河流生態修復技術對新污染物去除的作用機制研究

梁學優，呂剛林，鄒藝娜，肖子健，劉亦凡

（1.保定學院，河北 保定 071000；2.山東省環科院環境工程有限公司，山東 濟南 250000；3.河海大學，江蘇 南京 210024）

0 引言

水是生命之源，生態之基，生產之要。污染物任意排放、水資源過度取用等曾導致我國河流污染嚴重，干涸斷流，生態系統功能嚴重受損。隨著人與自然和諧相處、可持續發展等理念深入人心，保護自然環境、修復受損河流逐漸得到重視。經過眾多研究和工程實踐，我國已形成了較為系統的河流生態修復思路，從河道至河岸，從河段到流域，從單純水質指標控制到水資源、水環境、水生態協同修復，河流生態修復的內涵和要求逐步提升。

污染物治理是河流生態修復的基礎和重點。傳統污染物的治理是現有河流生態修復的主要防控對象，然而，隨著河流生態修復要求的提升，污染物治理將不再局限于傳統種類。2021年，“重視新污染物治理”被列入《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》；2022年，國務院辦公廳印發《新污染物治理行動方案》。加強新污染物治理已成為環境保護領域的重要任務，而當前的河流生態修復技術需要對新污染物的防控效果進行深入梳理和研究。

1 常用河流生態修復技術

我國自20世紀50年代開始研究河流生態環境惡化等問題，經過多年的探索，目前已形成較為完善的河流生態修復思路和體系。常用的河流生態修復技術包括如下4個方面。

1.1 生態補水

生態補水即利用水庫水、調水工程引水以及當地再生水等水源補給生態受損河道。生態補水是保障河流生態流量、提高水體流動性、增強水環境容量和水體自凈能力的有效措施。例如，生態補水在京津冀區域廣泛應用后，河道的水系連通性明顯增強，生態系統功能得以恢復。自2019—2022年連續4年對永定河進行生態補水，補水水源來自官廳水庫、南水北調中線向永定河補水工程、污水廠再生水等多種水源，實現了永定河和黃河的聯通以及永定河貫通入海，使得沿河生態環境持續改善[1]。

1.2 河岸生態緩沖帶修復

河岸生態緩沖帶是指陸地生態系統與河流生態系統之間的連接帶和過渡區。河岸生態緩沖帶在中小河流域修復中發揮了重要作用，中小型河流對污染物的凈化能力較弱，緩沖帶修復后可有效截流污染物，減少河道內的污染物負荷。河岸生態緩沖帶修復工程的重點在于確定合適的緩沖帶寬度和緩沖帶植物。吳堯[2]通過對已有實證案例進行分析對比，發現林地緩沖帶相較于草地緩沖帶具有更強、更穩定的營養鹽和有毒有害物質去除能力。

1.3 水生植物修復

水生植物修復技術是水環境污染治理領域的重要手段，水生植物不僅可以改善河道內水利條件，增強河流自凈能力，還具備一定的景觀功能，為水生生物提供棲息環境等。植物的吸收作用、富集作用、輸氧作用以及與生物膜技術的耦合作用在水質環境改善中起到關鍵作用；而污染物去除效果通常與植物種類、生長狀況以及附著的生物膜情況有關[3]。應用水生植物修復技術時，應充分考慮實際水體的環境條件及植物生長所需條件。

1.4 控源截污、底泥疏浚

控源截污和底泥疏浚是針對已經喪失生態功能的重污染河流實施生態修復的基礎和前提?？卦唇匚奂丛谠搭^處控制污染物入河，通過關閉高污染企業，推行雨污分流制，提升污水管網覆蓋度等，大幅降低進入河流中的污染物濃度。此外，重污染河流中內源污染也是需要重點關注的問題。內源污染對水體水質造成二次污染，增加了河流生態修復的難度。底泥疏浚通過移除水體底部污泥，降低河道中污染物濃度，減少二次污染風險，改善水體水質。

2 新污染物類別及生態毒性

新污染物是指具有生物毒性、環境持久性、生物累積性等特征，且現階段尚未被有效監管的污染物，在先前的研究中被稱為“新型污染物”或“新興污染物”。新污染物具備風險隱蔽、來源廣泛、難以治理等特點，目前國際上廣泛關注的新污染物包含持久性有機物、內分泌干擾物、抗生素和微塑料等，其主要種類及危害特征如下。

2.1 持久性有機污染物

在環境中持久性存在，半衰期較長，可進行遠距離傳輸的有機物被稱為持久性有機污染物。持久性有機污染物種類繁多，在我國《重點管控新污染物清單（2022年版）（征求意見稿）》中收錄的包括全氟辛基磺酸及其鹽類和全氟辛基磺酰氟、全氟辛酸及其鹽類和相關化合物、十溴二苯醚等。以全氟辛酸磺酸為例，人體暴露途徑主要為飲用被其污染的水源。人體內累積高濃度全氟辛酸磺酸后，易引起膽固醇增高、肝功能改變以及腎癌和睪丸癌增加等。

2.2 內分泌干擾物

內分泌干擾物是指會干擾內分泌系統的激素調節，影響生殖和健康的外源性化合物。內分泌干擾物的危害機制有兩種：①部分內分泌干擾物與激素有類似的構象，可以“充當”激素與受體結合，啟動激素依賴性的生理生化活動，增強原有激素的生物學效應。②部分內分泌干擾物可以通過影響激素的生產、分解或儲存以增加或減少體內激素水平，影響天然激素作用的發揮。內分泌干擾物與多種人體健康問題相關，包括生育能力、神經系統功能等?？諝?、食物、飲用水均是人體暴露于內分泌干擾物的重要途徑。

