探析城市水環(huán)境治理的發(fā)展方向

上海川清清環(huán)境科技有限公司 徐兆靜

一、緒論

水是基礎(chǔ)性的自然資源和戰(zhàn)略性的經(jīng)濟(jì)資源，是生態(tài)與環(huán)境的重要控制要素，對維系和促進(jìn)人類經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展具有不可替代的作用[1]。

隨著城市化水平的不斷提高，城市化進(jìn)程對人類生存與發(fā)展必不可少的水資源及城市水環(huán)境的影響愈來愈顯著[2]。

本文通過對國內(nèi)外城市水環(huán)境治理的進(jìn)展以及主要技術(shù)進(jìn)行研究和闡述，并展望了未來城市水環(huán)境治理的發(fā)展方向，為城市水環(huán)境治理的社會實(shí)踐提供部分參考。

二、國內(nèi)外城市水環(huán)境治理進(jìn)展

1977年，隨著EPA聯(lián)邦水污染控制法修正案的頒布，提出了與自然相協(xié)調(diào)的河流管理理念，但忽視了河流的生態(tài)功能，導(dǎo)致水體雖然滿足聯(lián)邦政府要求的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但水體功能未得到修復(fù)。到20世紀(jì)80年代，美國聯(lián)邦政府、資源質(zhì)量監(jiān)測研究委員會提出要考慮生態(tài)指標(biāo)、棲息地質(zhì)量和生物多樣性及完整性等[3]。20世紀(jì)90年代后，美國開始了更為廣泛的河流生態(tài)修復(fù)活動，如美國Kissimmee的生態(tài)修復(fù)、KALAMAZOO河的大壩拆除及生態(tài)修復(fù)項目等。

20世紀(jì)80年代，德國、瑞士等國家提出了“重新自然化”概念，將河流修復(fù)到接近自然的程度，2000年，歐盟頒布的水框架指令（WFD）將水力特征、化學(xué)指標(biāo)和生態(tài)指標(biāo)納入到所有水體的水質(zhì)目標(biāo)體系中。Aude Zingraff-Hamed等將法國從1980-2015年實(shí)施的110個水生態(tài)修復(fù)項目進(jìn)行了統(tǒng)計分析，包括城市的水生態(tài)修復(fù)和農(nóng)村的水生態(tài)修復(fù)，共465公里。

我國實(shí)施了一系列水環(huán)境綜合治理工程，如上海蘇州河的水環(huán)境綜合治理、深圳茅洲河流域的綜合治理等。另外也逐步形成了跨行政區(qū)的流域生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，新安江流域和東江流域是我國跨省流域生態(tài)補(bǔ)償?shù)牡湫桶咐?。王浩等分析了城市水環(huán)境問題產(chǎn)生的原因，提出了“源頭減排——過程阻斷——末端治理”的水環(huán)境綜合治理方案[6]。

三、城市水環(huán)境治理的主要技術(shù)

城市水環(huán)境治理涉及的技術(shù)較多，本文從源頭控制、水質(zhì)凈化處理與水質(zhì)提升工程、河道水生態(tài)修復(fù)、水環(huán)境治理方案的模擬分析和水環(huán)境監(jiān)測與管理平臺五個方面對城市水環(huán)境治理涉及的主要技術(shù)進(jìn)行闡述。

（一）源頭控制

通過點(diǎn)源截污和對污水進(jìn)行集中或分散處理（農(nóng)村生活污水），并對污水廠進(jìn)行升級改造，可減輕城市河道的污染負(fù)荷。張辰等提出在污水廠深度處理方面，可通過新型濾池、生物膜技術(shù)等進(jìn)行工藝改造[7]。由于土地資源的日漸緊缺，地下式、花園式污水處理廠逐漸增多。

