ES&T | 追逐“新”污染物——迈向环境健康的无尽旅程

昵称37581541 2024-02-05 发布于江苏

展开全文

题目：Chasing “Emerging” Contaminants: An Endless Journey toward Environmental Health

摘要

本文首先阐明了环境科学和技术领域中识别和去除不断涌现的“新”污染物对科学家和政策制定者来说是一项艰巨的任务。接着指出，当前环境问题主要集中在新污染物上，而对于已存在的污染物（即“遗留污染物”）的关注相对较少。然而，这些遗留污染物对生态系统和人类健康的影响仍然存在，需要采取强有力的监测和治理措施。应同时关注新污染物和遗留污染物，并通过制定严格的监管框架和应用绿色化学原则来管理这些环境威胁。此外，文章还探讨了采用机器学习和人工智能以及基因组学等技术，以预测和减少新兴化学物质的环境和健康影响。最后，文章提出了综合性的健康评估框架和“One Health”和“Exposome”等概念，以更全面地了解环境风险。

主要发现

1.识别和减轻“新”污染物是一项永无止境的任务

不断识别和减轻“新”污染物对科学家和政策制定者来说是一项永恒的挑战。从分析化学家和暴露科学家的角度出发，本文描述了这种追求的周期性。工业首先引入新的物质，这些物质通常是技术进步的副产品、转化产品、或以前受管制的化学品的替代品。释放到环境中，这些化学物质就成为严格审查的对象。然后，分析化学家开展一场竞赛，量化它们的存在和分布。紧随其后，环境科学家开始了解它们在生态系统中的命运和运输机制。接着暴露科学家深入研究和破译这些化学物质与生物系统相互作用的潜在途径。同时，毒理学家和流行病学家研究潜在的不利健康影响，为环境工程师和科学家制定相应的政策战略铺平道路。从《寂静的春天》中唤醒环境意识的二氯二苯三氯乙烷，到当代人们关注的众多增塑剂、阻燃剂、全氟多氟烷基物，各种类型的污染物都在重复这个循环。

2.关注遗留物质同样重要

我们对新出现污染物的关注往往不经意地忽略了一个同样重要的问题，即遗留污染物。这些物质不仅包括微量金属和多环芳烃等天然存在的化学物质，还包括《斯德哥尔摩公约》承认的一系列持久性有机污染物，如二恶英、多氯联苯和各种农药。有效地解决这些遗留污染物需要强有力的监管框架来进行持续监测，执行更加严格的补救标准。同时，应用绿色化学原理可以通过促进安全系数更高的化学替代品的发展来防止发生在未来的遗留问题。然而，今天新出现的污染物往往立即引起人们的关注和资源，潜在地转移了人们对遗留污染物的注意力。各种新旧污染物之间的相互作用是复杂的，而且往往是协同的。一种化学品对环境的影响不仅取决于它的新颖性，还取决于许多其他因素，如分布、浓度、持久性、生物效应和生态相互作用。因此，有必要采取一种更全面的办法，承认新出现的污染物和遗留污染物之间错综复杂的相互作用及其对环境和人类健康的累积影响。

3.探索和采用创新的方法和框架来跳出无休止的循环

为了跳出这种追逐新污染物的无休止循环，我们必须探索和采用创新的方法和框架，形成主动和综合的环境保护战略。

绿色化学原理提出了一条很有前途的途径。其通过在工业过程和产品设计的一开始就嵌入环境意识，从而尽量减少有害物质的产生和使用。然而目前绿色化学面临着成本高、缺乏专业知识人才等困难。这需要政府的激励、工业界和学术界的合作努力等多种途径方法去克服。这种积极主动的方法不仅解决了新化学品对环境的影响，而且还具有重塑现有工艺的潜力。另一种变革性的方法是将机器学习和人工智能整合到环境科学中。可以利用机器学习模型的预测能力，在新化学品广泛使用之前预测其对环境和健康的影响。

毫无疑问，有效的监管框架对于避免有害化学品的“令人遗憾的替代”至关重要。目前的法规往往缺乏全面的风险评估和生命周期分析，导致一种有毒化学品被另一种有毒化学品取代现象的发生。为了缓解这一问题，可以进行严格的上市前测试和生命周期分析等监管改革。此外，采用“One Health”和“Exposome”等整体健康评估框架，可以提供对环境风险的全面看法。“One Health”方法可以提供对污染物如何影响我们生存的世界的多维理解。“Exposome”则涵盖了个人接触的所有环境。这些框架共同促进了对环境影响的更综合和细致的理解，超越了单一关注新兴或遗留污染物的局限性。

除了发展先进的监测和检测技术来测量环境暴露，还可以通过组学技术进一步加深对其整体生物学影响的理解，如基因组学、表观基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等。组学技术在分子水平上阐明了各种污染物的复杂相互作用和混合效应。

总结

总之，全面了解新兴和遗留污染物的指纹图谱需要创新策略的强大融合。整合绿色化学原理和机器学习等先进的预测技术，对于设计更安全的化学品，进行化学品的风险评估至关重要。加强包括综合风险和生命周期分析在内的监管框架，有助于跳出以一种危险化学品替代另一种危险化学品的循环。“One Health”和“Exposome”等整体框架，以及组学技术，则提供了关于环境接触及其影响的多维视角。通过将这些创新的方法结合在一起，可以使我们从被动的环境管理转变为主动的环境管理。这些战略的集体应用召唤着我们走向一个环境和人类健康不仅平衡而且齐头并进的未来（图1）。