水，具有持久性和生物累积性。当前研究存在定量数据不足、治理技术效能有限等问题，需发展高灵敏度检测方法和多营养级风险评估框架。

　　

安克希塔·钱德尔（Ankita Chandel）| 哈琳·考尔（Harleen Kaur）| 阿希什·夏尔马（Ashish Sharma）| 维诺德·库马尔（Vinod Kumar）

印度旁遮普邦贾兰达尔市DAV大学植物学与环境科学系，邮编144021

摘要

尽管在环境相关浓度下急性毒性较为罕见，但长期暴露于有机微污染物（OMPs）对全球生态系统构成了严重且普遍的威胁。本综述全面总结了OMPs的相关信息，包括其来源、分类、在环境中的存在情况以及对生态完整性和人类健康的潜在不良影响。特别强调了这些污染物在陆地和水生植物中的生物累积和生物放大机制，以及由此带来的人类暴露途径和健康风险。目前，在全球OMPs的生产量、释放率以及现有修复技术的实际应用效果方面，定量数据极为有限，这严重限制了环境风险评估的准确性。为应对这些挑战，未来的研究应优先开发和推广高度敏感且可靠的分析方法，并建立公开透明的数据集，详细记录OMPs的使用模式、环境持久性和传输动态。此外，我们强烈呼吁紧急实施多营养级环境风险评估（ERA）框架——类似于用于合成杀虫剂的评估框架，以全面评估生理活性OMPs及其转化产物所带来的复杂风险。如果不解决这些关键问题，必然会对环境可持续性和公共健康产生深远影响。

引言

近几十年来，快速的城市化和工业扩张导致了大量化学物质的产生和释放，其中许多物质对环境完整性、生物多样性和人类健康构成了严重威胁（Gawryluk等人，2022年）。因此，几乎所有环境介质——空气、水、土壤和生物群落——都受到了各种有毒有机微污染物（TOMPs）和持久性有机污染物（POPs）的污染，这些污染物主要来源于工业排放、废水排放和广泛的人类活动（Gawryluk等人，2022年）。多项全球研究表明，这些物质对食物链中不同层次的生物具有有害影响（Ahn等人，2022年）。长期暴露于OMPs会扰乱内分泌系统，导致鱼类雌性化（例如卵睾形成），以及多营养级两栖动物和无脊椎动物数量的下降（Ahn等人，2022年）。有机微污染物（OMPs）在环境中的浓度通常很低（μg–pg/L或kg^?1），但即便在这种低浓度下，它们仍能产生显著的生态和毒理学效应（Bertram等人，2022年）。由于人类活动导致的这些化合物持续释放，已成为最紧迫的全球环境问题之一（Sanchez-Huerta等人，2024年）。OMPs通过点源和非点源进入环境系统。点源包括污水处理厂（WWTP）排放物以及未经处理的家庭或工业污水，这些污水会流入河流、湖泊和沿海水域。非点源包括农业径流、公路和城市地表径流、屋顶排水系统，以及农药、除草剂和杀菌剂的意外扩散，这些因素共同污染了土壤、地下水和地表水。由于OMPs来源多样且具有不同的物理化学性质，它们广泛分布于水生、陆地和大气环境中（El Hammoudani等人，2024年）。

