气候变化对清洁安全饮用水生产带来的挑战：溶解有机物质与人为污染的问题

《Environmental Science & Technology Letters》：Climate-Driven Challenges for Production of Clean and Safe Potable Water: Concerns for Dissolved Organic Matter and Anthropogenic Pollution

气候变化加剧极端降水事件，导致地表径流携戴 DOM 和微污染物向水体迁移，威胁饮用水安全。 DOM 浓度及组分因降水强度和蒸发速率呈现复杂变化，影响消毒副产物生成；城市暴雨径流中微污染物浓度高达 ng/L 级，远超污水厂排放标准。水处理设施面临污染物突发输入、传统工艺去除效率低及 DBP 危机等问题，需结合实时监测、AI 分析和新兴技术（如高级氧化、生物过滤）构建多屏障处理体系，并通过国际合作提升应对能力。

　　

政府间气候变化专门委员会（IPCC）在2021年报告称，欧洲、亚洲和北美洲多个监测良好的地区近期极端降水事件有所增加，北半球的许多地区都观察到了显著的强度增强现象（图1）。这种强烈且极端的降雨事件导致来自陆地的物质（如土壤、营养物质、溶解有机物（DOM）和微量污染物）通过侧向流动和地表径流进入地表水体。这给安全饮用水的管理和供应带来了额外的挑战。本文旨在指出由于频繁发生的强降水导致的水源中DOM和人为污染物的变化，建议未来开展相关研究以理解和应对这些挑战。

气候驱动的溶解有机物（DOM）成分和浓度变化

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全球变暖的持续趋势改变了植被模式，加速了分解过程，使得DOM更容易从陆地传输到水系统中，尤其是在强降雨事件期间。通常情况下，高降水量会因稀释作用暂时降低DOM浓度。然而，快速的大量水分流入以及随后的水分蒸发或地下流动可能导致强降雨后DOM浓度升高。加拿大两个湖泊在干旱的春季和随后的温暖湿润夏季期间，DOM含量增加了超过67%。(1) 同样，在芬诺斯堪的亚和美国东北部的北方湖泊中也发现了极端湿润年份DOM水平的显著增加。(2) 此外，随着全球温度的升高，DOM和其他营养物质的流量增加，促进了藻类的大量繁殖，使得藻类产生的有机物成为许多水体中DOM增加的重要组成部分。(3) DOM的变化会显著影响DOM的去除、消毒过程、有害消毒副产物（DBPs）的形成以及水质动态。

通过雨水径流进入地表水的人为微量污染物

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强降雨事件会导致大量的城市/工业/农业用地径流，从而将大量人为微量污染物带入水系统。一项针对美国50个城市雨水径流事件的多机构研究显示，其中累积的有机微量污染物浓度高达2.63 × 10⁵ ng/L。(4) 类似地，对中国潮湿地区城市雨水排放的最新研究表明，143种微量污染物的累积浓度在490–1659 ng/L之间，超过了当地污水处理厂的排放水平。(5) 在人口更密集的地区，雨水径流可能导致更多微量污染物进入水源，尤其是在污水处理设施不足或农业用地靠近水源的区域。

高浓度污染物流入水处理设施

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强降雨和大量径流的不可预测性使得水处理设施难以有效管理这些周期性的高浓度污染物流入。对于重大雨水径流事件，水处理设施的应对策略往往规划不周且执行不力，这通常会导致化学药品消耗量异常增加。(1) 此外，传统的水处理厂在去除人为污染物方面效率普遍较低。一种常见的方法是采用“多屏障”技术，结合传统工艺与先进技术（如预氧化或后氧化（例如臭氧处理）、活性炭过滤/生物过滤和膜过滤）。然而，“多屏障”技术的去除效率和成本仍需进一步验证。

未来展望

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(1)	实时精确追踪进入处理设施的原水中DOM浓度和成分的变化，并结合大数据收集和人工智能分析，有助于水处理厂采用目标导向的设计、运营和维护方式。
(2)	在不同降水情景下全面监测和量化雨水径流中的人为微量污染物，对于评估、预测和控制潜在的水源输入以及优化未来的水处理设计和运营至关重要。
(3)	DOM浓度的升高、DOM成分的变化以及人为微量污染物的存在极大地复杂化了DBPs的形成和种类。这进一步增加了其毒理学和健康风险的不确定性。继续研究DBPs的特性、了解其对健康的影响以及减少DBPs的形成仍然是必要的工作。
(4)	强烈建议开发适用于水源的原位和具有韧性的净化技术。对于污水处理设施简陋且资金不足的地区，湿地或其他原位生物净化方法可能是一个经济可行的选择。高级氧化工艺可以同时减少DOM、人为微量污染物、DBPs和病原体，有望降低化学药品消耗并可能延长过滤和膜组件的使用寿命。

总之，由于强降雨频率的增加，饮用水中有机污染问题日益严重且变化复杂，需要更多关注。需要更广泛的国际合作和支持来有效解决这一复杂问题。

图1

图1. 强降雨事件对安全供水的影响。

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