讓所有人喝上放心水

胡敬

飲用水水質(zhì)安全是關系國計民生的大問題，因此對于它的研究一直是環(huán)境科學工程領域的一個前沿方向。天然源風險物質(zhì)在環(huán)境中的廣泛存在，大大影響了飲用水的水質(zhì)，對人體健康構(gòu)成了極大的危害，已成為全球飲用水安全管理的重要對象。藻源物質(zhì)、天然有機物消毒副產(chǎn)物、砷氟這些重要的天然源風險物質(zhì)，種類繁多、組成復雜，很難通過環(huán)境管理從源頭上予以控制，因此對于這些物質(zhì)的識別和調(diào)控一直是飲用水安全保障的一大難題。

而來自中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心的楊敏團隊以獨特的視角，系統(tǒng)開展了關于藻類代謝物、天然有機物消毒副產(chǎn)物、砷氟等天然源風險物質(zhì)的識別、轉(zhuǎn)化和調(diào)控研究，并且已取得了若干重要的成果。

為水質(zhì)風險管控獻策

2017年，對于他們來說又是一個豐收年。項目“飲用水天然源風險物質(zhì)的識別、轉(zhuǎn)化與調(diào)控機制”成功入圍2017年度國家自然科學獎二等獎最終角逐的消息傳來后，團隊里的每個成員都振奮不已。

在獲獎項目中，圍繞飲用水天然源風險物質(zhì)的識別、形成機制及控制原理等關鍵科學問題，他們開展了系統(tǒng)深入的研究，并取得了一系列創(chuàng)新型成果。

在有關藻源致畸性維甲酸類物質(zhì)的環(huán)境問題研究中，他們在國際上首次發(fā)布了維甲酸類物質(zhì)的環(huán)境污染情況，證明了水華微囊藻是產(chǎn)生維甲酸類物質(zhì)的主要藻種，并揭示了維甲酸類物質(zhì)的生成規(guī)律，推動了國際上對藻源風險物質(zhì)的認知。

2007年的無錫飲用水嗅味事件，曾引發(fā)了罕見的供水危機，造成了嚴重的社會影響。通過對此事件的深入調(diào)查與研究，團隊在國內(nèi)率先建立了系統(tǒng)的飲用水嗅味評價與物質(zhì)鑒定方法。鑒別出了太湖嗅味事件的主要嗅味類型為腥臭味，識別出了關鍵致嗅物為藻源二甲基三硫等硫醚類物質(zhì)，相關成果已在Science上發(fā)表。

在關于砷氟等天然源風險物質(zhì)的識別研究中，他們提出了基于復合金屬氧化物吸附的砷氟強化去除原理，發(fā)現(xiàn)了鈰元素顯著增強鐵基氧化物的表面異質(zhì)性和羥基活性位密度的現(xiàn)象，揭示了砷、氟在鐵基復合金屬氧化物界面的電荷分布多位絡合吸附機制，這一機制顯著提升了pH中性條件下砷氟吸附的去除效率。

此外，經(jīng)過長期努力和深入探索，團隊還拓展了飲用水消毒副產(chǎn)物的研究領域，創(chuàng)建了全新的，研究高度復雜天然有機物及其消毒副產(chǎn)物分子組成的超高分辨質(zhì)譜方法，并發(fā)現(xiàn)了飲用水中1000種新型消毒副產(chǎn)物，詮釋了混凝在去除消毒副產(chǎn)物前驅(qū)體上的關鍵作用，證明了Keggin結(jié)構(gòu)的羥基納米聚合鋁十三具有高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而進一步揭示了消毒副產(chǎn)物控制的羥基納米聚合鋁十三強化混凝原理。

目前，基于該項目，團隊發(fā)表的論文已達105篇，其中包括Science論文1篇、PNAS 1篇。此外在環(huán)境領域最有影響的刊物Environ.Sci.Technol.和Water Res.上也分別發(fā)表論文21篇和30篇。相關成果曾獲得國際水協(xié)會全球創(chuàng)新獎，共獲國家發(fā)明專利授權6件和美國發(fā)明專利1件。作為第一完成人，楊敏自2014年以來多次被評為Elsevier高被引學者，其團隊中也有兩人獲得了國家杰出青年科學基金的資助。

楊敏領銜開展的一系列關于天然源風險物質(zhì)的研究，為保障飲用水的安全，提供了重要的理論和技術基礎，同時也推動了環(huán)境科學與工程學科的發(fā)展和飲用水行業(yè)的技術進步，更為政府的飲用水水質(zhì)風險管理提供了重要的理論與技術支撐。

