河流生态修复技术对新污染物去除的作用机制研究

梁学优，吕刚林，邹艺娜，肖子健，刘亦凡

（1.保定学院，河北 保定 071000；2.山东省环科院环境工程有限公司，山东 济南 250000；3.河海大学，江苏 南京 210024）

0 引言

水是生命之源，生态之基，生产之要。污染物任意排放、水资源过度取用等曾导致我国河流污染严重，干涸断流，生态系统功能严重受损。随着人与自然和谐相处、可持续发展等理念深入人心，保护自然环境、修复受损河流逐渐得到重视。经过众多研究和工程实践，我国已形成了较为系统的河流生态修复思路，从河道至河岸，从河段到流域，从单纯水质指标控制到水资源、水环境、水生态协同修复，河流生态修复的内涵和要求逐步提升。

污染物治理是河流生态修复的基础和重点。传统污染物的治理是现有河流生态修复的主要防控对象，然而，随着河流生态修复要求的提升，污染物治理将不再局限于传统种类。2021年，“重视新污染物治理”被列入《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》；2022年，国务院办公厅印发《新污染物治理行动方案》。加强新污染物治理已成为环境保护领域的重要任务，而当前的河流生态修复技术需要对新污染物的防控效果进行深入梳理和研究。

1 常用河流生态修复技术

我国自20世纪50年代开始研究河流生态环境恶化等问题，经过多年的探索，目前已形成较为完善的河流生态修复思路和体系。常用的河流生态修复技术包括如下4个方面。

1.1 生态补水

生态补水即利用水库水、调水工程引水以及当地再生水等水源补给生态受损河道。生态补水是保障河流生态流量、提高水体流动性、增强水环境容量和水体自净能力的有效措施。例如，生态补水在京津冀区域广泛应用后，河道的水系连通性明显增强，生态系统功能得以恢复。自2019—2022年连续4年对永定河进行生态补水，补水水源来自官厅水库、南水北调中线向永定河补水工程、污水厂再生水等多种水源，实现了永定河和黄河的联通以及永定河贯通入海，使得沿河生态环境持续改善[1]。

1.2 河岸生态缓冲带修复

河岸生态缓冲带是指陆地生态系统与河流生态系统之间的连接带和过渡区。河岸生态缓冲带在中小河流域修复中发挥了重要作用，中小型河流对污染物的净化能力较弱，缓冲带修复后可有效截流污染物，减少河道内的污染物负荷。河岸生态缓冲带修复工程的重点在于确定合适的缓冲带宽度和缓冲带植物。吴尧[2]通过对已有实证案例进行分析对比，发现林地缓冲带相较于草地缓冲带具有更强、更稳定的营养盐和有毒有害物质去除能力。

1.3 水生植物修复

水生植物修复技术是水环境污染治理领域的重要手段，水生植物不仅可以改善河道内水利条件，增强河流自净能力，还具备一定的景观功能，为水生生物提供栖息环境等。植物的吸收作用、富集作用、输氧作用以及与生物膜技术的耦合作用在水质环境改善中起到关键作用；而污染物去除效果通常与植物种类、生长状况以及附着的生物膜情况有关[3]。应用水生植物修复技术时，应充分考虑实际水体的环境条件及植物生长所需条件。

1.4 控源截污、底泥疏浚

控源截污和底泥疏浚是针对已经丧失生态功能的重污染河流实施生态修复的基础和前提。控源截污即在源头处控制污染物入河，通过关闭高污染企业，推行雨污分流制，提升污水管网覆盖度等，大幅降低进入河流中的污染物浓度。此外，重污染河流中内源污染也是需要重点关注的问题。内源污染对水体水质造成二次污染，增加了河流生态修复的难度。底泥疏浚通过移除水体底部污泥，降低河道中污染物浓度，减少二次污染风险，改善水体水质。

2 新污染物类别及生态毒性

新污染物是指具有生物毒性、环境持久性、生物累积性等特征，且现阶段尚未被有效监管的污染物，在先前的研究中被称为“新型污染物”或“新兴污染物”。新污染物具备风险隐蔽、来源广泛、难以治理等特点，目前国际上广泛关注的新污染物包含持久性有机物、内分泌干扰物、抗生素和微塑料等，其主要种类及危害特征如下。

2.1 持久性有机污染物

在环境中持久性存在，半衰期较长，可进行远距离传输的有机物被称为持久性有机污染物。持久性有机污染物种类繁多，在我国《重点管控新污染物清单（2022年版）（征求意见稿）》中收录的包括全氟辛基磺酸及其盐类和全氟辛基磺酰氟、全氟辛酸及其盐类和相关化合物、十溴二苯醚等。以全氟辛酸磺酸为例，人体暴露途径主要为饮用被其污染的水源。人体内累积高浓度全氟辛酸磺酸后，易引起胆固醇增高、肝功能改变以及肾癌和睾丸癌增加等。

2.2 内分泌干扰物

内分泌干扰物是指会干扰内分泌系统的激素调节，影响生殖和健康的外源性化合物。内分泌干扰物的危害机制有两种：①部分内分泌干扰物与激素有类似的构象，可以“充当”激素与受体结合，启动激素依赖性的生理生化活动，增强原有激素的生物学效应。②部分内分泌干扰物可以通过影响激素的生产、分解或储存以增加或减少体内激素水平，影响天然激素作用的发挥。内分泌干扰物与多种人体健康问题相关，包括生育能力、神经系统功能等。空气、食物、饮用水均是人体暴露于内分泌干扰物的重要途径。

