第1章 化学品的环境管理
　　化学品在促进人类社会发展、改善人类生活质量方面，发挥了重要作用。但是，在含化学品的相关产品全生命周期过程中，化学品可以通过无组织释放、有组织排放等途径进入环境，成为新污染物，对人体和生态系统的健康构成风险。因此，化学品被联合国环境规划署（UNEP）等组织和机构确认为是影响人体与生态健康的重大风险源（UNEP，2013）。为促进人类社会的可持续发展，需要对化学品进行健全的管理。本章介绍化学品及其特性、化学品环境管理的必要性及现状。
　　1.1 化学品概述
　　不同的组织、机构和学者，从不同的角度和需求出发，对化学品的定义不同。UNEP发布的《关于化学品国际贸易资料交流的伦敦准则》将化学品定义为“人工合成或从自然界提取的化学物质及其混合物或配制物，包括工业化学品、农药、药物等”。一些国内学者认为，化学品是“经过提纯、化学反应及混合过程生产出的、具有工业和商品特征的化学物质”（刘建国，2015）。本书将化学品界定为“人工合成或从自然界中提取、富集，具有特定功能属性的化学物质，是用来交换的劳动产品”。
　　1.1.1 化学品与新污染物
　　化学品在生产、贮存、运输、应用及废物处置等过程中，都可无组织释放或者排放到环境中，造成化学品污染，成为新污染物的重要来源。我国“十四五”规划和2035年远景目标纲要指出“重视新污染物治理”“深入实施健康中国行动”“提升生态系统质量和稳定性”。重视新污染物治理，是我国生态文明建设进入到生态环境质量改善由量变到质变的关键时期的必然举措。
　　所谓污染物，可界定为进入环境后因超过了环境的自我消纳能力而影响环境质量、危害人体和生态健康的物质。根据污染物的性质，可将其分为化学类[如二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）]、生物类（如细菌、病毒、抗性基因）和物理类（如光、噪声、辐射）污染物。
　　一些污染物较早被纳入环境监管框架中，如以化学需氧量（COD）和生化需氧量（BOD）为监测指标的水中耗氧性有机污染物、大气中SO2、NOx和细颗粒物（PM2.5）等，可以称为常规污染物。常规污染物引起的环境污染问题，多属于发达国家数百年工业化过程中分阶段出现、分阶段解决的问题。因此，常规污染物的治理，有更多的经验遵循和技术积累。随着国家产业结构的调整、污染控制设施的落实，常规污染物问题会相对较快得到解决。例如，建设污水处理厂及其提标改造，有望改善水体耗氧性污染物的污染问题；除尘和脱硫脱硝工艺的推广应用，有望减轻大气中大部分的颗粒物、SO2、NOx等污染问题。
　　2021年10月，生态环境部发布的《新污染物治理行动方案（征求意见稿）》指出：“新污染物不同于常规污染物，指新近发现或被关注，对生态环境或人体健康存在风险，尚未纳入管理或者现有管理措施不足以有效防控其风险的污染物。”
　　新污染物有两个主要来源：
　　（1）合成化学品。即地球上原本不存在或即使存在但含量很少、经人类有意合成而具有某种功能和商品属性的化学物质。人类合成的化学物质种类多，美国化学文摘社注册的化学物质已达到1.9亿种以上（每天约增加8000~10000种。全球市场登记生产和使用的化学品及其混合物已超过35万种（Wang et al.，2020）。化学品大体上可分为工业化学品、农用化学品（如农药、化肥和农用薄膜）、药物和个人护理用化学品、产品中的化学品。一些化学品因具有环境持久性（persistence）、生物积累性（bioaccumulation）和毒性（toxicity），被称为PBT化学品。
