饮用水安全是关乎民生的国家大事，不仅直接反映了人民生活质量和社会发展水平，同时关系到国家和社会的稳定运行。我国政府高度重视饮用水处理，实施《水污染防治行动计划》（简称水十条），《城市供水条例》及农村饮水安全工程，全面保障城乡用水安全。为支持上述政策的落实及切实提高饮用水供水服务水平，我国积极鼓励科技创新，不断提高饮用水处理工艺水平和能力，提升饮用水水质和供水服务水平，确保人民群众能够用到安全、健康的饮用水。
随着人民生活水平的提高，对饮用水安全的需求，也从过去的能喝，逐渐提升到喝的健康，健康、高品质逐渐成为了多数人民群众对饮用水需求的新标签。但是，我国的饮用水处理面临着多种困难与挑战，主要包括对成本的要求，各地的水质差异，水中污染物逐年增加以及现有的饮用水处理过程中会形成数千种有生物毒性的消毒副产物。这些问题犹如横亘在我们面前的屏障，阻碍着我们饮水需求的满足。俞文正研究员深知提升饮用水水质的重要性，他肩负起了改进现有饮用水处理工艺，开发低成本且高效的新技术的光荣使命。不畏困难和挑战致力于破解饮水难题，通过科学研究提出创新性的解决方案，同时积极推动这些成果在实际中的应用，为人民的饮水安全贡献智慧和力量。
创新工艺减少疾病风险，前沿科研保障饮水安全
在饮用水处理研究领域，俞文正研究员长期致力于混凝工艺和机理研究、生物慢滤工艺研究、饮用水中消毒副产物与疾病的关系、以及饮用水深度处理技术研究，为绿色饮用水处理研究做出了卓越的贡献。
在饮用水混凝工艺和机制研究领域，俞文正研究员首次揭示了混凝去除天然有机物的关键机制。通过深入研究，他发现小分子有机物通过改变絮体结构的方式，以及与絮体表面活性位点的特定结合规律，能够显著影响混凝工艺对有机物的去除效率（图1）。这一发现为我们更好地理解混凝过程中的有机物去除机制提供了新的视角。同时，他首次发现了有机物的性质与混凝效率的联系，阐明了混凝工艺对不同水源水中有机物去除效率差异的作用机制，解释混凝剂对不同官能团的响应具有显著差异的原理，为实际应用中混凝工艺的调控和改进提供理论依据（图2）。
图1.絮体生长及混凝去除有机物的机制：羟基桥在碱性条件的断裂限制了破碎絮体的再生，-OH和-OH2在絮体生长和有机物去除方面起着重要作用。
图2. 氢氧化铝析出物和不同有机官能团的反应过程机制：醋酸盐(a)，葡萄糖酸盐(b)，水杨酸盐(c)和邻苯二甲酸盐(d)。
在饮用水生物慢滤工艺研究方面，俞文正研究员也取得了重大突破。面对传统处理中NOM去除效率低的难题，他成功研发绿色生物慢滤工艺，结合预氧化、新型填料和无泡曝气技术（图3），实现高效低能耗的NOM去除（图4）。他还进一步创新臭氧预氧化-上流式生物慢滤工艺，同步去除硫酸根，提升处理效果。不仅如此，通过研究他还发现，FexO/FeNC@AC作为填料，能显著增强对NOM及难降解有机物的去除能力，并将其应用于生物慢滤的填料（图5）。
图3. 无泡曝气生物慢滤工艺降低长期运行出水有机物含量（DOC，图A），并提高了内部溶解氧浓度（DO，图B），提升NOM中低O/C及高H/C比的难降解有机物的去除，曝气改变了生物膜结构并降低了胞外聚合物（EPS，蛋白和多糖）分泌（图D-F），提高了电子转移效率（图G-I），改变了微生物群落组成，提高了其生物降解功能（图J-K）。
图4. 基于生物活性炭的生物慢滤工艺研究成果总结。
图5. FexO和FeNC修饰的活性炭（FexO/FeNC@AC）填料强化生物慢滤去除天然水体中的NOM及机理示意图。
在饮用水水质与群体健康研究领域，俞文正研究员重新阐释了有机物消毒后形成的消毒副产物与膀胱癌发病率的显著统计学相关性（美国上世纪70年代科技工作者的结论是相关但并不显著），对已有的消毒副产物诱发膀胱癌的流行病学研究结果进行了有力补充（图6）。针对上述问题，他通过研究发现，中/大分子生物聚合物在纳滤膜表面形成的功能调控层，能强化截留小分子有机物，减缓膜污染，提高水质。该研究打破了固有观念，为净水工艺的优化发展提供了新思路。（图7）。他的研究为政府制定饮用水安全政策提供重要参考，引起公众对饮用水中消毒副产物的关注。
图6. 全国自来水中消毒副产物分布、环境驱动因子、健康风险及纳滤去除效率。
图7. 膜表面生物聚合物对纳滤膜性能的影响机制：生物聚合物在微量条件下能减轻纳滤膜污染（图A）和提升出水水质（图B-D）
科研成果多地应用，深入探索健康饮水新未来
基于对混凝工艺机理的研究成果，俞文正研究员成功研发了新型混凝工艺和新型混凝剂。这些新技术不仅具有高效、环保的优点，而且在实际应用中展现出了显著的效果。他成功地将这些新技术应用于山西永鑫煤化工企业焦化废水的深度处理工艺中，有效提高了废水处理效率，降低了环境污染。此外，在杭州盾构污泥脱水工程和亚运会水上运动项目的河道污泥混凝脱水工程中，新型混凝工艺也发挥了重要作用，为工程的顺利实施提供了有力保障（图8）。
