水污染物：无形的水危机

水对于粮食安全、人类健康和经济发展至关重要。但随着人口增长和气候变化加剧，整个水循环过程中的污染也在增加。

水污染物形态多样，且往往难以察觉。肥料、塑料、污水、药品、激素、工业化学品、石化产品、重金属及采矿废水等，都是最为常见的污染物。

对于寻求改善水质的国家而言，一个关键障碍是缺乏关于其水资源的数据。核技术和同位素技术能够帮助我们了解水污染的来源，并为缓解这一挑战提供有科学依据的解决方案。

氮问题

氮是造成水污染的一个主要源头，对人类健康和环境有潜在的严重影响。氮污染的主要来源包括化肥、废水和工业排放。尽管在过去的一个世纪里，氮肥极大地提高了粮食产量，但约有80%的氮肥流失到环境中。

“氮污染，尤其是硝酸盐污染，是河流、湖泊、地下水和沿海水域面临的重大威胁。”希腊海洋研究中心同位素水文学家Ioannis Matiatos说，“追踪硝酸盐污染的来源，对于保护水生系统和指导清理污染地区的工作至关重要。”

硝酸盐是氮的最易溶解形式，这意味着它们很容易渗入地下水、湖泊和河流。如果硝酸盐浓集于饮用水中，会损害血液在体内输送氧气的能力。氮污染还会造成水中营养物过剩，引发湖泊和河流中有害藻类和植物的生长。据联合国环境规划署称，氮污染是继栖息地破坏和温室气体排放之后，导致生物多样性丧失的最大驱动因素。

气候变化正在加剧氮污染的影响。地球气候变暖导致野火频发，进而使得含大量氮基化合物的阻燃剂使用量增加，这些化合物会渗入水源。与此同时，随着地球变暖，湖泊和河流水温升高，会助长可能危害生态系统和环境的各类植被的生长。富含藻类的温暖湖泊会排放温室气体一氧化二氮，而寒冷湖泊则会从氮循环中去除氮并将其长期储存起来。

通过同位素分析解码氮污染

原子能机构正利用同位素技术帮助识别氮污染的来源。作为这项研究的一部分，原子能机构与马萨诸塞大学合作，开发用于追踪河流、湖泊和海洋中氮污染源头的更低廉、更安全且更快捷的方法。

Matiatos说：“硝酸盐同位素技术是一种强大的工具，因为它能帮助我们识别硝酸盐污染的来源，并了解氮在自然界中的使用和转化方式。”

原子能机构正通过其技术合作计划，协助各国建设同位素技术研究能力，其氮污染研究范围纵贯意大利阿尔卑斯山脉（冰川融水注入附近湖泊的地方）至印度特大城市加尔各答。

原子能机构还利用同位素技术和核技术协助各国更高效地使用肥料、增强农业生态系统的碳氮捕获，并研究豆科作物或农牧复合系统如何减少对化肥的需求。

新型污染物

药品、激素、工业化学品和个人护理品等污染物在地表水系统中被检出的频率日益增加。这些污染物通常源于市政、工业和家庭废水。它们被称为“新型污染物”，最近才被确定为对环境具有潜在威胁，但尚未受到国家或国际法律的广泛监管。它们在淡水中的影响尚不明确，但据信可能会扰乱激素，加剧人类和动物的抗微生物药物耐药性，并对水生生态系统产生负面影响。

然而，由于新型污染物与硝酸盐污染往往共存于受污染的水系统中，因此可借助它们更好地了解硝酸盐污染的来源。原子能机构正与全球科学家合作，通过将硝酸盐同位素与这些污染物关联，追踪地表水和地下水中硝酸盐污染的源头和传播路径。

原子能机构同位素水文学家Yuliya Vystavna说：“新型污染物是粪便污染的理想示踪剂，因为它们通常与特定污染源有关，且可在受污染的环境样品中被检测到。”

辐射技术用于废水处理

从废水中去除微塑料、持久性有机污染物和药物等微污染物，对于实现和维持水质清洁至关重要。辐射技术（包括电子束和伽马辐射）能通过将这些复杂分子分解成危害较小或更易去除的形式，在处理废水和污泥中的有机污染物方面发挥重要作用。

