河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)對新污染物去除的作用機制研究

梁學(xué)優(yōu)，呂剛林，鄒藝娜，肖子健，劉亦凡

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

0 引言

水是生命之源，生態(tài)之基，生產(chǎn)之要。污染物任意排放、水資源過度取用等曾導(dǎo)致我國河流污染嚴(yán)重，干涸斷流，生態(tài)系統(tǒng)功能嚴(yán)重受損。隨著人與自然和諧相處、可持續(xù)發(fā)展等理念深入人心，保護自然環(huán)境、修復(fù)受損河流逐漸得到重視。經(jīng)過眾多研究和工程實踐，我國已形成了較為系統(tǒng)的河流生態(tài)修復(fù)思路，從河道至河岸，從河段到流域，從單純水質(zhì)指標(biāo)控制到水資源、水環(huán)境、水生態(tài)協(xié)同修復(fù)，河流生態(tài)修復(fù)的內(nèi)涵和要求逐步提升。

污染物治理是河流生態(tài)修復(fù)的基礎(chǔ)和重點。傳統(tǒng)污染物的治理是現(xiàn)有河流生態(tài)修復(fù)的主要防控對象，然而，隨著河流生態(tài)修復(fù)要求的提升，污染物治理將不再局限于傳統(tǒng)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(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標(biāo)綱要》；2022年，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《新污染物治理行動方案》。加強新污染物治理已成為環(huán)境保護領(lǐng)域的重要任務(wù)，而當(dāng)前的河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)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(tài)修復(fù)技術(shù)

我國自20世紀(jì)50年代開始研究河流生態(tài)環(huán)境惡化等問題，經(jīng)過多年的探索，目前已形成較為完善的河流生態(tài)修復(fù)思路和體系。常用的河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)包括如下4個方面。

1.1 生態(tài)補水

生態(tài)補水即利用水庫水、調(diào)水工程引水以及當(dāng)?shù)卦偕人囱a給生態(tài)受損河道。生態(tài)補水是保障河流生態(tài)流量、提高水體流動性、增強水環(huán)境容量和水體自凈能力的有效措施。例如，生態(tài)補水在京津冀區(qū)域廣泛應(yīng)用后，河道的水系連通性明顯增強，生態(tài)系統(tǒng)功能得以恢復(fù)。自2019—2022年連續(xù)4年對永定河進行生態(tài)補水，補水水源來自官廳水庫、南水北調(diào)中線向永定河補水工程、污水廠再生水等多種水源，實現(xiàn)了永定河和黃河的聯(lián)通以及永定河貫通入海，使得沿河生態(tài)環(huán)境持續(xù)改善[1]。

1.2 河岸生態(tài)緩沖帶修復(fù)

河岸生態(tài)緩沖帶是指陸地生態(tài)系統(tǒng)與河流生態(tài)系統(tǒng)之間的連接帶和過渡區(qū)。河岸生態(tài)緩沖帶在中小河流域修復(fù)中發(fā)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(fù)后可有效截流污染物，減少河道內(nèi)的污染物負(fù)荷。河岸生態(tài)緩沖帶修復(fù)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(fā)現(xiàn)林地緩沖帶相較于草地緩沖帶具有更強、更穩(wěn)定的營養(yǎng)鹽和有毒有害物質(zhì)去除能力。

1.3 水生植物修復(fù)

水生植物修復(fù)技術(shù)是水環(huán)境污染治理領(lǐng)域的重要手段，水生植物不僅可以改善河道內(nèi)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(huán)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(shù)的耦合作用在水質(zhì)環(huán)境改善中起到關(guān)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(guān)[3]。應(yīng)用水生植物修復(fù)技術(shù)時，應(yīng)充分考慮實際水體的環(huán)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(jīng)喪失生態(tài)功能的重污染河流實施生態(tài)修復(fù)的基礎(chǔ)和前提。控源截污即在源頭處控制污染物入河，通過關(guān)閉高污染企業(yè)，推行雨污分流制，提升污水管網(wǎng)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(nèi)源污染也是需要重點關(guān)注的問題。內(nèi)源污染對水體水質(zhì)造成二次污染，增加了河流生態(tài)修復(fù)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(fēng)險，改善水體水質(zhì)。

2 新污染物類別及生態(tài)毒性

新污染物是指具有生物毒性、環(huán)境持久性、生物累積性等特征，且現(xiàn)階段尚未被有效監(jiān)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(fēng)險隱蔽、來源廣泛、難以治理等特點，目前國際上廣泛關(guān)注的新污染物包含持久性有機物、內(nèi)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(huán)境中持久性存在，半衰期較長，可進行遠距離傳輸?shù)挠袡C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(guān)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(nèi)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(nèi)分泌干擾物

