生態(tài)型水環(huán)境治理技術(shù)的思考

張長風(fēng)，郭學(xué)，胡志偉，汪麗賢，黃祎晨

上?？岛悱h(huán)境股份有限公司

我國水資源在南北地區(qū)的分配是不平衡的，東南地區(qū)水資源豐富，西北地區(qū)水資源匱乏，在669 個(gè)城市中，水資源短缺的城市400 個(gè)，其中重度水資源短缺的城市180 個(gè)。市區(qū)每天的缺水量達(dá)1600 萬立方米。在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，水體污染問題日益突出。2022 年，污水的總排放量為616.62 億立方米，COD 含量為43 336 萬噸，超出了環(huán)境允許的68%。根據(jù)國家環(huán)?？偩值谋O(jiān)測(cè)結(jié)果，在7 大水系741 個(gè)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)斷面中，29.1%的斷面符合I～I(xiàn)II 類要求，30.0%的斷面屬于Ⅳ、V 類，40.9%的斷面屬于劣V類。水體污染對(duì)我國的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、人類健康等都有很大的危害，并導(dǎo)致了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

一、我國水資源現(xiàn)狀及存在的主要生態(tài)環(huán)境污染現(xiàn)象

當(dāng)前，我國水環(huán)境存在著四大問題：水體污染，河流湖泊萎縮，地下水過度開采，土壤侵蝕。由于人為因素的作用，導(dǎo)致水的感觀性、物理性質(zhì)、化學(xué)成分、生物組成以及底質(zhì)狀態(tài)等出現(xiàn)退化的現(xiàn)象，被稱為水體污染。水質(zhì)污染導(dǎo)致了水質(zhì)利用率的下降，對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)、水生態(tài)系統(tǒng)以及水生態(tài)系統(tǒng)的破壞，進(jìn)一步加劇了水資源緊缺的矛盾，已成為當(dāng)前最為嚴(yán)重的環(huán)境問題之一。隨著人類社會(huì)的發(fā)展，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活用水量日益增多，對(duì)流域進(jìn)行了大規(guī)模的開采，導(dǎo)致了流域自然徑流量的下降。由于水土資源的不合理開發(fā)和利用，造成了一些河流的干涸和一些平原地區(qū)河流湖泊的枯竭和退化，這已是另一個(gè)突出的水環(huán)境問題。近年來，隨著地表水資源的日益匱乏，水體的污染日益嚴(yán)重，部分區(qū)域開始了對(duì)地下水的掠奪性開采。在一定時(shí)期和開采水平下，多年平均地下水開采量超過了多年平均的地下水可開采量，會(huì)導(dǎo)致地下水位不斷下降的現(xiàn)象被稱為地下水超采。

由于外界環(huán)境的影響，如水力、風(fēng)力、地震、開墾等，導(dǎo)致土壤的退化，這種現(xiàn)象被稱作土壤侵蝕。水土流失會(huì)導(dǎo)致土地資源破壞，耕地養(yǎng)分流失，減少農(nóng)業(yè)耕作面積；山洪泥石流災(zāi)害加重，威脅人民生命財(cái)產(chǎn)的安全；氮磷和農(nóng)藥進(jìn)入水系，污染水源等嚴(yán)重的環(huán)境問題[1]。值得注意的是這些環(huán)境問題往往相互交叉、互為因果，如河湖萎縮退化會(huì)降低水體自凈能力，加重水體污染；地表水體污染會(huì)促使地下水超采和污染；水土流失也會(huì)導(dǎo)致水體污染等。

二、造成我國水環(huán)境問題的原因

在我國，水環(huán)境問題的成因多種多樣，其中，人為的主觀因素占主導(dǎo)地位。在相當(dāng)長的一段時(shí)間里，我們看到了一種粗放的發(fā)展模式，即企業(yè)只注重經(jīng)濟(jì)效益，而忽略了環(huán)境、生態(tài)等方面的效益；營建理念需更新，營建工程只是追求人的利益，沒有將環(huán)保的設(shè)計(jì)思想與技術(shù)有機(jī)結(jié)合。另外，由于地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與地區(qū)環(huán)境承載力之間的不協(xié)調(diào)，也導(dǎo)致了地區(qū)水環(huán)境的污染。過去，在制定地區(qū)工業(yè)發(fā)展方向和生產(chǎn)力布局的過程中，常常忽略了地區(qū)的環(huán)境承載力。目前，我國各大河流的水質(zhì)狀況日趨嚴(yán)峻，其根本原因在于流域內(nèi)工業(yè)的結(jié)構(gòu)與布局不合理[2]。