图8. 与中国电建集团华东勘测设计研究院杭州亚运会水上运动项目-河道污泥脱水项目。
基于消毒副产物的研究，俞文正研究员成功获得多项中国发明专利，并开发出自主知识产权的纳滤净水装备。在北京密云水库周边建立的中试示范工程证实了纳滤膜在降低膜污染和提高有机物去除率方面的优势，有效削减消毒副产物前驱物（图9）。此外，他还联合多家单位编制了《自来水中消毒副产物终端纳滤去除技术规程》。与河南净水企业共同研制的社区小型纳滤净水设备已在多地成功推广，投入商业运行，为公众提供更加安全健康的饮用水（图10）。
俞文正研究员在饮用水处理领域开展了有机物的转化与去除机制及工艺研究，同时关注水质与慢性疾病关联。其研究跨学科，前瞻性强，首次将统计方法应用于水质健康研究，溯源慢性疾病的饮用水污染物，并开发净化技术降低潜在致病物质含量。这些工作瞄准国家重大需求，为提供高品质饮用水贡献力量，发展出独特的溯源手段与净化技术方案，推动饮用水安全保障技术发展，提升了人民健康与幸福指数。
在未来，俞文正研究员将继续深入研究混凝机理，突破传统工艺瓶颈；成果转化上，他将开发新型混凝剂并优化特定工艺，践行绿色环保水处理理念。同时，他也将关注饮用水水质与群体健康的关系，研究水质特性、污染物与慢性疾病的相关性。此外，他也将推广生物慢滤、纳滤等深度处理工艺，推动水质标准提升，积极参与标准与政策的制定和实施，为保障人民健康不懈努力。
引领水质标准创新，助力高品质饮用水研究
基于上述研究成果，俞文正研究员以第一完成人牵头编制了《自来水中消毒副产物终端纳滤去除技术规程》团体标准和《村镇中小型集中式饮用水供水生物慢滤-超滤一体化深度净化装备》团体标准，在为人民群众提供高品质饮用水方面做出了积极贡献。同时，俞文正研究员已发表SCI论文150余篇，其中以第一/通讯作者在Nature Sustainability、Nature Water、Environmental Science & Technology（14）、Water Research（33）、Applied Catalysis B: Environmental（2）、Nano Energy、npj Cleaning Water、Engineering等期刊发表SCI研究论文143篇（近5年104篇），总被引用超过5000次（截止2024年3月16日，Google Scholar），H-index为42。申请发明专利11件（授权7件）。多项研究成果服务中国电建、中冶京城等多家央企和国企，部分成果已完成商业化转化。
当然，俞文正研究员的成就也离不开他的团队。他的团队一直以来都在饮用水水质科学研究领域耕耘，致力于发现新现象、探索新机制、开发新方法、提升新标准。他们的努力不仅在学术界广受关注，而且在实际应用中具有巨大价值。这些成果有助于提升饮用水处理技术、改进工艺、提高水质，进而提升公众健康水平，降低疾病发病率，减轻公共医疗负担，为人民群众福祉和国家社会发展作出贡献。
人物简介：俞文正，男，中国科学院生态环境研究中心研究员，现为英国皇家化学学会会士（Fellow of the Royal Society of Chemistry (FRSC)）和英国皇家艺术、制造和商业学会会士，并获北京市杰出青年基金、国家海外高层次青年人才项目、欧盟玛丽居里国际引进学者等资助。于2021、2022和2023年连续3年入选全球前2%顶尖科学家榜单（环境领域），2022年和2023年入选全球顶尖前10万名科学家榜单（终身学术影响力榜）。此外，俞文正研究员目前还担任北京市房山区生态环境局副局长（挂职），中国城市科学研究会韧性城市专业委员会委员、IWA中国膜分离协会理事、中国水利学会青年科技工作委员会委员、中国大坝工程学会青年委员会委员、中国腐植酸工业协会第六届理事会理事、巴塞尔公约亚太区域中心化学品和废物环境管理智库专家，同时担任过及正在担任Membranes（期刊，IF 4.5）编委、Chinese Chemical Letters（期刊，IF 6.67，至2022年6月止）编委、Frontiers of Environmental Science & Engineering （期刊，IF 6.7，至2023年12月止）青年编委和Frontiers in Environmental Chemistry副主编；担任2020年中国环境科学学会科学技术年会：水处理中膜的新材料新方法专题分会场召集人，并受邀在2020年中国颗粒学会、2022年中国水利学会等年会的分会场做主旨报告。（文/白小果）