美国环境保护署（USEPA）已将许多有机微污染物列入候选污染物名单，以监测其存在情况、人类暴露途径和潜在的健康影响（Khanzada等人，2020年）。然而，由于分析检测方法的历史局限性，许多新兴OMPs的健康和生态后果仍知之甚少（Sanchez-Huerta等人，2024年）。OMPs包括多种用于不同目的的化学物质，它们进入环境后往往会导致各种生态成分的污染（Topolovec等人，2022年）。TOMPs是一类新发现的微污染物，由燃料燃烧不完全产生（Amar Jyoti等人，2024年）。这些物质被归类为持久性、生物累积性和有毒性（PBT）化学物质（Thakur和Ganguly，2022年）。有机微污染物（OMPs）包括多环芳烃（PAHs）、多氯联苯（PCBs）、多溴联苯醚（PBDEs）、多氯二苯并二噁英（PCDDs）和多氯二苯并呋喃（PCDFs）等（Jones，2021年）。由于它们具有抗生物和非生物降解性（Vallero等人，2023年），持久性有机污染物（POPs）会在空气中、土壤中、沉积物中和生物体内长期存在（Aniefiok等人，2024年）。即使在微量浓度下，OMPs作为复杂混合物或转化产物存在时，也可能产生协同或叠加的毒性效应（Aniefiok等人，2024年）。近年来，长期暴露于这些微污染物可能导致糖尿病、肥胖、激素失调、癌症和生殖问题的发病率上升（Gautam和Anbumani，2020年）。这些OMPs的复杂性使得它们难以分解或改变，其在生态系统中的持久性受多种因素影响，如生物累积和生物放大作用（Gautam和Anbumani，2020年）。污水处理设施（WWTPs）在减少新兴污染物（ECs）的排放方面发挥着关键作用，其中许多污染物与OMPs重叠（Khan等人，2021年）。然而，传统处理工艺并未专门设计用于去除这些化合物，导致它们继续排放到地表水和地下水中（Rout等人，2021年）。缺乏针对微污染物的标准化法规和处理指南进一步加剧了这一问题（Khan等人，2021年）。

生物过滤系统利用生物降解和生物转化等自然过程，结合物理去除方法来降低废水中的OMPs浓度（Ajaz等人，2024年）。然而，初级处理阶段的去除效率有限，且高度依赖于化合物的吸附行为和转化潜力（Wilkinson等人，2022年）。因此，当前的管理策略正从基于分离的技术转向以降解为主的方法，包括高级氧化过程（AOPs）、紫外线照射和UV/H₂O₂，这些方法常用于饮用水和废水处理中的OMPs降解（Wilkinson等人，2022年）。本综述的目的是对有机微污染物（OMPs）进行全面而最新的总结，超越以往零散的研究。综述旨在：系统地描述OMPs，重点关注有毒TOMPs和持久性有机污染物（POPs），探讨其来源、物理化学性质、持久性和环境行为；深入分析OMPs的环境归趋和健康风险，包括其在空气、水、土壤和生物系统中的传输、生物累积和生物放大作用；评估传统污水处理厂（WWTPs）在处理OMPs污染方面的局限性，并指出当前处理和监管框架中的关键差距；评估先进的、以降解为导向的处理策略，包括生物过滤和高级氧化过程（AOPs），并探讨最新的技术进展、挑战和未来研究方向。

部分摘录

人为和工业来源

包括发电、车辆尾气、石化加工、废物焚烧以及集约化的工业和农业活动在内的人为活动是有机微污染物（OMPs）产生和释放到环境中的主要驱动力（Ite等人，2024年）。这些活动将多种持久性和半挥发性有机化合物引入大气，其中许多化合物会发生长距离传输和二次转化，从而扩大了污染范围

有机微污染物的分类

对空气污染源进行分类对于理解其地理和时间分布至关重要，这最终决定了人群的暴露模式和健康风险（Yilmaz等人，2020年）。空气污染源大致分为三类：初级源、次级源和再排放源（Qiao等人，2022年）。初级源通过人为和自然活动（如化石燃料燃烧、工业操作）直接将污染物排放到大气中

有机微污染物的类型

有机微污染物（OMPs）是一组化学性质多样的污染物，包括阻燃剂、工业化学品、个人护理产品（PCPs）、农业化学品、多氯联苯（PCBs）、多溴联苯醚（PBDEs）、多氯二苯并二噁英和二苯并呋喃（PCDD/Fs）以及多环芳烃（PAHs）（图2）（Ijaz, Ahmed和Ahmed，2022a；Ijaz, Ahmed和Iftikhar Ahmad，2022b）。其中许多化合物