從某種意義上說，自然因子的作用加劇了水環(huán)境的惡化。全球氣候變暖導(dǎo)致降水量、蒸發(fā)量急劇變化，往往帶來旱澇災(zāi)害、地下水位下降等問題，同時(shí)使地表水體自凈能力降低，使水環(huán)境惡化。我國的水資源在區(qū)域上分布很不均勻，南北差異很大，其分布與人口分布、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和社會(huì)發(fā)展之間的關(guān)系也很不和諧。在我國北部，黃河，淮河，海河，松遼河，五大河流，人口約47%，農(nóng)用地約65%，國內(nèi)生產(chǎn)總值約45%，但水資源僅占總水量的19%，人均占有量約為南部的1/3。

三、生態(tài)型水環(huán)境治理技術(shù)特點(diǎn)

大自然之所以能夠在漫長的時(shí)間里一直生存和發(fā)展，就是由于它有自我調(diào)節(jié)和凈化的能力，因此，大自然是一個(gè)循環(huán)。生態(tài)型水環(huán)境治理技術(shù)就是將大自然的這種自我恢復(fù)的能力充分地發(fā)揮出來，通過下滲、過濾等清潔過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)被破壞的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行自我修復(fù)的目的。生態(tài)水環(huán)境管理的特征是：一、減少投入，注重管理，從源頭上控制污染，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的目標(biāo)；二是選擇簡(jiǎn)單，處理周期短，見效快，三是針對(duì)不同地區(qū)的水文特點(diǎn)，采取有針對(duì)性的處理措施。特別是在處理區(qū)域內(nèi)的水污染問題上有突出的優(yōu)勢(shì)[3]。四是該項(xiàng)目的投入、運(yùn)營和維護(hù)費(fèi)用都很低，對(duì)技術(shù)的需求也很小。

四、生態(tài)型水環(huán)境治理技術(shù)的思考

在傳統(tǒng)的水環(huán)境治理中，人們通常只重視對(duì)污染物的去除，而忽略了對(duì)水體的修復(fù)和治理。隨著水環(huán)境處理技術(shù)的發(fā)展，各種新技術(shù)、新方法相繼問世，可有效減輕水環(huán)境污染。

在水環(huán)境治理中，不能簡(jiǎn)單地把污染物從水中清除出去，而是要綜合考慮整個(gè)水環(huán)境的發(fā)展?fàn)顩r。傳統(tǒng)的水環(huán)境處理方法是利用多種技術(shù)與方法，建立一個(gè)污水處理體系，并對(duì)其進(jìn)行集中處理。而在這一過程中，不僅要耗費(fèi)巨大的財(cái)力，還要耗費(fèi)大量的人力、物力，因此，水環(huán)境治理的成本是相當(dāng)高的。在污水的采集過程中，因?yàn)槲鬯ǔ２]有在同一地區(qū)匯集，常常較為分散，所以對(duì)污水的采集和處理也很難進(jìn)行。有些地區(qū)，消耗了大量的地下水，卻沒有注意補(bǔ)充，造成了水資源的失衡。許多地方通過二級(jí)處理技術(shù)來治理污染，但在此過程中，由于不能有效地去除污水中的氮、磷等元素，會(huì)造成水體的富營養(yǎng)化?？傮w而言，過去的水環(huán)境管理沒有從總體上著眼，沒有從根本上提高水環(huán)境質(zhì)量。

其次，在水環(huán)境治理中，要注意維持生態(tài)系統(tǒng)的良性運(yùn)行。水是一種可再生的資源，它的循環(huán)系統(tǒng)既有人類的循環(huán)系統(tǒng)，也有自然界的循環(huán)系統(tǒng)。在利用水資源時(shí)，若不遵循其循環(huán)性的原則，取水、處置廢水，很可能會(huì)打破水的循環(huán)性。因此，在水環(huán)境治理中，必須符合水資源的循環(huán)特點(diǎn)，使排入大自然的水仍然可以被人類利用[4]。

