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本文作者：熊代群1汪群慧2李繼武1蔣菊生1作者單位：1海南省農(nóng)墾科學(xué)院2北京科技大學(xué)

水體污染控制原理

1污染源控制

1）工業(yè)污染源。工業(yè)污染源是所有污染源中危害最大圖1河流污染控制流程的源頭，必須要嚴(yán)格控制。根據(jù)污水性質(zhì)不同所造成的污染類型，可分由有機(jī)物造成的有機(jī)污染，由營(yíng)養(yǎng)元素氮、磷造成的富營(yíng)養(yǎng)化污染，由重金屬造成的重金屬污染，由含毒物質(zhì)造成的生物毒性污染，還有其他熱污染、高鹽污染等。工業(yè)污染源危害巨大，但也是最好控制的，所以歷來(lái)環(huán)境污染控制中，工業(yè)污染源都成為眾矢之的。工業(yè)污染控制已經(jīng)有相當(dāng)長(zhǎng)的歷史，形成了比較完整的思路和體系，主要考慮政策層面的強(qiáng)制執(zhí)行和技術(shù)層面的末端控制。（1）技術(shù)層面。迄今，已經(jīng)出現(xiàn)了許多針對(duì)各種工業(yè)廢水的處理工藝，但由于工業(yè)廢水的復(fù)雜性，工藝應(yīng)用的可復(fù)制性比較差，某些廢水所含污染物質(zhì)極難處理，處理成本極高。主流的生物處理工藝成本低，但需要連續(xù)運(yùn)行，可控制性差，不滿足企業(yè)間斷生產(chǎn)的要求，造成了許多企業(yè)的污水處理廠都成了擺設(shè)。相比而言，物化處理工藝更有應(yīng)用前景，如電化學(xué)、高級(jí)氧化、濕式氧化、芬頓氧化等在處理難降解有機(jī)物質(zhì)方面運(yùn)用前景巨大，即使在可生化廢水處理領(lǐng)域，由于物化法的可控運(yùn)行優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用也逐漸增多。（2）政策層面。政策層面需要幾個(gè)基礎(chǔ)，首先需要有健全的法律法規(guī)體系，其次需要完善的監(jiān)測(cè)、監(jiān)察、執(zhí)法體制。政策的武器，一是法律強(qiáng)制性，強(qiáng)制企業(yè)進(jìn)行水處理建設(shè)和運(yùn)行;二是資金和技術(shù)支持，提供一定的資金扶持;三是提倡清潔生產(chǎn)，促進(jìn)資源循環(huán)利用，建立可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)鏈，最大化利用資源，從生產(chǎn)環(huán)節(jié)減少污染源。

2）生活污染源。生活污染源主要針對(duì)城市生活污水，其控制難點(diǎn)在于截污管網(wǎng)的建設(shè)，污水管網(wǎng)鋪設(shè)施工困難，工程量大，工期長(zhǎng)，對(duì)城市安全和交通市秩序影響大，需要大量的人力、財(cái)力、物力。在許多城市，由于截污管網(wǎng)建設(shè)的不健全，生活污水以點(diǎn)源形式偷排、漏排，生活污水對(duì)河流的污染甚至大于工業(yè)污染源，對(duì)于城市納污河流更是如此。截污管網(wǎng)不健全表現(xiàn)在，老舊城區(qū)截污管網(wǎng)空白，以及為了節(jié)省費(fèi)用采用雨污合流的截污形式。末端控制工程是一個(gè)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的集中表現(xiàn)，其核心問(wèn)題是基礎(chǔ)建設(shè)投資。在新城區(qū)鋪設(shè)排污管網(wǎng)，對(duì)老舊城區(qū)超負(fù)荷、陳舊管網(wǎng)進(jìn)行改造，在此基礎(chǔ)上才能發(fā)揮末端控制工程建設(shè)的效率。