2.3 抗生素

抗生素是指可以在低濃度下抑制或干擾其他微生物的生長和活動，甚至殺死其他微生物的化學物質?？股刈员谎邪l以來，有效降低了臨床治療成本，提高了疾病感染的治療成功率。然而，抗生素的過度使用會誘發抗生素耐藥性，抗生素耐藥性減弱了抗生素的治療效果，威脅人體健康。2019年全球約495萬患者的死亡與抗生素耐藥性相關[4]?？股乜赏ㄟ^人類和動物的尿液和糞便排出體外，通過沖洗等途徑進入水體。

2.4 微塑料

微塑料是指顆粒直徑小于5 mm、不溶于水、不可降解的微小塑料，主要來自于商業生產和大塑料的分解。攝入微塑料的風險不僅來自于材料本身，還來自于其吸附和濃縮的其他環境污染物，并通過食物鏈進行轉移和富集。目前的研究發現，微塑料廣泛分布于空氣、土壤和河流等環境中。微塑料能被生物體組織、器官甚至細胞吸收，通過氧化應激、細胞毒性等機制產生致癌性和發育毒性[5]。

3 河流生態修復技術對新污染去除的研究進展

河流生態修復是系統性治理措施，可以兼顧多種污染物的去除。因此本節以修復技術作為區分，基于各技術的特點探討不同修復技術對新污染物去除的作用機制。

3.1 生態補水對水體中新污染物的影響

生態補水對水體中新污染物的影響具有兩面性，主要取決于補水水源的類型。受人類活動干擾較小的天然水體中新污染物含量較低，其作為補水水源引入后可對待修復河流中的新污染物進行稀釋，有效降低其污染水平；而且河流水體透明度提升使光解作用增強，水質環境改善使微生物活性和分解能力增強也有利于持久性有機污染物、雌激素、抗生素等有機物的降解。然而，當使用再生水作為補水水源時，由于再生水回用標準中并未對新污染物進行規定，再生水會攜帶新污染物進入待修復河流，加重河流污染。研究表明，使用再生水補給河湖后，引入的壬基酚對部分魚類雌激素產生了一定生態風險[6]。此外，補水過程中水流流速加快還可能會沖擊底泥，導致累積在底泥中的新污染物再次釋放。

3.2 河岸生態緩沖帶修復對新污染物的去除機制

河岸生態緩沖帶修復對新污染物的去除機制主要為截留和轉化來自面源的新污染物。城市和農業活動是新污染物產生的重要來源，建筑材料垃圾、汽車輪胎磨損、大氣沉降等使持久性有機污染物、微塑料等新污染物積蓄在城市地面上；農業活動中農藥使用、有機肥施用等使持久性有機污染物、抗生素等殘留在農田中。在降水和徑流作用下，新污染物進入受納水體。河岸生態緩沖帶作為新污染物入河的最后一道屏障，通過土壤顆粒和植物根系的吸附和過濾作用將新污染物截留在緩沖帶內，截留在緩沖帶內的新污染物還會在植物和微生物的作用下被轉化。因此，河岸生態緩沖帶能夠在受到面源污染和未受到面源污染時交替發揮截留和轉化作用，給河道水體提供可持續性保護作用。

3.3 水生植物修復對水體中新污染物的去除機制

水生植物修復對水體中新污染物的去除機制與河岸生態緩沖帶修復有類似之處，主要依靠植物吸收轉化作用與生物膜中微生物的降解作用?？紤]到新污染物在水體環境中通常濃度較低，水生植物修復是一種更經濟、更適用于大規模應用的技術手段。針對不同新污染物，去除的主導作用機制也有所不同。例如，微生物對持久性有機污染物的降解能力較差，植物的吸收、富集和轉化在持久性有機污染物去除中起關鍵作用[7]。而對于易降解的內分泌干擾物和抗生素等，植物根際或其支撐材料中的微生物降解也起到關鍵作用[8]。

3.4 控源截污和底泥疏浚對水體中新污染物的去除機制

控源截污可有效阻止點源污染中的新污染物進入水體。生產、生活廢水中新污染物濃度通常較高，但由于其集中收集和排放的特性，更易于管理和控制。因此，對河流中新污染物進行溯源，并在此基礎上關閉高污染排放管道，嚴格控制新污染物入河總量和濃度，是新污染治理的首要步驟。對于新污染物污染較為嚴重的河流，如城市河流、高濃度污水受納水體，定期進行底泥疏?？梢砸瞥鄯e在底泥中且短期內不易降解的新污染物，有效降低其二次污染的風險。在眾多污染物中，重金屬和有機污染物是沉積在底泥中最重要的兩類物質，而新污染物多屬于有機污染物范疇，其在底泥中的生態風險不容忽視，因此定期進行底泥疏浚具有必要性。

4 結語

本文重點探討了河流生態修復技術中生態補水、河岸生態緩沖帶修復、水生植物修復、控源截污和底泥疏浚對新污染物的去除作用?？傮w上，不同的河流生態修復技術對新污染物的去除均有正向作用，但是目前相關研究較少，缺乏必要的系統性評估，建議針對重點管控的新污染物進行源頭和遷移轉化途徑識別，通過技術革新加強薄弱環節的去除效果，有效防范河流生態系統中新污染物的環境與健康風險。