讓所有人喝上放心水
——記中國科學院生態環境研究中心楊敏團隊

本刊記者 胡 敬

楊敏

飲用水水質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境科學工程領域的一個前沿方向。天然源風險物質在環境中的廣泛存在，大大影響了飲用水的水質，對人體健康構成了極大的危害，已成為全球飲用水安全管理的重要對象。藻源物質、天然有機物消毒副產物、砷氟這些重要的天然源風險物質，種類繁多、組成復雜，很難通過環境管理從源頭上予以控制，因此對于這些物質的識別和調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環境研究中心的楊敏團隊以獨特的視角，系統開展了關于藻類代謝物、天然有機物消毒副產物、砷氟等天然源風險物質的識別、轉化和調控研究，并且已取得了若干重要的成果。

為水質風險管控獻策

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的識別、轉化與調控機制”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，他們開展了系統深入的研究，并取得了一系列創新型成果。

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

2007年的無錫飲用水嗅味事件，曾引發了罕見的供水危機，造成了嚴重的社會影響。通過對此事件的深入調查與研究，團隊在國內率先建立了系統的飲用水嗅味評價與物質鑒定方法。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，相關成果已在Science上發表。

在關于砷氟等天然源風險物質的識別研究中，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，發現了鈰元素顯著增強鐵基氧化物的表面異質性和羥基活性位密度的現象，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，經過長期努力和深入探索，團隊還拓展了飲用水消毒副產物的研究領域，創建了全新的，研究高度復雜天然有機物及其消毒副產物分子組成的超高分辨質譜方法，并發現了飲用水中1000種新型消毒副產物，詮釋了混凝在去除消毒副產物前驅體上的關鍵作用，證明了Keggin結構的羥基納米聚合鋁十三具有高結構穩定性，從而進一步揭示了消毒副產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，團隊發表的論文已達105篇，其中包括Science論文1篇、PNAS1篇。此外在環境領域最有影響的刊物Environ.Sci.Technol.和Water Res.上也分別發表論文21篇和30篇。相關成果曾獲得國際水協會全球創新獎，共獲國家發明專利授權6件和美國發明專利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，同時也推動了環境科學與工程學科的發展和飲用水行業的技術進步，更為政府的飲用水水質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，在研究中他發現了硫醚類物質是另一類重要的藻源致嗅物質，就此拓寬了藻源風險物質的研究領域，并開創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環境研究中心的同事，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控原理。

王東升則提出了天然有機物優化去除的混凝調控技術，闡明了基于具有高正電荷和亞穩態結構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年畢業留所后，他仍選擇了繼續投入其中。他的貢獻在于，創建了研究高度復雜天然有機物及其消毒副產物分子組成的超高分辨質譜方法，發現了飲用水中上千種新型極性消毒副產物，闡明了天然有機物消毒副產物的分子轉化規律。

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“飲用水水質風險評價方法及應用研究”及中日合作項目“環境負荷削減及高安全水處理技術系統的研究開發”。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的環境污染，證明了藍藻是產生維甲酸類物質的主要藻種，揭示了維甲酸類物質的生成規律。

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

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。環境科學研究的系統性和復雜性，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。”

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的以有限指標控制為目標的水質安全保障理論和工藝技術局限，創建了以風險控制為目標的水質基準與標準制定、污染控制與水質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新布局，為持續提升我國水質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代化儀器設備，更使它成為國內飲用水研究領域支撐系統最健全和研發能力最強的實驗室。正是在實驗室的水質分析測試儀器平臺、毒理與分子生物學實驗平臺、模擬實驗及自主研發平臺這些優質平臺的助力下，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，他們將繼續依托中國科學院飲用水科學與技術重點實驗室這個優質平臺，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。