3）面源污染。面源污染主要包括農(nóng)業(yè)面源污染、河流沿岸居民生活污水污染、大氣污染物質(zhì)沉降帶來(lái)的污染等。面源污染對(duì)河流污染貢獻(xiàn)最小，但治理難度也最大，非常不易控制，尤其在河流后期治理階段，將成為重點(diǎn)。對(duì)面源污染無(wú)法實(shí)現(xiàn)污染物質(zhì)的集中收集和處理，即無(wú)法實(shí)現(xiàn)末端控制，所以面源污染的治理重在前端控制和過(guò)程控制，如從源頭控制農(nóng)用化肥、農(nóng)藥的使用，推廣生態(tài)農(nóng)業(yè)，探索更科學(xué)的農(nóng)業(yè)方法和技術(shù)。（1）農(nóng)業(yè)面源污染。農(nóng)業(yè)污染根源在于農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)和落后的農(nóng)業(yè)技術(shù)，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、化肥使用、畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展、農(nóng)田土壤肥力變化等與農(nóng)業(yè)面源污染密切相關(guān)。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)村面積廣大，農(nóng)民受教育程度低，難以管理，農(nóng)業(yè)技術(shù)落后。表現(xiàn)在不科學(xué)使用化肥，違禁使用農(nóng)藥，農(nóng)藥化肥能長(zhǎng)期存在于環(huán)境，并逐漸累積，加劇農(nóng)村環(huán)境污染。農(nóng)用地膜的使用也造成環(huán)境污染，我國(guó)農(nóng)用地膜使用量大，農(nóng)民又缺乏回收和處理的意識(shí)，隨處丟棄，使得地膜污染稱為我國(guó)農(nóng)村新的污染源。畜禽、漁業(yè)養(yǎng)殖是農(nóng)民重要的經(jīng)濟(jì)來(lái)源，也是農(nóng)村水體污染的主要原因。在農(nóng)村為了發(fā)展經(jīng)濟(jì)，河流、池塘通常都以合同形式承包給個(gè)體經(jīng)營(yíng)畜禽、漁業(yè)養(yǎng)殖等。由于缺乏科學(xué)指導(dǎo)和管理，水體污染嚴(yán)重。盡管多數(shù)地方采用了養(yǎng)魚(yú)、養(yǎng)鴨、糞便還田的循環(huán)農(nóng)業(yè)模式，增大了經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出，但也加重了水體污染，過(guò)去能洗衣服、游泳的池塘現(xiàn)在都不復(fù)存在，這也是存在于農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與環(huán)境之間的矛盾。（2）村民生活污染。我國(guó)農(nóng)村區(qū)域遼闊，村落零星分布，村民生活污染物很難集中處理和控制。農(nóng)村生活污染集中體現(xiàn)在生活垃圾污染、生活污水污染和燃料問(wèn)題引起的污染。在河流污染方面，很多河流沿岸成了村民的垃圾堆放點(diǎn)，生活污水直接排入河流。農(nóng)村人口膨脹、村落規(guī)模增大是農(nóng)村污染的根源，而農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施落后和村民環(huán)保意識(shí)不足是農(nóng)村污染的主要原因。

2水體自凈能力

水體的自凈能力是很有限的，如果污染物質(zhì)排入量超出了水體自凈能力，就會(huì)造成水體污染。一定水體所能容納污染物質(zhì)的最大負(fù)荷被稱為水環(huán)境容量，即某水域所能承擔(dān)外加的某種污染物質(zhì)的最大允許負(fù)荷量［5］。水體污染治理就是基于水體自凈機(jī)理進(jìn)行治理的，水體污染治理的前提是有效的污水末端治理，只有有效控制了污染源的輸入，對(duì)水體的污染治理才是經(jīng)濟(jì)有效的。水體的自凈作用按其凈化機(jī)理可分為物理凈化過(guò)程、化學(xué)凈化過(guò)程和生物凈化過(guò)程。物理凈化機(jī)理是天然水體的稀釋、擴(kuò)散、沉淀和揮發(fā)作用，使污染物質(zhì)的濃度降低;化學(xué)凈化機(jī)理是天然水體通過(guò)氧化、還原、酸堿反應(yīng)、分解、凝聚、中和等作用，使污染物質(zhì)的存在形態(tài)發(fā)生變化，并且濃度降低;生物凈化機(jī)理是天然水體中的生物活動(dòng)使污染物質(zhì)的濃度降低，特別是水中微生物對(duì)有機(jī)物的氧化分解作用［6］。