（一）水環(huán)境治理技術(shù)存在的問題

在過去的十多年中，國內(nèi)外對(duì)廢水的治理已有了較大的發(fā)展。我國目前還沒有形成一套完善的脫氮除磷技術(shù)體系，所以，在處理目標(biāo)城市生活污水中，受到了傳統(tǒng)工藝及設(shè)計(jì)思想的制約。由于污水組成越來越復(fù)雜，以及人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的認(rèn)識(shí)越來越高，許多城市都出現(xiàn)了三級(jí)凈化和深度凈化的污水處理廠。與此同時(shí)，隨著研究的不斷深入，新工藝新技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，例如在污水生物處理領(lǐng)域，有AB 法工藝，間歇式（序列式）活性污泥法、脫氮除磷的A/O 工藝、同步脫氮除磷的AA/O 工藝、氧化溝工藝等。

通過對(duì)各種新技術(shù)、新工藝的研究和應(yīng)用，使水體的污染得到了較大的改善。為了獲得更高的處理效率，使得目前的工藝設(shè)備普遍存在著投資大、處理費(fèi)用高等問題，進(jìn)而影響了整體處理體系的操作。當(dāng)前使用較為廣泛的二級(jí)處理污水處理廠，其基礎(chǔ)投資約為1000 元/m3，若進(jìn)行深度處理或三級(jí)處理，其處理費(fèi)用將超過1500 元/m3。由于我國的財(cái)力仍然非常有限，而且通過BOT 等形式來吸引外資，以及私人資本在環(huán)保市場(chǎng)中的投資也不夠完善，這就造成了水環(huán)境治理的進(jìn)展較為緩慢。所以，如何對(duì)工藝進(jìn)行最優(yōu)組合、使用新技術(shù)、減少費(fèi)用、提高處理效率，并采用“三低一少”（低投入、低運(yùn)行費(fèi)用、低管理、污泥少）的新型廢水處理技術(shù)，已成為水環(huán)境治理領(lǐng)域的新問題。

（二）生態(tài)型水環(huán)境治理技術(shù)

1.人工濕地技術(shù)

人工濕地和自然濕地有其不變的差異，但是它確實(shí)是基于對(duì)自然濕地有關(guān)特征的綜合分析而構(gòu)建的。人工濕地主要指的是在使用相關(guān)技術(shù)的情況下，利用特定的地理優(yōu)勢(shì)和水環(huán)境，來構(gòu)建出一種與自然濕地相似的濕地環(huán)境，進(jìn)而對(duì)被污染或破壞的水環(huán)境展開相應(yīng)的修復(fù)和改進(jìn)，這種修復(fù)和改進(jìn)作用主要包括了物理作用、化學(xué)作用和生物作用。盡管人工濕地的構(gòu)建始終存在著某種程度上的天然性不足，但是在成熟后的人工濕地中，它具有與天然濕地相似的穩(wěn)定生物膜。當(dāng)受到污染或者破壞的水源通過這一穩(wěn)定生物膜的時(shí)候，有害物質(zhì)就會(huì)被這一穩(wěn)定生物膜過濾出去，而其他的污染物質(zhì)也會(huì)被這一穩(wěn)定生物膜自覺的消化與吸收。以深圳市燕羅濕地為例，說明了該技術(shù)在城市生態(tài)系統(tǒng)中的運(yùn)用。

總體而言，采用人工濕地的污水處理系統(tǒng)是一種較好的廢水處理方法，尤其是能夠充分利用資源的生產(chǎn)潛能，避免環(huán)境的二次污染，從而得到污水處理和資源化的最優(yōu)效益，所以具有較高的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益，較適用于對(duì)水量不大，水質(zhì)變化較小，管理水平較低的城鎮(zhèn)污水，例如我國農(nóng)村中小城鎮(zhèn)的污水。人工沼澤是一項(xiàng)新型的廢水治理技術(shù)，需要對(duì)各區(qū)域的特點(diǎn)及操作過程進(jìn)行深入的分析，才能在未來的工程中得到更多的應(yīng)用。

2.生態(tài)護(hù)岸技術(shù)