　　典型的合成化学品，如全氟及多氟烷基化合物（per-and polyfluoroalkyl substances，PFASs）（Ritscher et al.，2018;Lim，2019;Wang Z et al.，2017;Sunderland et al.，2019）、阻燃剂类化学品（如溴代阻燃剂、有机磷阻燃剂）（Greeson et al.，2020;Boer et al.，2019;Osimitz et al.，2019）、增塑剂类化学品[如双酚A（bisphenol A，BPA）及替代品、邻苯二甲酸酯（phthalic acid esters，PAEs）]（江桂斌等，2019;Liu X et al.，2021;Karrer et al.，2019;Chen et al.，2016）、苯并三唑类紫外线稳定剂（江桂斌等，2019;Liu X et al.，2021;Baduel et al.，2019）、船舶防污涂料中的有机锡（Kimbrough et al.，1976）等。
　　（2）人类活动中无意排放的有毒物质。例如，燃烧和工业生产过程中产生的二英、化石燃料不完全燃烧产生的多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）、燃煤释放的汞等重金属。值得指出的是，有些新污染物既来源于化学品，也来源于人类活动的副产物。例如多氯联苯（polychlorinated biphenyls，PCBs），主要来自于人工合成化学品，但是在一些含氯有机物高温燃烧的场景下也能产生PCBs。环境中的PAHs主要来自于化石燃料和生物质的不完全燃烧，但是为了科研工作和某些特殊目的，PAHs也作为化学品标样被人工合成。
　　此外，某些生物性新污染物，广义上也可归并到人类活动中无意排放的有毒物质之列。例如，由于全球气候和生态系统的变化，以及微生物进化的快速迭代性，原本在冰川、深海等区域的病原菌和病毒可能再释放，成为威胁人体健康的新污染物。大量使用的抗生素和一些环境因子耦合后，导致抗性基因的增生和传播，也是威胁人体健康的新污染物。
　　1.1.2 治理环境新污染物需要健全化学品管理
　　新污染物具有异于常规污染物的一些特性：
　　（1）污染隐蔽性。相对传统污染物，新污染物环境浓度低，监测分析的难度大，其危害性未被广泛察觉，因此新污染物往往也是环境中的微量或痕量污染物。
　　（2）环境持久性。新污染物在环境中往往不易降解，呈现持久性或者由于持续地向环境释放而呈现“假持久性”（Mackay et al.，2014）。若不加以管理，其环境浓度会逐年上升，且许多新污染物容易被生物蓄积（Czub et al.，2004;Schwarzman et al.，2009;Thomann et al.，1995）。
　　（3）释放途径多样性。传统污染物更多是通过人类生产或生活设施进行管端排放，便于进行管端污染控制。而新污染物往往在其前体及产品生命周期的多个阶段，通过多种途径释放到环境中。例如，各种产品中添加的阻燃剂、增塑剂类化学品，在产品的生产、运输、储存、使用和废物处置等过程中，可以通过无组织释放等多种途径进入环境中成为新污染物。
　　（4）危害多样性。许多新污染物具有内分泌干扰效应、“三致”作用等毒害效应，其长期低剂量暴露会对生物体造成潜在危害（Vandenberg et al.，2012;杨先海等，2015）。对于全球生物多样性的降低，除了气候变化、栖息地丧失等因素，新污染物的污染也是危害因素之一（Persson et al.，2013）。此外，还有一些新污染物危害地球系统物理结构，最典型的是消耗臭氧层的各种氟氯烷烃类化学物质（Molina and Rowland，1974;Fang et al.，2018）。
　　（5）种类多样性。新污染物主要是化学和生物化学物质，从物质微观尺度的角度看，化学物质包括以分子和高分子形态（如微米和纳米尺度的塑料颗粒）存在的物质、以分子聚集体形式存在的物质（纳米材料也可视作分子聚集体的一种特例）（唐本忠，2021），生物化学物质主要包括病毒在内的各种病原微生物。人工合成化学品是新污染物的一个重要来源，其本身就具有种类众多的特点。
