二、新兴污染物
新兴污染物（emerging contaminants）指的是目前确已存在、但尚无环保法律法规予以规定或规定不完善、危害生活和生态环境的所有在生产建设或者其他活动中产生的污染物。这类污染物在环境中存在或者已经大量使用多年，但一直没有相应法律法规监管，在发现其具有潜在有害效应时，它们已经以各种途径进入到全球范围内的各种环境介质如土壤、水体、大气中。由于新兴污染物具有很高的稳定性，在环境中往往难以降解并易于在生态系统中富集，因而在全球范围内均普遍存在，对生态系统中包括人类在内的各类生物均具有潜在的危害。新兴污染物的环境污染和生态毒性效应已成为全球所面临的重大环境问题之一。新兴污染物主要包括消毒副产物、环境激素、环境纳米污染物、药品与个人护理用品、新型致病微生物以及藻类和藻毒素等。
1.消毒副产物（disinfection by-products，DBPs）
自1974年发现，饮用水加氯消毒可以产生三卤甲烷（THMs）后，已经有大量的文献报道了这些消毒副产物的成分。据文献报道，氯消毒除产生三卤甲烷外，还可以生成卤乙酸（HAAs）、卤乙腈（HANs）、卤代酮类（HKs）、三氯乙醛/水合氯醛（CH）、三氯硝基甲烷/氯化苦（CP）、氯化腈、氯酚、甲醛、氯酸盐、亚氯酸盐、溴酸盐等。氯消毒后的主要副产物如表1.1所示。根据WTO的一些研究，到目前为止，DBPs已被公认为对动物具有致癌作用。国内也有一些试验表明，这些物质可能具有生殖毒性和致癌性。
表1.1 氯消毒后的主要DBPs
饮用水氯化消毒后的DBPs主要是THMs和HAAs。这两类消毒副产物不但浓度远远超过其余消毒副产物，而且其致癌风险也不断得到毒理学和生物学的证实。它们在饮用水中的浓度是否具有足够的相关性，能否用其中一类消毒副产物的浓度来推断另一类消毒副产物的浓度，一直是研究者关心的问题。
为了减少饮用水氯化消毒过程中THMs和HAAs等副产物的生成，许多供水企业开始尝试使用多种新型消毒剂取代氯化消毒或作为附加消毒剂，如采用臭氧消毒、二氧化氯或氯胺消毒、臭氧和紫外光联用消毒等。尽管这些新的消毒方法减少了THMs和HAAs等副产物的生成，但却导致了饮用水中DBPs成分谱发生改变，产生了一些新的DBPs，主要是溴化物和碘化物，其中最受关注的是溴硝基甲烷、溴化MX、碘代三氯甲烷、碘酸以及亚硝基二甲胺（NDMA）等。不同的消毒剂产生的DBPs不同，主要如表1.2所示。研究表明溴化消毒副产物比其氯化同系物的细胞毒性、遗传毒性更强，而碘化消毒副产物比溴化同系物的毒性更强。流行病学调査结果也发现溴化消毒副产物暴露可能导致不同于氯化消毒副产物引起的生殖发育异常和癌变。除以上DBPs外，近两年受到关注的还有饮用水消毒剂与水中残留的药物、抗菌剂、杀虫剂等发生反应生成的新型污染物。水中残留的药物和农药通常具有活性芳环结构，容易与氧化剂氯和臭氧等发生反应，而生成的副产物可能比母体化合物具有更强的毒性效应。
表1.2 不同消毒剂所产生的DBPs
2.环境内分泌干扰物（environmental endocrine disruptors，EEDs）
环境内分泌干扰物亦称环境激素（environmental hormone），是指可通过干扰生物或人体内保持自身平衡和调节发育过程天然激素的合成、分泌、运输、结合、反应和代谢等过程从而对生物或人体的生殖、神经和免疫系统等的功能产生影响的外源性化学物质。该类物质具有种类多、数量大、暴露剂量小等特点。
越来越多的研究表明，饮用水中检测到的许多化学物质都具有内分泌干扰作用，这些化合物性质差异极大，既有难降解的持久性有机污染物（persistent organic pollutants，POPs）（如二吖恶英、多氯联苯、有机氯农药等），又有可分解的有机除草剂、杀虫剂、洗涤剂的极性降解产物，此外还包括动物及人类排泄的激素、天然植物激素、微生物毒素以及重金属等。
