水對于糧食安全、人類健康和經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要。但隨著人口增長和氣候變化加劇，整個水循環(huán)過程中的污染也在增加。

水污染物形態(tài)多樣，且往往難以察覺。肥料、塑料、污水、藥品、激素、工業(yè)化學(xué)品、石化產(chǎn)品、重金屬及采礦廢水等，都是最為常見的污染物。

對于尋求改善水質(zhì)的國家而言，一個關(guān)鍵障礙是缺乏關(guān)于其水資源的數(shù)據(jù)。核技術(shù)和同位素技術(shù)能夠幫助我們了解水污染的來源，并為緩解這一挑戰(zhàn)提供有科學(xué)依據(jù)的解決方案。

氮問題

氮是造成水污染的一個主要源頭，對人類健康和環(huán)境有潛在的嚴(yán)重影響。氮污染的主要來源包括化肥、廢水和工業(yè)排放。盡管在過去的一個世紀(jì)里，氮肥極大地提高了糧食產(chǎn)量，但約有80%的氮肥流失到環(huán)境中。

“氮污染，尤其是硝酸鹽污染，是河流、湖泊、地下水和沿海水域面臨的重大威脅?！毕ＥD海洋研究中心同位素水文學(xué)家Ioannis Matiatos說，“追蹤硝酸鹽污染的來源，對于保護(hù)水生系統(tǒng)和指導(dǎo)清理污染地區(qū)的工作至關(guān)重要?！?/p>

硝酸鹽是氮的最易溶解形式，這意味著它們很容易滲入地下水、湖泊和河流。如果硝酸鹽濃集于飲用水中，會損害血液在體內(nèi)輸送氧氣的能力。氮污染還會造成水中營養(yǎng)物過剩，引發(fā)湖泊和河流中有害藻類和植物的生長。據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署稱，氮污染是繼棲息地破壞和溫室氣體排放之后，導(dǎo)致生物多樣性喪失的最大驅(qū)動因素。

氣候變化正在加劇氮污染的影響。地球氣候變暖導(dǎo)致野火頻發(fā)，進(jìn)而使得含大量氮基化合物的阻燃劑使用量增加，這些化合物會滲入水源。與此同時，隨著地球變暖，湖泊和河流水溫升高，會助長可能危害生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境的各類植被的生長。富含藻類的溫暖湖泊會排放溫室氣體一氧化二氮，而寒冷湖泊則會從氮循環(huán)中去除氮并將其長期儲存起來。

通過同位素分析解碼氮污染

原子能機(jī)構(gòu)正利用同位素技術(shù)幫助識別氮污染的來源。作為這項(xiàng)研究的一部分，原子能機(jī)構(gòu)與馬薩諸塞大學(xué)合作，開發(fā)用于追蹤河流、湖泊和海洋中氮污染源頭的更低廉、更安全且更快捷的方法。

Matiatos說：“硝酸鹽同位素技術(shù)是一種強(qiáng)大的工具，因?yàn)樗軒椭覀冏R別硝酸鹽污染的來源，并了解氮在自然界中的使用和轉(zhuǎn)化方式?！?/p>

原子能機(jī)構(gòu)正通過其技術(shù)合作計劃，協(xié)助各國建設(shè)同位素技術(shù)研究能力，其氮污染研究范圍縱貫意大利阿爾卑斯山脈（冰川融水注入附近湖泊的地方）至印度特大城市加爾各答。

原子能機(jī)構(gòu)還利用同位素技術(shù)和核技術(shù)協(xié)助各國更高效地使用肥料、增強(qiáng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的碳氮捕獲，并研究豆科作物或農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)如何減少對化肥的需求。

新型污染物

藥品、激素、工業(yè)化學(xué)品和個人護(hù)理品等污染物在地表水系統(tǒng)中被檢出的頻率日益增加。這些污染物通常源于市政、工業(yè)和家庭廢水。它們被稱為“新型污染物”，最近才被確定為對環(huán)境具有潛在威脅，但尚未受到國家或國際法律的廣泛監(jiān)管。它們在淡水中的影響尚不明確，但據(jù)信可能會擾亂激素，加劇人類和動物的抗微生物藥物耐藥性，并對水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響。

然而，由于新型污染物與硝酸鹽污染往往共存于受污染的水系統(tǒng)中，因此可借助它們更好地了解硝酸鹽污染的來源。原子能機(jī)構(gòu)正與全球科學(xué)家合作，通過將硝酸鹽同位素與這些污染物關(guān)聯(lián)，追蹤地表水和地下水中硝酸鹽污染的源頭和傳播路徑。

原子能機(jī)構(gòu)同位素水文學(xué)家Yuliya Vystavna說：“新型污染物是糞便污染的理想示蹤劑，因?yàn)樗鼈兺ǔＥc特定污染源有關(guān)，且可在受污染的環(huán)境樣品中被檢測到?！?/p>

輻射技術(shù)用于廢水處理

從廢水中去除微塑料、持久性有機(jī)污染物和藥物等微污染物，對于實(shí)現(xiàn)和維持水質(zhì)清潔至關(guān)重要。輻射技術(shù)（包括電子束和伽馬輻射）能通過將這些復(fù)雜分子分解成危害較小或更易去除的形式，在處理廢水和污泥中的有機(jī)污染物方面發(fā)揮重要作用。