內(nèi)分泌干擾物是指會干擾內(nèi)分泌系統(tǒng)的激素調(diào)節(jié)，影響生殖和健康的外源性化合物。內(nèi)分泌干擾物的危害機制有兩種：①部分內(nèi)分泌干擾物與激素有類似的構(gòu)象，可以“充當(dāng)”激素與受體結(jié)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(xué)效應(yīng)。②部分內(nèi)分泌干擾物可以通過影響激素的生產(chǎn)、分解或儲存以增加或減少體內(nèi)激素水平，影響天然激素作用的發(fā)揮。內(nèi)分泌干擾物與多種人體健康問題相關(guān)，包括生育能力、神經(jīng)系統(tǒng)功能等。空氣、食物、飲用水均是人體暴露于內(nèi)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(xué)物質(zhì)。抗生素自被研發(fā)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(fā)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(guān)[4]。抗生素可通過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(yè)生產(chǎn)和大塑料的分解。攝入微塑料的風(fēng)險不僅來自于材料本身，還來自于其吸附和濃縮的其他環(huán)境污染物，并通過食物鏈進行轉(zhuǎn)移和富集。目前的研究發(fā)現(xiàn)，微塑料廣泛分布于空氣、土壤和河流等環(huán)境中。微塑料能被生物體組織、器官甚至細(xì)胞吸收，通過氧化應(yīng)激、細(xì)胞毒性等機制產(chǎn)生致癌性和發(fā)育毒性[5]。

3 河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)對新污染去除的研究進展

河流生態(tài)修復(fù)是系統(tǒng)性治理措施，可以兼顧多種污染物的去除。因此本節(jié)以修復(fù)技術(shù)作為區(qū)分，基于各技術(shù)的特點探討不同修復(fù)技術(shù)對新污染物去除的作用機制。

3.1 生態(tài)補水對水體中新污染物的影響

生態(tài)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(fù)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(zhì)環(huán)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(dāng)使用再生水作為補水水源時，由于再生水回用標(biāo)準(zhǔn)中并未對新污染物進行規(guī)定，再生水會攜帶新污染物進入待修復(fù)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(chǎn)生了一定生態(tài)風(fēng)險[6]。此外，補水過程中水流流速加快還可能會沖擊底泥，導(dǎo)致累積在底泥中的新污染物再次釋放。

3.2 河岸生態(tài)緩沖帶修復(fù)對新污染物的去除機制

河岸生態(tài)緩沖帶修復(fù)對新污染物的去除機制主要為截留和轉(zhuǎn)化來自面源的新污染物。城市和農(nóng)業(yè)活動是新污染物產(chǎn)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(nóng)業(yè)活動中農(nóng)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(nóng)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(tài)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(nèi)，截留在緩沖帶內(nèi)的新污染物還會在植物和微生物的作用下被轉(zhuǎn)化。因此，河岸生態(tài)緩沖帶能夠在受到面源污染和未受到面源污染時交替發(fā)揮截留和轉(zhuǎn)化作用，給河道水體提供可持續(xù)性保護作用。

3.3 水生植物修復(fù)對水體中新污染物的去除機制

水生植物修復(fù)對水體中新污染物的去除機制與河岸生態(tài)緩沖帶修復(fù)有類似之處，主要依靠植物吸收轉(zhuǎn)化作用與生物膜中微生物的降解作用。考慮到新污染物在水體環(huán)境中通常濃度較低，水生植物修復(fù)是一種更經(jīng)濟、更適用于大規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)手段。針對不同新污染物，去除的主導(dǎo)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(zhuǎn)化在持久性有機污染物去除中起關(guān)鍵作用[7]。而對于易降解的內(nèi)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(guān)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(chǎn)、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(chǔ)上關(guān)閉高污染排放管道，嚴(yán)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(yán)重的河流，如城市河流、高濃度污水受納水體，定期進行底泥疏浚可以移除累積在底泥中且短期內(nèi)不易降解的新污染物，有效降低其二次污染的風(fēng)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(zhì)，而新污染物多屬于有機污染物范疇，其在底泥中的生態(tài)風(fēng)險不容忽視，因此定期進行底泥疏浚具有必要性。

4 結(jié)語

本文重點探討了河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)中生態(tài)補水、河岸生態(tài)緩沖帶修復(fù)、水生植物修復(fù)、控源截污和底泥疏浚對新污染物的去除作用。總體上，不同的河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)對新污染物的去除均有正向作用，但是目前相關(guān)研究較少，缺乏必要的系統(tǒng)性評估，建議針對重點管控的新污染物進行源頭和遷移轉(zhuǎn)化途徑識別，通過技術(shù)革新加強薄弱環(huán)節(jié)的去除效果，有效防范河流生態(tài)系統(tǒng)中新污染物的環(huán)境與健康風(fēng)險。