综述：持久性有机污染物的可持续修复：近期创新技术回顾

本文综述了持久性有机污染物（POPs）的修复技术。POPs 危害大，传统修复方法有局限。文中探讨了物理、化学、生物等多种修复方法，重点介绍纳米技术、高级氧化工艺（AOPs）等创新技术，还提及 AI 在其中的应用及未来研究方向。

　　

持久性有机污染物的危害与分类

持久性有机污染物（Persistent Organic Pollutants，POPs）是一类合成化学物质，对人类健康和生态系统危害极大。自 20 世纪后期以来，合成化学品使用量剧增，其中部分成为 POPs，如有机氯农药（OCPs）、多氯联苯（PCBs）和多溴联苯醚（PBDEs）等。这些污染物通过农业径流、工业排放等途径进入环境，在环境中持久存在、远距离传输并在生物体内积累。

POPs 分为农药、工业化学品和无意副产物三类。农药中的有机氯农药，像 DDT、艾氏剂等，虽能除害虫，但长期大量使用污染了土壤、水和食物链，会导致神经毒性、内分泌紊乱甚至致癌，还会破坏生态平衡，减少生物多样性 。工业化学品如溴化阻燃剂、氯化芳烃等，用于电气设备、木材防腐等，因其结构稳定，易在环境中迁移，进入食物链后会损害人体肝脏、削弱免疫力等，也会破坏生态系统 。无意副产物如二噁英、呋喃等，在工业过程、垃圾焚烧时产生，毒性极强，即使极低浓度也会危害人体健康，污染环境，威胁生物多样性。

持久性有机污染物的降解方法

由于 POPs 在环境中持久存在且危害大，有效降解它们至关重要。降解 POPs 的方法主要有物理、化学、生物和先进技术四大类。

1. 物理方法：絮凝可促进 POPs 形成絮凝物，便于与周围介质分离；活性炭吸附能去除多种污染物，且不产生有害副产物；反渗透（RO）通过压力使水透过半透膜，去除杂质，但成本高、能耗大且存在膜污染问题；微滤（MF）能有效去除 0.1 - 0.2μm 的颗粒，可用于多种废水处理场景 。
2. 化学方法：化学氧化利用强氧化剂，如臭氧（O₃）、过氧化氢（H₂O₂）等，通过产生羟基自由基降解 POPs 。化学还原使用零价铁、钯基系统等还原剂，可修复受污染土壤和沉积物中的 POPs，但在土壤中存在 PCBs 释放慢的问题 。脱卤作用对消除卤代 POPs 很重要，有碱催化分解（BCD）、选择性机械化学脱卤等方法 。水解可分解农药，受 pH、温度等因素影响，银离子等可作为催化剂 。催化方法利用金属基或酶催化剂加速反应，金属催化剂在高级氧化过程中效果显著 。超临界水氧化（SCWO）在高温高压下将 POPs 转化为无害副产物，效率高，但存在腐蚀、成本高等问题 。
3. 生物方法：生物修复是利用微生物、植物或酶将 POPs 转化为低毒化合物的环保方法 。生物强化通过添加特定微生物来增强污染物降解能力，但需解决微生物存活和土壤条件等问题 。植物修复利用植物吸收、转化或降解污染物，具有成本效益，但受植物自身特性限制 。生物刺激通过添加营养物质等刺激本地微生物生长，增强其降解污染物的能力 。厌氧降解在缺氧环境中，微生物可将卤代污染物转化为低毒产物 。堆肥利用微生物群落降解土壤中的有机污染物，能改善土壤质量，但有机污染物的生物可利用性可能受影响 。酶降解利用特定酶将 POPs 分解为无害产物，海洋生物催化剂是潜在的新型酶来源 。
4. 先进技术：纳米技术利用纳米颗粒通过催化或吸附过程增强 POPs 降解，包括纳米吸附剂、纳滤和纳米生物技术等 。纳米吸附剂吸附效率高、选择性好；纳滤可有效去除水中有机微污染物；纳米生物技术结合微生物和纳米颗粒，提高污染物去除效率 。高级氧化工艺（AOPs）通过产生强氧化剂，主要是羟基自由基，有效降解 POPs 。光催化利用光催化剂吸收光子产生电子 - 空穴对，降解有机污染物，具有环境友好、利用太阳能等优点，多种半导体材料可作为光催化剂，金属 - 有机框架（MOFs）等新型材料也展现出良好的应用前景 。电芬顿过程通过原位生成过氧化氢，结合催化剂产生羟基自由基，可有效降解有机污染物 。光芬顿过程在传统芬顿反应基础上引入紫外线，提高了对 POPs 的降解效果 。臭氧基 AOPs，如 O₃单独使用、O₃/UV、O₃/H₂O₂等，能有效降解多种污染物，且能量效率较高 。UV/Ozone 组合可产生羟基自由基，有效破坏氯化 POPs 。

混合纳米修复与人工智能的应用

混合纳米修复技术结合纳米技术和生物系统，显著提高了污染物去除效率。例如，纳米颗粒和线虫结合，能在短时间内高效降解土壤中的五氯苯酚 。但纳米材料的潜在生态毒性需进一步研究 。

人工智能（AI）在 POP 降解中具有重要应用。AI 可通过纳米颗粒（NPs）传感器监测环境毒素，比传统技术更高效、灵敏 。AI 还能整合多源数据，优化污染物降解过程，预测降解途径，提高农药降解的安全性和效率，减少对环境的危害 。

技术的挑战与优势

不同的 POPs 降解技术各有优劣。化学方法能有效分解污染物，但成本高，可能产生有毒副产物，操作复杂 。物理方法中，沉淀对复杂有机污染物效果不佳，膜过滤和空气吹脱成本高，对有机化合物分解能力有限 。生物方法环保、可持续，但降解速度慢，大规模应用效率低，还可能产生有毒中间产物 。先进技术如光催化和纳米技术效率高、选择性好，但成本高，纳米技术存在纳米毒性和膜堵塞等问题 。

未来研究方向

未来 POPs 修复研究应聚焦多个关键领域。开发新型材料，如纳米材料、仿生催化剂和环保光催化剂，提高降解效率，减少二次污染 。采用绿色合成方法制备材料，符合可持续修复原则 。深入研究 AOPs 的降解动力学，优化反应条件，探索混合 AOPs，提高降解效率，降低成本 。利用 AI 优化处理过程，预测降解途径，开发决策支持系统 。推进生物修复技术发展，改造微生物提高降解能力，研究微生物适应性，构建生物 - 化学混合系统 。将修复技术融入循环经济框架，研究气候变化对 POPs 行为的影响，探索 POPs 与其他污染物的共降解 。

结论

持久性有机污染物的修复是保护人类健康和环境的关键挑战。传统方法有一定效果，但存在局限性。新兴技术如纳米技术、AOPs 和光催化等为提高修复效率和环境兼容性带来希望。将 AI 融入修复策略能推动技术进步。采用可持续的修复方法，结合循环经济原则，考虑气候变化影响，通过跨学科研究、政策支持和全球合作，可加速可持续修复技术的发展，创造更健康的环境。