2.3 抗生素

抗生素是指可以在低浓度下抑制或干扰其他微生物的生长和活动，甚至杀死其他微生物的化学物质。抗生素自被研发以来，有效降低了临床治疗成本，提高了疾病感染的治疗成功率。然而，抗生素的过度使用会诱发抗生素耐药性，抗生素耐药性减弱了抗生素的治疗效果，威胁人体健康。2019年全球约495万患者的死亡与抗生素耐药性相关[4]。抗生素可通过人类和动物的尿液和粪便排出体外，通过冲洗等途径进入水体。

2.4 微塑料

微塑料是指颗粒直径小于5 mm、不溶于水、不可降解的微小塑料，主要来自于商业生产和大塑料的分解。摄入微塑料的风险不仅来自于材料本身，还来自于其吸附和浓缩的其他环境污染物，并通过食物链进行转移和富集。目前的研究发现，微塑料广泛分布于空气、土壤和河流等环境中。微塑料能被生物体组织、器官甚至细胞吸收，通过氧化应激、细胞毒性等机制产生致癌性和发育毒性[5]。

3 河流生态修复技术对新污染去除的研究进展

河流生态修复是系统性治理措施，可以兼顾多种污染物的去除。因此本节以修复技术作为区分，基于各技术的特点探讨不同修复技术对新污染物去除的作用机制。

3.1 生态补水对水体中新污染物的影响

生态补水对水体中新污染物的影响具有两面性，主要取决于补水水源的类型。受人类活动干扰较小的天然水体中新污染物含量较低，其作为补水水源引入后可对待修复河流中的新污染物进行稀释，有效降低其污染水平；而且河流水体透明度提升使光解作用增强，水质环境改善使微生物活性和分解能力增强也有利于持久性有机污染物、雌激素、抗生素等有机物的降解。然而，当使用再生水作为补水水源时，由于再生水回用标准中并未对新污染物进行规定，再生水会携带新污染物进入待修复河流，加重河流污染。研究表明，使用再生水补给河湖后，引入的壬基酚对部分鱼类雌激素产生了一定生态风险[6]。此外，补水过程中水流流速加快还可能会冲击底泥，导致累积在底泥中的新污染物再次释放。

3.2 河岸生态缓冲带修复对新污染物的去除机制

河岸生态缓冲带修复对新污染物的去除机制主要为截留和转化来自面源的新污染物。城市和农业活动是新污染物产生的重要来源，建筑材料垃圾、汽车轮胎磨损、大气沉降等使持久性有机污染物、微塑料等新污染物积蓄在城市地面上；农业活动中农药使用、有机肥施用等使持久性有机污染物、抗生素等残留在农田中。在降水和径流作用下，新污染物进入受纳水体。河岸生态缓冲带作为新污染物入河的最后一道屏障，通过土壤颗粒和植物根系的吸附和过滤作用将新污染物截留在缓冲带内，截留在缓冲带内的新污染物还会在植物和微生物的作用下被转化。因此，河岸生态缓冲带能够在受到面源污染和未受到面源污染时交替发挥截留和转化作用，给河道水体提供可持续性保护作用。

3.3 水生植物修复对水体中新污染物的去除机制

水生植物修复对水体中新污染物的去除机制与河岸生态缓冲带修复有类似之处，主要依靠植物吸收转化作用与生物膜中微生物的降解作用。考虑到新污染物在水体环境中通常浓度较低，水生植物修复是一种更经济、更适用于大规模应用的技术手段。针对不同新污染物，去除的主导作用机制也有所不同。例如，微生物对持久性有机污染物的降解能力较差，植物的吸收、富集和转化在持久性有机污染物去除中起关键作用[7]。而对于易降解的内分泌干扰物和抗生素等，植物根际或其支撑材料中的微生物降解也起到关键作用[8]。

3.4 控源截污和底泥疏浚对水体中新污染物的去除机制

控源截污可有效阻止点源污染中的新污染物进入水体。生产、生活废水中新污染物浓度通常较高，但由于其集中收集和排放的特性，更易于管理和控制。因此，对河流中新污染物进行溯源，并在此基础上关闭高污染排放管道，严格控制新污染物入河总量和浓度，是新污染治理的首要步骤。对于新污染物污染较为严重的河流，如城市河流、高浓度污水受纳水体，定期进行底泥疏浚可以移除累积在底泥中且短期内不易降解的新污染物，有效降低其二次污染的风险。在众多污染物中，重金属和有机污染物是沉积在底泥中最重要的两类物质，而新污染物多属于有机污染物范畴，其在底泥中的生态风险不容忽视，因此定期进行底泥疏浚具有必要性。

4 结语

本文重点探讨了河流生态修复技术中生态补水、河岸生态缓冲带修复、水生植物修复、控源截污和底泥疏浚对新污染物的去除作用。总体上，不同的河流生态修复技术对新污染物的去除均有正向作用，但是目前相关研究较少，缺乏必要的系统性评估，建议针对重点管控的新污染物进行源头和迁移转化途径识别，通过技术革新加强薄弱环节的去除效果，有效防范河流生态系统中新污染物的环境与健康风险。