道路上車水馬龍，車輛川流不息。

全球範圍內，每年生產的輪胎數量約31億條；在車輛行駛過程中，輪胎與路面摩擦所產生的磨損顆粒物每年可達約800萬噸。與此同時，輪胎回收材料被廣泛應用於人工草坪、城市基礎設施等領域，也成爲水體中輪胎源污染物的潛在來源。隨着氣候變化引發的極端降水事件日漸頻發，大量的輪胎顆粒隨地表徑流進入湖泊河流，釋放出種類繁多、結構各異的輪胎源污染物，正在對全球的水質安全造成威脅。

我是劉超，是中國科學院生態環境研究中心的研究員，主要研究方向就是水質安全保障。本篇文章就爲大家分享一個我們團隊關於輪胎顆粒與水質安全的最新發現。

爆胎引起的思考

2018年的一天，我在驅車上班的路上，突然汽車傳來嘎嘎的異響，頓時儀表盤上胎壓驟降爲零，我意識到：爆胎了。

當我將車停在路邊，換上備胎後，我發現舊輪胎的胎面已近磨平。此時，我在想消失的輪胎磨損顆粒去哪裏了？它們會對水質安全會造成風險嗎？輪胎生產過程中除了橡膠和炭黑外，加入了大量的抗氧化劑、塑化劑、硫化劑等化學物質，這些污染物在水處理過程中是否會產生二次風險？

當時幾近磨平的舊輪胎

（圖片來源：作者自攝）

2021年，《科學》期刊上發表的一篇論文引起了大家對輪胎磨損顆粒的關注。這些微小的顆粒竟是導致美國城市溪流中魚兒死亡的“罪魁禍首”。輪胎中廣泛使用的抗氧化劑N-(1,3-二甲基丁基)-N''-苯基對苯二胺（6PPD）會被空氣中的臭氧氧化，生成6PPD-醌。該物質具有很強的毒性，在約100納克/升時，即可導致銀大馬哈魚的急性死亡。

這驗證了我之前的假設——輪胎磨損顆粒釋放的污染物，通過徑流進入地表水，會對水生生物產生潛在的威脅。在水處理消毒氧化處理過程中，輪胎源污染物會發生化學轉化。其細胞毒性如何變化？主導水體毒性效應的“隱形殺手”是什麼？

“隱形殺手”現形記

爲了揭祕輪胎裏的“隱形殺手”，我們從輪胎回收中心採集了輪胎顆粒物樣品，在實驗室進行篩分，篩出尺寸在100微米以內的顆粒物，我們將這些顆粒物加入純水中，攪拌3天后，將顆粒物濾去，收集了輪胎顆粒物在水中的浸出液。

將輪胎顆粒物加入純水中進行攪拌

（圖片來源：作者自攝）

爲了揭示水消毒處理過程中輪胎顆粒污染水體的毒性變化，我們以中國倉鼠卵巢細胞爲受體，量化它們的細胞毒性效應——細胞暴露在污染物72小時後的損傷或死亡程度。

然而，將細胞直接暴露在受輪胎顆粒污染水體中，通常觀測不到細胞的損傷，這是由於水樣中的污染物含量太低。爲了克服這一難題，我們將水樣濃縮一萬倍以上，得到含量上升萬倍的污染物提取物，再比較不同消毒方式處理後污染物提取物對細胞的損傷。

結果令人震驚：水處理過程中常規使用的消毒劑：氯胺、次氯酸鈉和臭氧，顯著加劇了受輪胎顆粒污染水體的細胞毒性。氯胺、氯、臭氧消毒可分別使受輪胎顆粒影響水體的細胞毒性提高4.0、3.0和0.4倍。值得注意的是，這些數值比消毒後湖水的細胞毒性高出許多倍——從3到6倍不等，可高達歐洲、美國自來水細胞毒性的33和9倍（圖3）。輪胎源污染物在消毒過程中可生成高毒性轉化產物，這凸顯了輪胎源污染物在消毒過程中帶來的獨特且令人擔憂的風險。