生態(tài)護(hù)岸技術(shù)是一種常用的生態(tài)水環(huán)境治理技術(shù)，它主要指的是在河邊、湖邊等地方，通過種植植物，來增強(qiáng)土壤的抗沖擊力，進(jìn)而防止決堤的情況發(fā)生，提高其防洪能力。在現(xiàn)實(shí)中，為了提高河岸的抗沖性，通常會(huì)在河岸上修建剛性護(hù)岸系統(tǒng)，而所用的材料通常是漿體。這樣做一方面可以提高堤壩的抵御洪水的能力，另一方面也會(huì)對(duì)堤壩的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利的影響。在通常情況下，陸地和河流都是一個(gè)整體，然而，如果人類通過人工建造硬的護(hù)岸，將本來是一個(gè)整體的生態(tài)系統(tǒng)隔離開來，自然而然就會(huì)使河岸帶的生態(tài)系統(tǒng)功能減弱[5]。所以，從生態(tài)型水環(huán)境治理的視角出發(fā)，我們應(yīng)當(dāng)尊重自然，不能使用各類硬質(zhì)的護(hù)岸系統(tǒng)，而要將生態(tài)護(hù)岸系統(tǒng)發(fā)揮到最大作用，運(yùn)用水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和介質(zhì)的排列方式，來構(gòu)造生態(tài)護(hù)岸系統(tǒng)。生態(tài)護(hù)岸有陡坡型、緩坡型、垂直型三種類型，利用該類型的生態(tài)護(hù)岸，可以優(yōu)化河堤的生態(tài)群落結(jié)構(gòu)，既能起到一定的防洪作用，又能起到治理污染、預(yù)防土壤侵蝕的作用，還能為衍生生物提供生存與活動(dòng)的空間，使地下水與河流相連接。

3.湖濱帶凈化技術(shù)

在上述技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了一種新型的湖泊生態(tài)處理方法。湖濱地帶是水體與陸域生態(tài)相交的地帶，是湖泊與陸域生態(tài)系統(tǒng)之間的一種生態(tài)過渡地帶。湖泊岸線是一種很好的生態(tài)系統(tǒng)，在保持物種多樣性的前提下，對(duì)水資源的利用起到了很好的保護(hù)作用，起到了抗旱蓄洪的作用[6]。在湖濱帶的水底，將一些吸附填料和一些酶促填料置于其中，構(gòu)成一個(gè)多功能的生態(tài)污水凈化系統(tǒng)，對(duì)污水進(jìn)行凈化，具有良好的景觀效果。當(dāng)雨水或者湖水流入到湖濱帶的時(shí)候，在湖濱帶的多種生物和植物的凈化作用下，就能夠降低各種污染物的含量。接著，經(jīng)過凈化后的水資源又會(huì)流入到湖中，這樣就能夠維持湖水的生態(tài)環(huán)境，從而避免了雨水對(duì)湖水的污染。

4.吸收利用雨水地表徑流技術(shù)

隨著城鎮(zhèn)化和新農(nóng)村建設(shè)步伐的加快，我國的土地利用類型發(fā)生了巨大的變化，地表植被覆蓋率和類型受到了較大的影響。在施工過程中，對(duì)土體進(jìn)行表面硬化處理，不但會(huì)對(duì)淺表地表的水文造成影響，還會(huì)對(duì)地表徑流的正常滲透造成障礙，從而損害了施工區(qū)域的生態(tài)水環(huán)境。另外，由于植被的減少，導(dǎo)致了建設(shè)區(qū)域內(nèi)的水資源涵養(yǎng)能力變得很弱，進(jìn)而影響了地表的滲透力，在下雨時(shí)，會(huì)造成大量的表層徑流被浪費(fèi)，還會(huì)造成該區(qū)域的積水或洪澇災(zāi)害。為此，在生態(tài)化的水環(huán)境管理中，需要對(duì)下墊面進(jìn)行改良，提高下墊面降水的滲透能力。最常用的方法就是用透水率更高的礫石或透水板磚代替硬化地面，并盡量擴(kuò)大綠地。

五、結(jié)束語與展望

綜合上述，在生態(tài)水環(huán)境治理上，還應(yīng)積極推廣新技術(shù)的嘗試與應(yīng)用，改進(jìn)治理技術(shù)：

1.對(duì)環(huán)保部門的工作進(jìn)行調(diào)整與再分配，要求其既要盡量抑制水源的污染，又要盡量減輕水源的受污染。積極探索和運(yùn)用新的生態(tài)水環(huán)境治理技術(shù)，盡早實(shí)現(xiàn)其升級(jí)或改良。

2.城鄉(xiāng)規(guī)劃部門也要與環(huán)境保護(hù)部門積極合作。不管是城市規(guī)劃建設(shè)，還是新農(nóng)村建設(shè)，都要重視生態(tài)水環(huán)境的構(gòu)建，要給生態(tài)水環(huán)境留下足夠的空間，并且是原地的生態(tài)空間。在對(duì)城鎮(zhèn)或鄉(xiāng)村的環(huán)境進(jìn)行綠化的時(shí)候，不能對(duì)自然的水系環(huán)境進(jìn)行破壞，在需要的時(shí)候，還可以對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，并制定出相關(guān)的法律法規(guī)，對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。