城市面源污染所占總污染的比例隨著對點(diǎn)源污染的控制而不斷增大，為解決城市面源污染以及城市內(nèi)澇等問題，形成了一系列現(xiàn)代雨洪管理體系，例如美國的最佳管理措施（BMP）、低影響開發(fā)（LID）、綠色基礎(chǔ)設(shè)施（GI），英國的可持續(xù)城市排水系統(tǒng)（SUDS），澳大利亞的水敏感性城市設(shè)計（WSUD）以及中國的海綿城市（Spongy City）[8]。通過廣泛的可持續(xù)排水解決方案的設(shè)計、綠色基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，如綠色屋頂、透水鋪裝、植草溝、生物滯留設(shè)施、濕地、雨水回收利用等削減城市面源污染。

關(guān)于農(nóng)業(yè)面源污染控制技術(shù)方面，張震等以石菖蒲、水芹和刺苦草作為生態(tài)溝渠攔截植物，分析氮磷的削減作用[9]。深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計院有限公司探索了“減源——攔截——回用——修復(fù)”農(nóng)業(yè)面源污染防治模式，通過對農(nóng)田和林地設(shè)施進(jìn)行生態(tài)化改造，實(shí)現(xiàn)污染水體在田間的初期凈化，尾水進(jìn)入由林地形成的生態(tài)廊道得到最終凈化。

（二）水生態(tài)修復(fù)工程

河道水生態(tài)修復(fù)是利用特定生物（特別是微生物）對水體污染物進(jìn)行吸收、轉(zhuǎn)化或降解，達(dá)到減少或消除水體污染，恢復(fù)水體生態(tài)功能的生物措施[11]。

水生動植物作為水生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，通過構(gòu)建適合水體特征的水生動植物群落，利用水生動植物吸收水體中的C、N、P等營養(yǎng)物質(zhì)，在根部形成好氧、缺氧和厭氧并存的微環(huán)境，為各種微生物的生存提供了條件，從而促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的降解，提高河道水體水質(zhì)。

利用人工機(jī)械方法向水體中充入空氣或氧氣，加速水體復(fù)氧過程，提高水體的溶解氧水平，修復(fù)和增強(qiáng)水體中好氧微生物的活力，促進(jìn)有機(jī)污染物的降解速度，從而改善受污染水體的水質(zhì)。

生物膜技術(shù)是以水體中原有的天然菌群為種源，在污染水體中設(shè)置一定數(shù)量的載體(如纖維)，增加微生物與污染物的接觸面積，污染水體中的氮、磷、COD等被生物膜上的功能微生物吸附、降解或轉(zhuǎn)化，從而使河道水體得到凈化。各種人工合成填料得到了廣泛開發(fā)和應(yīng)用，增強(qiáng)了生物膜技術(shù)的水質(zhì)凈化效果。

（三）水環(huán)境模擬分析

水環(huán)境模型是用數(shù)學(xué)的語言和方法描述參加水循環(huán)的水體中水質(zhì)組分所發(fā)生的物理、化學(xué)、生物和生態(tài)學(xué)諸方面的變化、內(nèi)在規(guī)劃和相互關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。應(yīng)用較多的水質(zhì)模型有QUAL、MIKE、WASP、EFDC和Delft3D等。袁博宇等提出了一種考慮水生態(tài)修復(fù)措施對污染物降解影響的水質(zhì)模型，通過基于有限元的二維水動力水質(zhì)模型的構(gòu)建與方案模擬分析，為水生態(tài)修復(fù)工程方案提供了定量分析的工具，為方案的比選提供決策依據(jù)。

（四）水環(huán)境監(jiān)測與管理平臺

我國水環(huán)境監(jiān)測信息管理已初步形成了由國家站、省級站、地市級站及部分區(qū)縣站組成的四級水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸與管理平臺。但水環(huán)境檢測數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)相互獨(dú)立，亟需進(jìn)行整合，信息管理需要進(jìn)一步規(guī)范化、智能化和可視化。

