河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)對(duì)新污染物去除的作用機(jī)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(jì)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(hù)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(shí)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(diǎn)。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(duì)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(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)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(dòng)方案》。加強(qiáng)新污染物治理已成為環(huán)境保護(hù)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(duì)新污染物的防控效果進(jìn)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(gè)方面。

1.1 生態(tài)補(bǔ)水

生態(tài)補(bǔ)水即利用水庫水、調(diào)水工程引水以及當(dāng)?shù)卦偕人囱a(bǔ)給生態(tài)受損河道。生態(tài)補(bǔ)水是保障河流生態(tài)流量、提高水體流動(dòng)性、增強(qiáng)水環(huán)境容量和水體自凈能力的有效措施。例如，生態(tài)補(bǔ)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(qiáng)，生態(tài)系統(tǒng)功能得以恢復(fù)。自2019—2022年連續(xù)4年對(duì)永定河進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水，補(bǔ)水水源來自官廳水庫、南水北調(diào)中線向永定河補(bǔ)水工程、污水廠再生水等多種水源，實(shí)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(duì)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(diǎn)在于確定合適的緩沖帶寬度和緩沖帶植物。吳堯[2]通過對(duì)已有實(shí)證案例進(jìn)行分析對(duì)比，發(fā)現(xiàn)林地緩沖帶相較于草地緩沖帶具有更強(qiáng)、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(qiáng)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(zhǎng)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(shí)，應(yīng)充分考慮實(shí)際水體的環(huán)境條件及植物生長(zhǎng)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(duì)已經(jīng)喪失生態(tài)功能的重污染河流實(shí)施生態(tài)修復(fù)的基礎(chǔ)和前提?？卦唇匚奂丛谠搭^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(jìn)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(diǎn)關(guān)注的問題。內(nèi)源污染對(duì)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(xiǎn)，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(xiǎn)隱蔽、來源廣泛、難以治理等特點(diǎn)，目前國際上廣泛關(guān)注的新污染物包含持久性有機(jī)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(jī)污染物

在環(huán)境中持久性存在，半衰期較長(zhǎng)，可進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸?shù)挠袡C(jī)物被稱為持久性有機(jī)污染物。持久性有機(jī)污染物種類繁多，在我國《重點(diǎn)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(huì)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(jī)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(dòng)激素依賴性的生理生化活動(dòng)，增強(qiáng)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(chǔ)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?？諝?、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(zhǎng)和活動(dòng)，甚至殺死其他微生物的化學(xué)物質(zhì)?？股刈员谎邪l(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(huì)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]?？股乜赏ㄟ^人類和動(dòng)物的尿液和糞便排出體外，通過沖洗等途徑進(jìn)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(xiǎn)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(jìn)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(jī)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(duì)新污染去除的研究進(jìn)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(diǎn)探討不同修復(fù)技術(shù)對(duì)新污染物去除的作用機(jī)制。

3.1 生態(tài)補(bǔ)水對(duì)水體中新污染物的影響

生態(tài)補(bǔ)水對(duì)水體中新污染物的影響具有兩面性，主要取決于補(bǔ)水水源的類型。受人類活動(dòng)干擾較小的天然水體中新污染物含量較低，其作為補(bǔ)水水源引入后可對(duì)待修復(fù)河流中的新污染物進(jìn)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(qiáng)，水質(zhì)環(huán)境改善使微生物活性和分解能力增強(qiáng)也有利于持久性有機(jī)污染物、雌激素、抗生素等有機(jī)物的降解。然而，當(dāng)使用再生水作為補(bǔ)水水源時(shí)，由于再生水回用標(biāo)準(zhǔn)中并未對(duì)新污染物進(jìn)行規(guī)定，再生水會(huì)攜帶新污染物進(jìn)入待修復(fù)河流，加重河流污染。研究表明，使用再生水補(bǔ)給河湖后，引入的壬基酚對(duì)部分魚類雌激素產(chǎn)生了一定生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[6]。此外，補(bǔ)水過程中水流流速加快還可能會(huì)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(duì)新污染物的去除機(jī)制

河岸生態(tài)緩沖帶修復(fù)對(duì)新污染物的去除機(jī)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(dòng)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(jī)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(dòng)中農(nóng)藥使用、有機(jī)肥施用等使持久性有機(jī)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(jìn)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(huì)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(shí)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(hù)作用。

3.3 水生植物修復(fù)對(duì)水體中新污染物的去除機(jī)制

水生植物修復(fù)對(duì)水體中新污染物的去除機(jī)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?？紤]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(jì)、更適用于大規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)手段。針對(duì)不同新污染物，去除的主導(dǎo)作用機(jī)制也有所不同。例如，微生物對(duì)持久性有機(jī)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(jī)污染物去除中起關(guān)鍵作用[7]。而對(duì)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(duì)水體中新污染物的去除機(jī)制

控源截污可有效阻止點(diǎn)源污染中的新污染物進(jìn)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(duì)河流中新污染物進(jìn)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(duì)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(jìn)行底泥疏?？梢砸瞥鄯e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(xiǎn)。在眾多污染物中，重金屬和有機(jī)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(jī)污染物范疇，其在底泥中的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)不容忽視，因此定期進(jìn)行底泥疏浚具有必要性。

4 結(jié)語

本文重點(diǎn)探討了河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)中生態(tài)補(bǔ)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(duì)新污染物的去除作用?？傮w上，不同的河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)對(duì)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(píng)估，建議針對(duì)重點(diǎn)管控的新污染物進(jìn)行源頭和遷移轉(zhuǎn)化途徑識(shí)別，通過技術(shù)革新加強(qiáng)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(xiǎn)。