EEDs可以直接进入细胞内作用于细胞核中的核酸或酶系统，引发遗传变异。某些环境激素与激素有类似的化学构象，可与激素受体结合而发挥直接作用，或者与激素以外的生物大分子结合而发挥间接作用。某些具有较强神经或免疫毒性的化学物质，可通过影响胚胎或生长发育期的神经或免疫系统而间接影响内分泌系统的发育；同样，内分泌功能的异常也必然会影响神经系统的发育及免疫系统的正常功能。另外，环境激素还可作用于细胞信号传导道路。当两种活性较弱的环境激素同时作用机体时，其激素作用可能会明显增加。
EEDs具有亲脂性、不易降解、易挥发、残留期长等特点，可通过生物富集和食物链的放大作用引起体内富集。环境内分泌干扰物在环境中能够像激素一样影响人体内分泌功能，具有对人类雌激素、甲状腺素、儿茶酚胺和睾酮等显著的干扰效应，破坏内分泌系统维持机体稳定和调控的作用。它们可以扰乱人体内分泌系统、神经系统和免疫系统的信息传递，影响机体的调节功能和内环境的稳定，而且会沿着上述三个系统相互作用的路线，影响到整个生物体，由此产生严重的后果。临床上经常表现为生殖障碍、出生缺陷、发育异常、代谢紊乱以及某些癌症。EEDs的研究已被视为关系人类子孙后代能否正常延续下去的问题，成为全球关注的热点。
3.环境纳米污染物
纳米颗粒物指在纳米量级（1～100nm）尺寸范围内的颗粒。环境中的纳米颗粒物包括自然产生纳米颗粒物和人为合成纳米颗粒物两类。自然产生纳米颗粒物主要指森林大火、火山喷发等产生的纳米级颗粒物质。人为合成纳米颗粒物包括无意识合成纳米颗粒物（即内燃机、发电厂等所产生的悬浮颗粒物）与人工合成纳米颗粒物（即纳米物质的生产，如纳米金属等）两类。纳米颗粒污染物即指制造或使用纳米材料过程中产生的有害物质的通称。纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点，以及其特有的三大效应：表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。
纳米颗粒体积小，能飘浮在空中，容易渗入动物和植物细胞，具有改变生命机体内分子性质的能力。在一定条件下纳米颗粒可以穿透皮肤、血液或脑的屏障，对皮肤、呼吸系统、循环系统以及脑等产生负面作用并在这些部位聚集积累。纳米材料甚小，有可能进入人体中大颗粒材料所不能抵达的区域和健康细胞。吸入的纳米颗粒物可以穿透细胞壁，进入人体组织，深入到人体神经和血管中，造成疾病。它们有可能直接干扰和伤害生理功能。随着纳米技术的发展和纳米材料的广泛应用，纳米颗粒物可能引起的潜在环境问题已引起科学家的广泛关注。
4.药品与个人护理用品（pharmaceutical and personal care products，PPCPs）
PPCPs包括各种各样的化学物质，例如各种处方药和非处方药（如抗生素、类固醇、消炎药、镇静剂、抗癫痫药、显影剂、止痛药、降压药、避孕药、催眠药、减肥药等），香料、化妆品、遮光剂、染发剂、发胶、香皂、洗发水、牙齿护理用品等一系列涵盖范围极为广泛，日常生活中大量使用的化合物。它们大多数是水溶性的，有的还带有酸性或者碱性的官能团。随着经济的发展及生活质量的不断提高，这类化合物的产量和用量日趋巨大、种类日趋繁多、结构日趋复杂，虽然绝大部分PPCPs的半衰期不是很长，但是由于大量而频繁地使用，导致药品与个人护理用品形成假性持续性现象。
（1）药品 经过人体吸收和代谢后，随人类的排泄物进入环境。由于其功能就是促进或抑制人体或动物的某些生理功能，其经过人体代谢的产物或未经代谢的残留物进入环境后，仍然有可能干扰环境生物的正常生理功能。