在水環(huán)境監(jiān)測方面，可采用大數(shù)據(jù)技術(shù)深入解析河道數(shù)據(jù)庫信息，利用衛(wèi)星遙感、智能傳感系統(tǒng)、無人機(jī)等，對一定區(qū)域內(nèi)的河道進(jìn)行監(jiān)控，精確排查跟蹤不達(dá)標(biāo)水體。建立天地空一體化的信息采集和河道監(jiān)控系統(tǒng)平臺，實(shí)現(xiàn)河道基本信息、監(jiān)測數(shù)據(jù)及公眾監(jiān)督的融合。另外，在水環(huán)境管理方面，可通過與水環(huán)境模型相結(jié)合，以基于GIS的可視化平臺為總集成界面，監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)為輸入，數(shù)據(jù)庫為載體，模型庫為核心，實(shí)現(xiàn)河流污染物時空分布特征的模擬與顯示，通過實(shí)時水環(huán)境狀況模擬與調(diào)度方案模擬，達(dá)到水環(huán)境精細(xì)化管理的目標(biāo)。

四、城市水環(huán)境治理發(fā)展方向展望

城市水環(huán)境治理第一階段，先是消除黑臭，但可能還是劣五類的水體；第二階段，進(jìn)一步提升城市水體環(huán)境，削減入河污染物，將河流能達(dá)到水環(huán)境功能區(qū)劃要求的標(biāo)準(zhǔn)；第三個階段，通過治理及生態(tài)修復(fù)，將河流轉(zhuǎn)變成具有生態(tài)功能的幸福河。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)城市水環(huán)境治理的發(fā)展方向，主要包括以下五個方面：

（一）發(fā)展多組合工藝

在進(jìn)行城市水環(huán)境治理時，不能單獨(dú)地使用上述介紹的相關(guān)技術(shù)，而是要通過分析河道污染的特點(diǎn)，綜合利用各項技術(shù)，尋找更優(yōu)的組合，實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)的水環(huán)境治理方案。如曝氣復(fù)氧與生物膜法相結(jié)合工藝、生物膜與水生植物相結(jié)合的工藝等。

（二）城市水環(huán)境治理更注重生態(tài)修復(fù)

城市水環(huán)境治理要從生態(tài)的角度去治理，從提升河道自凈能力到研究水生動植物系統(tǒng)，逐步形成一個健康循環(huán)的水生態(tài)系統(tǒng)，使水體能達(dá)到全面的水質(zhì)目標(biāo)要求，而不僅是河道水體的理化指標(biāo)，如歐盟頒布的水框架指令（WFD）水質(zhì)目標(biāo)體系中規(guī)定的水力特征、化學(xué)指標(biāo)和生態(tài)指標(biāo)。

（三）基于海綿城市理念的城市水環(huán)境綜合治理

城市水環(huán)境綜合治理的思路要以水環(huán)境提升為主線，以控源截污為基礎(chǔ)，以提高河流自凈能力的生態(tài)修復(fù)為手段，實(shí)現(xiàn)一個自然積存、自然滲透、自然凈化的完整的生態(tài)系統(tǒng)。采用綠色基礎(chǔ)設(shè)施的源頭控制措施，對分流制地區(qū)的初期雨水徑流污染控制和合流制溢流污染控制都有重要意義。

（四）水環(huán)境綜合管理系統(tǒng)

水環(huán)境綜合管理系統(tǒng)應(yīng)包括雨水、河水、污水、供水各個方面的管理，結(jié)合智慧水務(wù)的理念，實(shí)現(xiàn)水資源的精細(xì)化管理。

五、結(jié)論

綜上，城市水環(huán)境整治是一個多學(xué)科、跨部門、綜合性的系統(tǒng)工程。在整治過程中，必須對其污染的原因進(jìn)行全面分析，結(jié)合“一河一策”進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，有針對性地制定治理措施，需按照全流域、全過程的流域綜合治理理念進(jìn)行統(tǒng)籌解決，通過源頭控制，控制進(jìn)入水體的污染物總量，通過生態(tài)修復(fù)，逐步恢復(fù)水體健康穩(wěn)定的自然生態(tài)系統(tǒng)，結(jié)合水環(huán)境模型和水環(huán)境監(jiān)測與管理平臺，加強(qiáng)水環(huán)境的精細(xì)化管理。