微塑料是一个尤其棘手的难题，因为它们不易生物降解，且往往会碎裂成更小的颗粒。

微塑料已在自来水和瓶装水、我们呼吸的空气、河流沉积物和土壤中被发现。它们污染地下水和地表水，最终进入海洋。通过原子能机构的“核技术用于控制塑料污染”（NUTEC Plastics）倡议开展的塑料污染监测发现，甚至在加拉帕戈斯群岛和南极洲等地球上最原始和最受保护的地区，也存在微塑料。

电子束技术处理废水提供了一种颇具前景的解决方案。它能使微塑料聚集成团，从而易于从废水中去除。作为原子能机构辐射技术协作中心的波兰核化学与技术研究所近期的实验表明，经电子束技术处理后，废水中 85% 至 95% 的微塑料可被分离出来。

“使用传统的水和废水处理方法难以去除微塑料。”韩国光明未来技术公司辐射专家兼首席顾问Bumsoo Han表示，“尽管相关研究仍处于早期阶段，但正在进行的研究有望为解决我们环境中的微塑料污染问题做出重大贡献。”

核技术用于控制塑料污染：应对塑料污染

原子能机构的旗舰倡议“核技术用于控制塑料污染”将全球各国和合作伙伴聚集在一起，旨在利用核技术应对塑料污染，以改善对海洋环境中微塑料和纳米塑料的检测识别，并研发有效的塑料回收技术以减少对化石燃料基塑料的依赖。辐射可用于制造生物基塑料，这类塑料从设计上就具备生物可降解性和（或）易回收性，因此是一种更具可持续性的传统塑料替代品。

许多国家都热切希望向更可持续的塑料经济转型。在2025年联合国海洋大会上，与会者重点讨论了为就塑料污染达成一项具有法律约束力的国际协定而正在进行的谈判，原子能机构强调了核科学在应对这一挑战方面的作用。

“核科学有助于保护我们的海洋并支持水下生命。”原子能机构总干事拉斐尔·马里亚诺·格罗西在会议上表示，“通过我们的摩纳哥实验室和‘核技术用于控制塑料污染’倡议，我们正在为全球100多个实验室配备监测微塑料的设备，从而协助各国应对海洋污染。”

约80%的海洋塑料污染源于陆地，因此，在塑料废物最终进入垃圾填埋场和水系统之前，加大努力改善塑料废物的回收和处理，将有助于应对这一日益严峻的全球挑战。 

通过人工湿地治理采矿废水

自然湿地——通过土壤、沉积物及植物中的物理、地球化学和生物过程实现淡水过滤——已被证明能有效地隔离污染水中的污染物。人工湿地——利用这些相同的自然过程建造的工程系统——已在世界各地用于处理废水。与传统的废物处理系统相比，它们通常成本较低，运行和维护所需的能源也较少。

人工湿地越来越多地被用来修复受重金属及其他有毒元素等采矿副产品污染的水。这些污染物在采矿结束后可能会持续存在数十年，对人类健康和周围生态系统造成潜在的严重影响。

在开采铀矿时，废水中通常会出现氡、镭等天然存在的放射性污染物。据原子能机构工业技术专家Hannah Affum表示，“在植物和沉积物如何有效去除人工湿地中的放射性污染物方面存在研究空白。”

为了帮助弥补这一空白，原子能机构最近启动了一个协调研究项目，该项目利用放射性示踪剂调查人工湿地中的土壤、砾石和植物如何去除和转化铀、铜和金矿开采产生的废水中的污染物。由于人工湿地的这一能力可能会随着时间的推移而下降，该项目还将研究水流力学并收集数据，以优化未来的湿地设计。

Affum说：“重点研究可以为我们提供关键的见解，以指导这些系统的可持续设计，并改善长期污染物封存。”

从氮到新型污染物、微塑料和重金属，世界水系统正面临着越来越大的压力。核科学正在为应对这一挑战提供解决方案。