　　（6）治理复杂性。传统污染物的环境影响往往具有确定性，而新污染物种类多、释放途径多，大多难以降解，在环境中含量低、空间分布差异大、环境行为复杂，环境影响底数不易摸清，导致其治理具有复杂性。需要采用环境系统工程思维（图1-1）进行新污染物的治理。
　　对化学品进行健全的管理，防控化学品的风险，防范化学品成为新污染物，是新污染物治理的关键举措。其原因在于，各种化学物质（尤其化学品）进入环境成为污染物是热力学自发的过程。在大气、水体、土壤、生物体等自然环境介质中将污染物人为去除，需要消耗额外的能量而产生新的污染，完全消除其污染几乎是不可能实现的。如果不能有效地预防和控制新污染物的污染，其在环境中的持续积累，会对人体和生态系统的健康产生“温水煮青蛙”的效果（图1-2）。
　　源头防控化学品的风险，需要量度和预测化学品的环境暴露、化学品对生命个体的暴露，以及化学品的危害性，进而评价和预测化学品的风险。这里强调化学品风险的预测，是因为在化学品成为污染物之前，难以测定其环境暴露和生物体内的内暴露水平，其风险值需要通过模型预测等手段得到。
　　进行化学品的风险防控，需要综合运用生命周期评价（life cycle assessment，LCA）、物质流分析（materialflowanalysis，MFA）、计算毒理学、绿色化学等多学科的手段（图1-1）。LCA可以识别化学品全生命周期过程的环境影响，结合绿色化学理念、为环境而设计（design for environment，DfE）等理念，提出降低环境影响的措施。MFA可以量化人类经济社会系统中化学品的生产量、进出口量、赋存量、环境释放量（单位时间的释放量，即释放速率）等，提出对化学品进行管理的措施和产业经济政策等。
　　原理上，基于MFA得到的化学品释放速率（E，mol/s），可以构建计算毒理学中的多介质环境模型，从而预测化学品的环境分布、赋存和暴露浓度。再基于生理毒代动力学（physiologically based toxicokinetics，PBTK）模型，预测化学品在人体和生物体的内暴露。结合化学品的毒性信息，实现化学品风险的预测。
　　对于风险超过管理限值、环境容量或生态环境承载能力的化学品，通过降低或阻断其环境释放和暴露，或采用毒害效应低的化学品即替代化学品来降低其危害，从而降低其风险值，实现化学品风险的源头防控。
　　改进相关产品的设计，例如在保持必要功能的同时，降低产品中化学品的含量；改进工艺，降低产品中化学品的释放速率；加强管端排放污染物去除等，都是降低或阻断化学品及新污染物环境暴露的措施。
　　采用环境持久性、生物积累性和毒性低的化学品替代原有化学品，是降低危害性（毒性）的措施，也可以降低风险。在环境释放速率相同条件下，环境持久性低的化学品，环境暴露浓度低。生物积累性低的化学品，人体和生物体内的内暴露浓度低。这些因素连同毒性的降低，共同导致风险的降低。
　　此外，对于有组织排放或管端排放的新污染物，需要强化污染控制；对于污染的场地，则需要进行污染修复，从而减少因新污染物暴露带来的风险，这些是环境学科研究的核心内容。
　　1.1.3 PBT化学品的筛查
　　原则上，在化学品管理领域，“监管”应该是多层级的。第一层级，从既有化学品中筛查具有PBT属性的化学品。第二层级，统计化学品的生产、进出口和使用量，对体量大的化学品开展环境浓度和暴露水平监测，评估其环境风险。物质流分析、生命周期评价与大数据分析的结合，可为在该层级下摸清化学品底数提供技术保障。确定化学品的环境浓度和暴露水平，评估其风险，亦需计算毒理学技术的应用。第三层级，对环境风险高的化学品加以风险管理，或者削减化学品的环境暴露、阻断暴露，或者研发替代化学品以降低其危害性。绿色化学是环境友好型替代化学品设计中需要秉承的基本理念，生命周期评价则可用于评价化学品及相关产物全生命周期过程中的环境影响。第四层级，将环境风险难以削减到可接受范围的化学品纳入优先控制化学品，对其进行环境监管，与新污染物的治理相衔接。上述多层级管理的思路，可为化学品管理体系的构建提供基本准则，从而助力新污染物治理的系统工程。