微塑料是一個尤其棘手的難題，因?yàn)樗鼈儾灰咨锝到?，且往往會碎裂成更小的顆粒。

微塑料已在自來水和瓶裝水、我們呼吸的空氣、河流沉積物和土壤中被發(fā)現(xiàn)。它們污染地下水和地表水，最終進(jìn)入海洋。通過原子能機(jī)構(gòu)的“核技術(shù)用于控制塑料污染”（NUTEC Plastics）倡議開展的塑料污染監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，甚至在加拉帕戈斯群島和南極洲等地球上最原始和最受保護(hù)的地區(qū)，也存在微塑料。

電子束技術(shù)處理廢水提供了一種頗具前景的解決方案。它能使微塑料聚集成團(tuán)，從而易于從廢水中去除。作為原子能機(jī)構(gòu)輻射技術(shù)協(xié)作中心的波蘭核化學(xué)與技術(shù)研究所近期的實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)電子束技術(shù)處理后，廢水中 85% 至 95% 的微塑料可被分離出來。

“使用傳統(tǒng)的水和廢水處理方法難以去除微塑料?！表n國光明未來技術(shù)公司輻射專家兼首席顧問Bumsoo Han表示，“盡管相關(guān)研究仍處于早期階段，但正在進(jìn)行的研究有望為解決我們環(huán)境中的微塑料污染問題做出重大貢獻(xiàn)?！?/p>

核技術(shù)用于控制塑料污染：應(yīng)對塑料污染

原子能機(jī)構(gòu)的旗艦倡議“核技術(shù)用于控制塑料污染”將全球各國和合作伙伴聚集在一起，旨在利用核技術(shù)應(yīng)對塑料污染，以改善對海洋環(huán)境中微塑料和納米塑料的檢測識別，并研發(fā)有效的塑料回收技術(shù)以減少對化石燃料基塑料的依賴。輻射可用于制造生物基塑料，這類塑料從設(shè)計上就具備生物可降解性和（或）易回收性，因此是一種更具可持續(xù)性的傳統(tǒng)塑料替代品。

許多國家都熱切希望向更可持續(xù)的塑料經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型。在2025年聯(lián)合國海洋大會上，與會者重點(diǎn)討論了為就塑料污染達(dá)成一項(xiàng)具有法律約束力的國際協(xié)定而正在進(jìn)行的談判，原子能機(jī)構(gòu)強(qiáng)調(diào)了核科學(xué)在應(yīng)對這一挑戰(zhàn)方面的作用。

“核科學(xué)有助于保護(hù)我們的海洋并支持水下生命。”原子能機(jī)構(gòu)總干事拉斐爾·馬里亞諾·格羅西在會議上表示，“通過我們的摩納哥實(shí)驗(yàn)室和‘核技術(shù)用于控制塑料污染’倡議，我們正在為全球100多個實(shí)驗(yàn)室配備監(jiān)測微塑料的設(shè)備，從而協(xié)助各國應(yīng)對海洋污染?！?/p>

約80%的海洋塑料污染源于陸地，因此，在塑料廢物最終進(jìn)入垃圾填埋場和水系統(tǒng)之前，加大努力改善塑料廢物的回收和處理，將有助于應(yīng)對這一日益嚴(yán)峻的全球挑戰(zhàn)。?

通過人工濕地治理采礦廢水

自然濕地——通過土壤、沉積物及植物中的物理、地球化學(xué)和生物過程實(shí)現(xiàn)淡水過濾——已被證明能有效地隔離污染水中的污染物。人工濕地——利用這些相同的自然過程建造的工程系統(tǒng)——已在世界各地用于處理廢水。與傳統(tǒng)的廢物處理系統(tǒng)相比，它們通常成本較低，運(yùn)行和維護(hù)所需的能源也較少。

人工濕地越來越多地被用來修復(fù)受重金屬及其他有毒元素等采礦副產(chǎn)品污染的水。這些污染物在采礦結(jié)束后可能會持續(xù)存在數(shù)十年，對人類健康和周圍生態(tài)系統(tǒng)造成潛在的嚴(yán)重影響。

在開采鈾礦時，廢水中通常會出現(xiàn)氡、鐳等天然存在的放射性污染物。據(jù)原子能機(jī)構(gòu)工業(yè)技術(shù)專家Hannah Affum表示，“在植物和沉積物如何有效去除人工濕地中的放射性污染物方面存在研究空白?！?/p>

為了幫助彌補(bǔ)這一空白，原子能機(jī)構(gòu)最近啟動了一個協(xié)調(diào)研究項(xiàng)目，該項(xiàng)目利用放射性示蹤劑調(diào)查人工濕地中的土壤、礫石和植物如何去除和轉(zhuǎn)化鈾、銅和金礦開采產(chǎn)生的廢水中的污染物。由于人工濕地的這一能力可能會隨著時間的推移而下降，該項(xiàng)目還將研究水流力學(xué)并收集數(shù)據(jù)，以優(yōu)化未來的濕地設(shè)計。

Affum說：“重點(diǎn)研究可以為我們提供關(guān)鍵的見解，以指導(dǎo)這些系統(tǒng)的可持續(xù)設(shè)計，并改善長期污染物封存?！?/p>

從氮到新型污染物、微塑料和重金屬，世界水系統(tǒng)正面臨著越來越大的壓力。核科學(xué)正在為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)提供解決方案。