有机微污染物的环境归趋

由于有机微污染物（OMPs）及其所属的新兴污染物（CECs）的持久性和生物累积潜力，它们对生态系统和人类健康构成了重大威胁。OMPs的定义在于它们能够抵抗降解并在生物组织中积累，从而导致诸如生育能力下降、生殖健康问题、异常生长和神经发育迟缓等风险

有机微污染物的毒理学效应

这些污染物对生态系统具有负面影响，并对人类健康构成重大风险（Priyadarshanee等人，2022年）。有机微污染物（OMPs）是一组化学性质稳定的化合物，通常在环境中的浓度很低（ng/L–μg/L），但仍能产生明显的生物效应（Gautam和Anbumani，2020年）。OMPs主要通过市政和工业废水排放进入环境

有机微污染物的去除方法

从水中消除OMPs以及消毒副产物的产生决定了饮用水的质量（Haq和Raj，2018年）。可采用多种处理技术（如氧化、物理化学方法和生物方法）来去除OMPs（Ebrahimzadeh等人，2022年）。传统方法（如混凝沉淀）对极性OMPs（如磺胺甲噁唑）的去除效率较低，去除率通常低于10%（Haq等人，2019年）。然而

生物处理方法

生物处理方法利用活生物体或其代谢过程来分解和去除水、废水和环境中的新兴有机微污染物（EOMPs）（Filote等人，2021年）。这些方法主要依赖微生物（细菌、真菌和藻类）和高等生物（植物），它们可以通过酶促反应转化、矿化或固定EOMPs（Qin等人，2020年）。微生物降解通过有氧和厌氧途径进行

综述的局限性

尽管本综述对有机微污染物（OMPs）的行为和去除方法进行了多方面的总结，但仍需承认一些固有的局限性。主要限制在于现有文献中的地理和数据分布不均。关于OMPs的生产量、释放率和环境浓度的高分辨率数值数据主要集中在北美、欧洲和东亚部分地区。虽然本综述纳入了

结论

本文详细总结了有机微污染物（OMPs）的来源、环境持久性和处理技术。药物、工业化学品、个人护理产品和农药可以通过多种途径污染环境。由于它们的持久性和生物累积能力，海洋生物面临风险，而人类通过饮食摄入这些物质也会对健康产生不良影响。开发新型处理技术并提高对相关化学物质的认知至关重要

未来展望

未来的研究将致力于开发混合系统，例如将膜生物反应器与高级氧化过程（AOPs）结合，以实现高效去除OMPs并降低能耗。开发新型高亲和力吸附剂（如改性生物炭和金属有机框架MOFs），使其能够在复杂的水环境中有效发挥作用，也是关键的研究方向。最终目标是从单纯的物理分离方法转向能够实现完全去除污染的技术

作者贡献声明

安克希塔·钱德尔（Ankita Chandel）：撰写原始草稿。哈琳·考尔（Harleen Kaur）：撰写原始草稿并制定方法论。阿希什·夏尔马（Ashish Sharma）：监督写作和编辑工作。维诺德·库马尔（Vinod Kumar）：监督写作和编辑工作。

未引用的参考文献

Abu, Patchigolla和Simms, 2023

Aich等人，2025

Alagi?等人，2016

Ashfaq等人，2016

Carter, Armitage, Brooks, Nichols和Trapp, 2024

Ite和Ite, 2024

Kagalkar, Jadhav, Bapat和Govindwar, 2011

Kalita等人，2024

Khalid, Noman, Aqeel, Masood和Tufail, 2019a

Khalid, Noman, Aqeel, Masood和Tufail, 2019b

Li和Li, 2024

Martyniuk, Mehinto和Denslow, 2020

Miranda等人，2023

Osuoha, Anyanwu和Ejileugha, 2023

Thompson和Vijayan, 2022

Vasilachi, Asiminicesei, Fertu和Gavrilescu, 2021

Zheng等人

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。