消失的轮胎颗粒去哪了？它们正在入侵水体，威胁着水质安全……

道路上车水马龙，车辆川流不息。

全球范围内，每年生产的轮胎数量约31亿条；在车辆行驶过程中，轮胎与路面摩擦所产生的磨损颗粒物每年可达约800万吨。与此同时，轮胎回收材料被广泛应用于人工草坪、城市基础设施等领域，也成为水体中轮胎源污染物的潜在来源。随着气候变化引发的极端降水事件日渐频发，大量的轮胎颗粒随地表径流进入湖泊河流，释放出种类繁多、结构各异的轮胎源污染物，正在对全球的水质安全造成威胁。

我是刘超，是中国科学院生态环境研究中心的研究员，主要研究方向就是水质安全保障。本篇文章就为大家分享一个我们团队关于轮胎颗粒与水质安全的最新发现。

爆胎引起的思考

2018年的一天，我在驱车上班的路上，突然汽车传来嘎嘎的异响，顿时仪表盘上胎压骤降为零，我意识到：爆胎了。

当我将车停在路边，换上备胎后，我发现旧轮胎的胎面已近磨平。此时，我在想消失的轮胎磨损颗粒去哪里了？它们会对水质安全会造成风险吗？轮胎生产过程中除了橡胶和炭黑外，加入了大量的抗氧化剂、塑化剂、硫化剂等化学物质，这些污染物在水处理过程中是否会产生二次风险？

当时几近磨平的旧轮胎

（图片来源：作者自摄）

2021年，《科学》期刊上发表的一篇论文引起了大家对轮胎磨损颗粒的关注。这些微小的颗粒竟是导致美国城市溪流中鱼儿死亡的“罪魁祸首”。轮胎中广泛使用的抗氧化剂N-(1,3-二甲基丁基)-N'-苯基对苯二胺（6PPD）会被空气中的臭氧氧化，生成6PPD-醌。该物质具有很强的毒性，在约100纳克/升时，即可导致银大马哈鱼的急性死亡。

这验证了我之前的假设——轮胎磨损颗粒释放的污染物，通过径流进入地表水，会对水生生物产生潜在的威胁。在水处理消毒氧化处理过程中，轮胎源污染物会发生化学转化。其细胞毒性如何变化？主导水体毒性效应的“隐形杀手”是什么？

“隐形杀手”现形记

为了揭秘轮胎里的“隐形杀手”，我们从轮胎回收中心采集了轮胎颗粒物样品，在实验室进行筛分，筛出尺寸在100微米以内的颗粒物，我们将这些颗粒物加入纯水中，搅拌3天后，将颗粒物滤去，收集了轮胎颗粒物在水中的浸出液。

将轮胎颗粒物加入纯水中进行搅拌

（图片来源：作者自摄）

为了揭示水消毒处理过程中轮胎颗粒污染水体的毒性变化，我们以中国仓鼠卵巢细胞为受体，量化它们的细胞毒性效应——细胞暴露在污染物72小时后的损伤或死亡程度。

然而，将细胞直接暴露在受轮胎颗粒污染水体中，通常观测不到细胞的损伤，这是由于水样中的污染物含量太低。为了克服这一难题，我们将水样浓缩一万倍以上，得到含量上升万倍的污染物提取物，再比较不同消毒方式处理后污染物提取物对细胞的损伤。

结果令人震惊：水处理过程中常规使用的消毒剂：氯胺、次氯酸钠和臭氧，显著加剧了受轮胎颗粒污染水体的细胞毒性。氯胺、氯、臭氧消毒可分别使受轮胎颗粒影响水体的细胞毒性提高4.0、3.0和0.4倍。值得注意的是，这些数值比消毒后湖水的细胞毒性高出许多倍——从3到6倍不等，可高达欧洲、美国自来水细胞毒性的33和9倍（图3）。轮胎源污染物在消毒过程中可生成高毒性转化产物，这凸显了轮胎源污染物在消毒过程中带来的独特且令人担忧的风险。

受轮胎颗粒影响水体消毒前后的中华仓鼠卵巢细胞毒性

（图片来源：参考文献[1]）

为了进一步识别诱导毒性升高的“杀手”，我们深入探究了导致细胞毒性增强的化学转化机制，利用高分辨率的质谱检测仪，采用非靶向分析技术——这种方法无需知道水样中的污染物清单，根据质谱测定的准确分子量信息，利用化学品的质谱库进行匹配，可以识别未知的转化产物。在受轮胎颗粒污染的水体中，我们识别了300多种衡量的有毒污染物。经过消毒处理后，这些污染物消失了，但是它们的卤代转化产物（主要是溴代和碘代产物）含量显著增加。轮胎添加剂和消毒剂之间的相互作用导致这些复杂卤代产物的生成，导致细胞毒性的升高。

在300多种轮胎源污染物中，我们准确测定苯并噻唑、苯酚、二苯甲酮和芳胺类等33种有毒化合物的含量（在纳克/升到微克/升之间）。我们发现尽管其含量较低——占轮胎颗粒污染水体总有机物质量的5%，但却贡献了近1/3的细胞毒性。这种不成比例的毒性贡献表明：水中某些污染物，尽管其处于微量水平，也会严重威胁水质安全。如果仅关注总有机碳等传统水质指标，可能低估了实际的水质风险。

“隐形杀手”无处遁逃

在城市化和气候变化的背景下，降水后地表径流中轮胎颗粒物的含量会显著增加，水处理厂的饮用水和污水中轮胎源污染物的含量也会随之上升。依据水环境中轮胎颗粒的含量进行估算，城市径流排放到水源后，最高可将经消毒处理的地表水细胞毒性提升6倍。这表明消毒过程中产生的有毒卤代副产物可能会季节性地激增，对现行的水处理工艺构成挑战。对于高度城市化、人口密集、径流量占地表水资源量比例高的地区，需评估轮胎源污染物对水质安全的影响。

针对轮胎源污染物引起的潜在水质风险，未来可考虑采取如下举措：

1. 减少轮胎磨损颗粒释放。推荐经常驾驶的人选购低磨损的轮胎，定期检查轮胎气压和车轴设置，更换季节性轮胎，并保持平稳的驾驶风格。这些措施不仅可以减少轮胎磨损，保护环境，还可以节省成本，保障驾驶安全。

2. 增加轮胎源污染物的监管。在全球城市化和车辆交通密度上升的背景下，公共卫生专家、政策制定者和城市规划者需要将轮胎颗粒和降解产物纳入监管体系，定期检测这些新污染物，评估其与传统污染物的复合毒理效应。

3. 开发环境友好型轮胎添加剂。轮胎厂商亟需优化生产工艺，替代目前配方中对环境有害的添加剂组分，开发能够降解为无害物质的绿色添加剂，并使轮胎生产与可持续发展目标保持一致。

4. 去除径流中的轮胎颗粒物。未来可考虑采用生物稳定塘工艺截留径流中轮胎颗粒物，特别是在隧道清洗和赛车比赛等情景下。源头控制这些颗粒物有助于降低受纳水体中轮胎源污染物的含量。

5. 优化水处理工艺。针对轮胎源污染物含量较高的水体，水处理厂可考虑采用投加粉末活性炭、臭氧高级氧化等工艺去除这些有害污染物，以降低后续消毒工艺导致的二次风险。

参考文献：

[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.

作者：刘超（中国科学院生态环境研究中心）