配合默契的超強團隊

談起項目取得的成績，楊敏覺得這一切應歸功于團隊全體成員的努力。由楊敏、張昱、王東升、張海峰、巫曉琴5人構(gòu)成的團隊，在楊敏的帶領下，分工明確、配合默契，在各自負責的部分開展了堅持不懈的探索。

作為團隊的靈魂人物，楊敏是項目的總體設計者，在研究中他發(fā)現(xiàn)了硫醚類物質(zhì)是另一類重要的藻源致嗅物質(zhì)，就此拓寬了藻源風險物質(zhì)的研究領域，并開創(chuàng)了在分子水平上對天然有機物在飲用水水處理過程中的轉(zhuǎn)化機制研究。他的研究，為我國的飲用水安全保障提供了重要的技術支撐。

張昱研究員和王東升研究員，是楊敏在中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心的同事，他們從2003年起就參與到了項目的研究中，對于項目成果的獲得，他們也做出了各自的貢獻。

張昱的貢獻在于，揭示了天然源有害陰離子在鐵基復合金屬氧化物上的絡合吸附機制，提出了引入過渡金屬鈰增強吸附材料表面異質(zhì)性和活性位密度、以及引入高零電荷點物種鋁氧化物拓寬吸附材料適用pH范圍的復合金屬氧化物界面調(diào)控原理。

王東升則提出了天然有機物優(yōu)化去除的混凝調(diào)控技術，闡明了基于具有高正電荷和亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的水合羥基納米聚合鋁十三的強化去除天然有機物的混凝原理，突破了以往基于混凝劑投量增加的固有強化混凝思路，推動了納米聚合鋁十三在國內(nèi)的工程應用。

而團隊的另兩位成員中，張海峰作為楊敏的研究生，從2009年開始就參與到項目的研究中，2012年畢業(yè)留所后，他仍選擇了繼續(xù)投入其中。他的貢獻在于，創(chuàng)建了研究高度復雜天然有機物及其消毒副產(chǎn)物分子組成的超高分辨質(zhì)譜方法，發(fā)現(xiàn)了飲用水中上千種新型極性消毒副產(chǎn)物，闡明了天然有機物消毒副產(chǎn)物的分子轉(zhuǎn)化規(guī)律。

另一位則是來自北京大學的巫曉琴，她曾作為研究骨干參加了楊敏負責的水專項課題“飲用水水質(zhì)風險評價方法及應用研究”及中日合作項目“環(huán)境負荷削減及高安全水處理技術系統(tǒng)的研究開發(fā)”。2007年至2011年間，巫曉琴參與到了獲獎項目的研究中，她的貢獻是在國際上首次報道了藻源維甲酸類物質(zhì)的環(huán)境污染，證明了藍藻是產(chǎn)生維甲酸類物質(zhì)的主要藻種，揭示了維甲酸類物質(zhì)的生成規(guī)律。

除以上貢獻外，他們還作為第一、主要或通訊作者分別發(fā)表了相關的研究論文，并引起了國內(nèi)外的廣泛關注。

楊敏告訴記者：“能夠入圍2017年度國家自然科學獎二等獎，離不開這支優(yōu)秀的團隊，更離不開所有為這個項目做出過貢獻的組織和個人。環(huán)境科學研究的系統(tǒng)性和復雜性，決定了完成如此龐雜的任務，單憑我們5個人的力量是遠遠不夠的。成果和獎項的獲得，也凝聚了我的工作單位——中國科學院飲用水科學與技術重點實驗室的一份力量?！?/p>

作為中國科學院唯一專門從事飲用水安全保障研究的重點實驗室，飲用水科學與技術重點實驗室突破了傳統(tǒng)的以有限指標控制為目標的水質(zhì)安全保障理論和工藝技術局限，創(chuàng)建了以風險控制為目標的水質(zhì)基準與標準制定、污染控制與水質(zhì)凈化的全新理論和技術體系。形成了從基礎到應用、從工程到管理、從水源到末端全方位的科技創(chuàng)新布局，為持續(xù)提升我國水質(zhì)安全保障能力提供了不可替代的科技支撐。

特別是實驗室擁有各類大中型現(xiàn)代化儀器設備，更使它成為國內(nèi)飲用水研究領域支撐系統(tǒng)最健全和研發(fā)能力最強的實驗室。正是在實驗室的水質(zhì)分析測試儀器平臺、毒理與分子生物學實驗平臺、模擬實驗及自主研發(fā)平臺這些優(yōu)質(zhì)平臺的助力下，團隊的研究才得以順利開展，并取得了一系列重要的成果。

未來，他們將繼續(xù)依托中國科學院飲用水科學與技術重點實驗室這個優(yōu)質(zhì)平臺，加強國際交流與合作，為飲用水安全多一層保障貢獻屬于自己的一份力量。