近日，南方科技大学环境科学与工程学院讲席教授郑焰课题组为助力实现“消除全球水砷暴露”公共卫生目标，针对饮用高砷地下水直接暴露、灌溉间接暴露引发不同程度砷中毒这一严峻水环境健康问题，研发了一系列相关的技术和设备。团队在地下水砷的家用处理、原位去除、现场检测和形态分析等方面取得重要进展，相关成果发表在学术期刊 Nature Water, Environmental Science &Technology, ACS ES&T Water, Journal of Environmental Sciences 上。

砷形态分析技术将应用于郑焰教授负责的国家自然科学基金委陆-海过渡带环境与生态科学创新群体项目的研究中，有利于厘清海洋生物中多种有机砷的成因及其代谢机制。

研发除砷领域新技术，助力解决国际性难题

无机砷含有剧毒，若长期饮用含有超过10微克/升无机砷的水将会引发多种涉及癌症的健康问题。砷和无机砷化合物为世界卫生组织国际癌症机构公布的1类致癌物。然而，这种危险物质却在全球七十多个国家和地区供农村居民饮用的地下水井中被广泛检测出，地下水砷暴露人口已超过1亿。

家用小型三级除砷净水器

除砷是解决砷暴露的重要手段，但地下水中的无机砷以不带电荷、难被吸附的亚砷酸（H3AsO3）为主，去除效果不佳，通常还要使用次氯酸钠等液态氧化剂，将亚砷酸氧化为带电荷、易被吸附的砷酸根（自然水体中性pH条件下以H2AsO4-和HAsO42-为主）后再去除。使用液态氧化剂预处理存在着占地面积大、价格高昂等成本问题，导致现有家庭水砷处理技术的可适用性不强。

基于此，郑焰团队研发了锰基固态氧化剂预处理技术，进一步设计了占地小、成本低的三级家庭小型除砷净水器。该净水器具有除砷效率高、维护简单、占地小、价格便宜、耗材易替换等优点。针对上述除砷净水器，郑焰团队联合史蒂文斯理工学院孟晓光教授分别在美国的新泽西州和我国北方干旱地区开展了实际应用评估。经过在新泽西州4个月和在我国北方28个月的投放试验，新研发的净水器除砷成本低，每升水的净化成本小于0.073元，减少大量成本，有效提升了净化的效率。“这应该能为助力‘消除全球水砷暴露’这一公共卫生目标尽一份力。我们呼吁各国相关监管部门和行业协会在批准或授权砷去除技术和设备之前，开展类似的长期投放试验评估。”郑焰说道。

 结缘南科大，致力提升全球水卫生情况

郑焰教授于14岁考入中国科学技术大学地球和空间科学系，毕业后继续前往美国深造，获得哥伦比亚大学海洋地球化学博士学位。2016年，她正式加入南方科技大学，担任环境科学与工程学院讲席教授，并着手组建紧扣水环境与健康研究前沿的实验室。

“我回国工作的第一站是北京大学，当时南科大刚建立没多久，作为一所新型研究型大学，先进的观念非常吸引我。我来这里的想法也很简单，想和学校一起成长。环境学院也正好在我生日那天获批成立，我认为我们之间存在着奇妙的缘分。”回忆起初到南科大的时光，郑焰感慨万千。

郑焰教授水环境与健康团队成员

提及自身研究，郑焰说道：“我对水环境研究一直很感兴趣，想为提升全球水卫生情况做出贡献，并一直在为实现这个目标而努力。”郑焰于2010年当选美国地质学会会士，并在多个学术机构和国际组织担任重要职务，包括美国纽约哥伦比亚大学拉蒙特多尔蒂地球观测所兼职副研究员、联合国儿童基金会驻孟加拉国水环境卫生项目专员等。在联合国任职期间，她领导了一个约20人的团队，将多年的研究成果应用于孟加拉国地下水资源的开发，成功解决了200万高砷暴露人口的饮水安全问题，为国际社会的可持续发展做出了杰出贡献。

不畏困难，与学生共同成长

高砷地下水灌溉导致的土壤砷污染、农作物尤其稻米砷积累的人体健康风险，也已成为关乎作物安全的焦点问题。传统原位吸附除砷方法难以有效去除电中性的亚砷酸H3AsO3，三价铁基的吸附剂在以还原条件为主的高砷含水层中不稳定，同时还面临着含水层条件复杂、介质非均质性强等诸多挑战。

郑焰带领团队成员开展野外水文地质钻探工作

郑焰团队设计了基于机理模型指导的野外试验，在地下水砷背景值为200±52 μg/L的研究区建立了试验场地，并在其中一个试验点开展了两次单井注抽试验，试验周期分别为46天和145天。通过连续注入少量亚铁-硝酸盐试剂，在含水层目标层位形成亚铁磁性矿物的原位吸附区，分别抽出了达到灌溉用水标准的地下水15方和70多方。该低成本原位除砷技术有保障灌溉用水安全，防患米砷等暴露的应用前景，为原位除砷提供了新的视角和策略。

还原性高砷含水层原位生成磁铁矿除砷示意图

“我们团队一直很辛苦，需要开展大量的野外调查、打钻、采样、场地试验等工作。野外工作不同于室内实验，经常面临着天气恶劣、环境艰苦、人手不足等困难。甚至有一回，我们在野外的采样工具、现场测试仪器都丢失了，幸好沉积物和地下水样品完好无损，这非常考验科研人员的应变能力。”提及研究过程，郑焰表示遇到困难是很普遍的：“就算再苦再难，我们也都能克服。但如果由于沟通不善，导致野外工作被叫停，学生们的热情就会骤减，工作效率提升不上去。所以我会不断鼓励他们，不要害怕辛苦，一鼓作气，做科研是需要坚持不懈的。”

郑焰表示，在与学生相处的过程中，她的抗压能力也在不断地提升。老师如果不带头，学生更加无法在这样的环境中坚持下来：“能和他们一起成长，是一件很开心的事。我希望学生们能珍惜当下，劳逸结合，用好每一分钟。”

未来，郑焰还会开展“人工智能赋能近海生态环境预报”相关研究，实现水环境包括水库、湖泊、近海的有害藻华事件预警。“未来一两年，我们会在粤港澳大湾区的陆海过渡带选取的几个有代表性研究区，做大量的野外观测和实验，逐步推进模型模拟工作，尽己所能为维护人类健康尽一份力。”

供稿：环境科学与工程学院

通讯员：周亦潆

编辑：曾昱雯