（2）个人护理用品 并不经过人体代谢，使用后直接进入环境。有研究表明，这类化合物可以在环境生物体内蓄积进而对环境生物产生潜在危害。
环境中的PPCPs主要来源于污水处理厂的出水排放，目前一般城市污水处理厂均是以去除有机物及一些营养物质为目标而设计建造的，其对PPCPs的去除能力有限。
5.新型致病微生物
（1）甲第鞭毛虫 该虫生活史中有滋养体和包囊两个不同的发育阶段，包囊为椭圆形，囊壁较厚，直径8～12μm，如图1.1所示。该虫为人体肠道感染的常见寄生虫之一，主要寄生在人体十二指肠或小肠、胆囊，可引起腹痛、腹泻和吸收不良等症状，症状持续几天到几个月不等，导致甲第虫病（giardiasis）。水是甲第鞭毛虫传播的主要途径。甲第鞭毛虫的宿主是人类和动物，尤其是河狸和麝鼠。在水中，甲第鞭毛虫包囊能保持1～3个月的感染能力。
图1.1 蓝氏甲第鞭毛虫滋养体、包囊的形态
与大肠菌群相比，甲第鞭毛虫有相当强的耐氯性。当出厂水浊度为0.1～0.2散射浊度单位（NTU）时，运行适当的处理厂（无论是传统工艺还是直接过滤工艺）可以达到99.9%的包囊去除率。硅藻土过滤及慢速砂滤池也能有效地去除甲第鞭毛虫包囊。
（2）小球隐孢子虫 隐孢子虫（Cryptosporidium Tyzzer）为体积微小的球虫类寄生虫，卵囊呈圆形或椭圆形，直径4～6μm，成熟卵囊内含4个裸露的子孢子和残留体（residual body），如图1.2所示。小球隐孢子虫是隐孢子虫的一种，存在于河、湖，尤其是被下水道和动物排泄物污染的水中。小球隐孢子虫广泛存在于多种脊椎动物体内，引起隐孢子虫病（cryptosporidiosis）——一种以腹泻为主要临床表现的人畜共患性原虫病。研究表明，即使是在浊度非常低的水处理系统中，仍可能有感染性的可引起疾病爆发或地方病的隐孢子虫卵囊存在。目前最常用的水中隐孢子虫的分析方法——免疫荧光法，仍存在不足之处，如无法确定卵囊是否是活的及是否对人体有感染性。
图1.2 隐孢子虫卵囊形态
迄今为止，小球隐孢子虫是唯一一种对人具有感染性的隐孢子虫。小球隐孢子虫的传播途径主要是：人与人之间的接触、被污染的饮用水。与甲第鞭毛虫和其他大多数水源性病原菌引起的肠胃道疾病不同，隐孢子虫病对于免疫系统缺陷的人来说尤其严重，对于慢性病患者（例如艾滋病患者），可能加速死亡。
隐孢子虫卵囊直径小于甲第鞭毛虫包囊，因此更难去除。隐孢子虫卵囊比甲第鞭毛虫包囊更抗氯，常规消毒方法如用氯气或氯胺未必能杀死其卵囊。然而，卵囊对臭氧和二氧化氯较为敏感。一些数据表明，组合消毒工艺（如臭氧后续一氯胺或游离氯后续一氯胺）可有效地杀死卵囊。
6.藻类及藻毒素
藻类是指原生生物界一类真核生物（有些也为原核生物，如蓝藻门的藻类），主要水生，无维管束，能进行光合作用。体型大小各异，小至长1μm的单细胞的鞭毛藻，大至长达数十米的大型褐藻。通常藻类不构成对人体的健康威胁。然而，某些藻类可能产生神经毒素、肝毒素和其他类型的毒素。如微囊藻毒素（microcystins，MCs）是由在水体中生长并能形成水华的几种蓝藻[blue-green algae，亦称为蓝细菌（Cyanofcacieria）]，尤其是微囊藻产生的一类藻类毒素。除了微嚢藻外，蓝藻门中的鱼腥藻属（Anafraem）、浮丝藻属（Planktothrix）、束丝藻属（Aphanizomenon）中的某些种类也能产生此类毒素，这些藻类死亡后内毒素就溶入水中。当气温与水中营养环境适合大量繁殖时，蓝藻就会成片覆盖在水面上，这种现象称为水华。伴随水华的大量蓝藻死亡，水中就可能出现影响人类健康的内毒素，会导致摄取该水的哺乳动物、鸟类、鱼染病或死亡。研究表明，在多数水体中藻毒素的自然浓度不会给正常人群构成健康风险，对人类健康产生影响的内毒素往往出现在蓝藻水华的时候。