人为来源的钆作为大都市河流中的新兴污染物：在中国的来源、迁移过程及政策影响

《Journal of Environmental Management》：Anthropogenic gadolinium as an emerging contaminant in megacity rivers: Sources, fluxes, and policy implications in North China

镝污染源解析与健康风险评估：基于永定河-潮白河系统，构建三维溯源框架结合正矩阵因子模型（PMF），识别工业排放（48.8%）、床岩风化（28.6%）和医疗污水（22.6%）三大主导源，揭示镝通量达7.4吨/年，显著高于欧洲同类区域，提出医疗废水智能监管、污水处理高级模块化等政策框架。

　　在快速发展的城市化进程中，稀土元素（REEs）作为一类具有重要战略价值的资源，其环境行为和污染问题逐渐引起广泛关注。特别是在中国北京-天津-河北（BTH）地区，作为中国最密集的城市和工业聚集区之一，其水体中的人为稀土元素污染，尤其是钆（Gd）元素，已成为亟需解决的环境问题。本文通过系统研究永定河与潮白河（YDCB）流域中稀土元素的空间分布、异常特征、可能来源及健康风险，揭示了这一新兴污染物对生态环境和人类健康的潜在影响，并提出了针对性的管理策略。

稀土元素因其独特的物理化学性质，在高科技产业、低能耗经济以及可再生能源系统中扮演着不可或缺的角色。从医学诊断到计算机存储，再到新能源电池和移动设备制造，稀土元素的应用范围广泛。然而，随着全球范围内稀土元素开采和使用的迅速增长，其对环境的污染问题也日益凸显。特别是自20世纪80年代以来，基于钆的造影剂（GBCAs）在磁共振成像（MRI）中的广泛应用，使得钆成为环境中最显著的人为稀土元素污染源之一。尽管这些造影剂在设计上具有较高的化学稳定性，并且通常在24至30小时内通过尿液排出体外，但其在水处理过程中表现出较强的稳定性，最终进入河流和海洋系统，且在环境中难以降解。因此，近年来的研究发现，许多欧洲主要城市的饮用水源中均检测到了人为来源的钆，这引发了对地下水和海洋生态系统潜在风险的担忧。

YDCB流域作为中国北方的重要城市河网系统，其独特的地理和气候条件使其成为研究人为稀土元素污染的理想区域。该流域位于温带大陆性季风气候区，年均气温在11至12摄氏度之间，年均降水量约为498毫米。流域面积广阔，覆盖约35,536平方公里，最终汇入渤海。YDCB流域不仅承载着超过2900万人口的居住需求，还集中了大量工业和农业活动，使得该区域成为典型的高强度人类活动区。这种高密度的人口和工业活动导致了多种污染物的持续排放，其中包括人为来源的稀土元素。而目前，对于这类新兴污染物的研究仍显不足，尤其是在其来源识别、污染路径追踪以及健康风险评估方面。

本文的研究聚焦于YDCB流域中稀土元素的空间分布和异常特征，发现其整体浓度呈现出显著的区域差异。通过构建一个基于钆、硝酸盐与钠离子比值以及氯离子与钠离子比值的三维源追踪框架，研究人员能够更准确地识别医疗、农业和生活污水中污染源的混合情况。该方法不仅考虑了污染物的浓度变化，还结合了不同污染物的化学行为特征，从而提高了源识别的准确性。同时，通过正矩阵因子分解（PMF）模型，研究人员进一步揭示了稀土元素的主要来源，包括工业排放（占比48.8%）、基岩风化（占比28.6%）以及医疗废水（占比22.6%）。这些发现为理解人为稀土元素在城市河流系统中的来源提供了重要的数据支持。

值得注意的是，尽管健康风险评估结果显示危害商值均小于1，表明整体风险较低，但研究指出婴儿和幼儿群体对钆暴露更为敏感。这表明，尽管在宏观层面上，Gd的污染水平可能尚未达到对人体健康产生显著威胁的程度，但在特定敏感人群中，其潜在危害不容忽视。此外，与欧洲地区相比，BTH区域的人为钆通量显著更高，总体通量约为7.4吨/年，单位面积通量约为34.3克/平方公里·年。这一数据凸显了BTH地区作为“超级污染源”的特性，也进一步强调了该区域在环境管理方面的紧迫性。

为了应对这一挑战，本文提出了一套以源头识别为核心的政策框架，包括智能追踪技术在临床管理中的应用、污水处理厂的模块化先进处理技术、开发替代方案以及跨部门的监测系统。这些措施不仅有助于精准识别和控制Gd污染源，还能够有效减少其对环境和人体健康的潜在影响。例如，通过智能追踪技术，可以实时监测医疗废水中的Gd排放情况，从而为制定更加科学和有效的管理策略提供依据。同时，模块化污水处理技术的推广，有助于提高污水处理效率，减少Gd的排放。此外，开发替代材料或减少Gd造影剂的使用，也是降低污染的重要手段。而跨部门的监测系统则能够确保不同来源的污染物得到有效监控，从而实现更全面的污染管理。

本文的研究不仅填补了对BTH地区稀土元素污染的系统性研究空白，也为全球范围内的城市河流系统提供了重要的参考价值。尤其是在季风控制的大型城市河流系统中，由于其特殊的水文和气候条件，稀土元素的迁移和转化过程可能与传统研究区域存在显著差异。因此，本文的研究方法和结论对于理解类似环境下的稀土元素污染机制具有重要意义。此外，研究还指出，当前在城市尺度上缺乏针对Gd污染源的综合管理政策，这在一定程度上限制了污染治理的效率和效果。因此，本文提出的政策框架不仅适用于BTH地区，也为其他面临类似污染问题的地区提供了可行的解决方案。

综上所述，本文的研究成果为理解和管理城市河流系统中的人为稀土元素污染提供了新的视角和方法。通过对YDCB流域的深入分析，研究人员不仅揭示了Gd污染的主要来源，还评估了其对生态环境和人类健康的潜在影响。同时，研究提出的政策框架为未来的污染治理和管理提供了科学依据和技术支持。在未来的研究中，进一步探讨不同污染物在城市河流系统中的交互作用、污染物的长期迁移趋势以及更广泛的环境影响，将是深入理解人为稀土元素污染的重要方向。此外，随着全球范围内对稀土元素污染的关注不断增加，建立更加完善的监测和评估体系，推动跨区域、跨部门的协同治理，也将是实现可持续城市水环境管理的关键所在。