受輪胎顆粒影響水體消毒前後的中華倉鼠卵巢細胞毒性

（圖片來源：參考文獻[1]）

爲了進一步識別誘導毒性升高的“殺手”，我們深入探究了導致細胞毒性增強的化學轉化機制，利用高分辨率的質譜檢測儀，採用非靶向分析技術——這種方法無需知道水樣中的污染物清單，根據質譜測定的準確分子量信息，利用化學品的質譜庫進行匹配，可以識別未知的轉化產物。在受輪胎顆粒污染的水體中，我們識別了300多種衡量的有毒污染物。經過消毒處理後，這些污染物消失了，但是它們的滷代轉化產物（主要是溴代和碘代產物）含量顯著增加。輪胎添加劑和消毒劑之間的相互作用導致這些複雜滷代產物的生成，導致細胞毒性的升高。

在300多種輪胎源污染物中，我們準確測定苯並噻唑、苯酚、二苯甲酮和芳胺類等33種有毒化合物的含量（在納克/升到微克/升之間）。我們發現儘管其含量較低——佔輪胎顆粒污染水體總有機物質量的5%，但卻貢獻了近1/3的細胞毒性。這種不成比例的毒性貢獻表明：水中某些污染物，儘管其處於微量水平，也會嚴重威脅水質安全。如果僅關注總有機碳等傳統水質指標，可能低估了實際的水質風險。

“隱形殺手”無處遁逃

在城市化和氣候變化的背景下，降水後地表徑流中輪胎顆粒物的含量會顯著增加，水處理廠的飲用水和污水中輪胎源污染物的含量也會隨之上升。依據水環境中輪胎顆粒的含量進行估算，城市徑流排放到水源後，最高可將經消毒處理的地表水細胞毒性提升6倍。這表明消毒過程中產生的有毒滷代副產物可能會季節性地激增，對現行的水處理工藝構成挑戰。對於高度城市化、人口密集、徑流量佔地表水資源量比例高的地區，需評估輪胎源污染物對水質安全的影響。

針對輪胎源污染物引起的潛在水質風險，未來可考慮採取如下舉措：

1. 減少輪胎磨損顆粒釋放。推薦經常駕駛的人選購低磨損的輪胎，定期檢查輪胎氣壓和車軸設置，更換季節性輪胎，並保持平穩的駕駛風格。這些措施不僅可以減少輪胎磨損，保護環境，還可以節省成本，保障駕駛安全。

2. 增加輪胎源污染物的監管。在全球城市化和車輛交通密度上升的背景下，公共衛生專家、政策制定者和城市規劃者需要將輪胎顆粒和降解產物納入監管體系，定期檢測這些新污染物，評估其與傳統污染物的複合毒理效應。

3. 開發環境友好型輪胎添加劑。輪胎廠商亟需優化生產工藝，替代目前配方中對環境有害的添加劑組分，開發能夠降解爲無害物質的綠色添加劑，並使輪胎生產與可持續發展目標保持一致。

4. 去除徑流中的輪胎顆粒物。未來可考慮採用生物穩定塘工藝截留徑流中輪胎顆粒物，特別是在隧道清洗和賽車比賽等情景下。源頭控制這些顆粒物有助於降低受納水體中輪胎源污染物的含量。

5. 優化水處理工藝。針對輪胎源污染物含量較高的水體，水處理廠可考慮採用投加粉末活性炭、臭氧高級氧化等工藝去除這些有害污染物，以降低後續消毒工藝導致的二次風險。

參考文獻：

[1] LIU H, WANG R, HU C, et al. Unveiling the mammalian cell cytotoxicity of tyre-impacted water in disinfection [J]. Nature Water, 2025, 3(8): 902-12.

出品：科普中國

作者：劉超（中國科學院生態環境研究中心）

監製：中國科普博覽