3水環(huán)境污染原理

水環(huán)境污染，就是人為的外界干擾，如污染物質(zhì)的過(guò)量排入，超過(guò)了水體的自凈能力，引起水體中某一環(huán)節(jié)發(fā)生變化，并使水環(huán)境短期內(nèi)無(wú)法達(dá)到新的平衡。通過(guò)水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)分析，可以直觀地了解污染發(fā)生的演化過(guò)程及掌握各要素間的利害關(guān)系，為污染防治提供理論支持。當(dāng)前的污染問(wèn)題可以分為傳統(tǒng)的生態(tài)位污染、水條件污染、難降解有機(jī)物污染和毒性污染。

1）生態(tài)位污染。生態(tài)位污染是指人為向水環(huán)境系統(tǒng)中輸入某一過(guò)多污染物質(zhì)，該污染物質(zhì)是生態(tài)系統(tǒng)中的某一生態(tài)位上組成，造成該生態(tài)位的顯著性突變，并最終引起生態(tài)系統(tǒng)短期內(nèi)無(wú)法恢復(fù)的污染。如典型的有機(jī)污染、富營(yíng)養(yǎng)化污染，這類污染是人類生產(chǎn)生活中最常產(chǎn)生的污染，我國(guó)集中體現(xiàn)在城市生活污水的污染。當(dāng)向水體中排放了過(guò)量有機(jī)物質(zhì)時(shí)，使得微生物(分解者)大量生長(zhǎng)，并消耗水體中的氧氣，水生生物由于缺氧逐漸死亡，水體中有機(jī)物進(jìn)一步積累，如此循環(huán)導(dǎo)致水質(zhì)最終惡化，形成厭氧環(huán)境，造成有機(jī)污染。當(dāng)向水體中排放過(guò)量富營(yíng)養(yǎng)化元素N、P等時(shí)，造成藻類大量生長(zhǎng)，特別是低等藻類瘋長(zhǎng)形成水華，生物量急劇增加，破壞了供氧平衡，使水體溶解氧逐漸減少，魚(yú)類等高等生物死亡，水體中有機(jī)物積累，又促使微生物大量生長(zhǎng)，如此循環(huán)導(dǎo)致水體最終呈現(xiàn)厭氧環(huán)境，造成富營(yíng)養(yǎng)化污染。

2）水條件污染。水條件污染是指由于人為向水環(huán)境輸入某一污染物質(zhì)，改變了水體水質(zhì)的某些物理性質(zhì)及生物的生存環(huán)境，導(dǎo)致生物無(wú)法適應(yīng)而大量死亡的污染，如熱污染、酸污染、鹽堿污染等造成了水體溫度、pH、堿度等水質(zhì)變化，從而使生物無(wú)法生存。這里可以是對(duì)某一種生物的影響，也可以是所有生物的影響，不同生物對(duì)不同環(huán)境條件有不同的適應(yīng)能力。通常微生物環(huán)境適應(yīng)能力大于植物，植物適應(yīng)能力又大于動(dòng)物。

3）難降解有機(jī)物污染。在工業(yè)污水中有很多難降解的有機(jī)污染物，其存在不會(huì)對(duì)生物造成直接危害和瞬時(shí)毒性，但由于其難降解性，可以在自然界中長(zhǎng)期存在并不斷積累，如塑料盒、塑料袋、農(nóng)用薄膜等，其造成的白色污染已日益受到人們重視。

4）有毒污染。有毒污染是指由于人為向水體中排放了某些生物有毒物質(zhì)，使水體中生物慢性中毒或快速死亡的污染。該類污染主要體現(xiàn)在工業(yè)污染中，如重金屬污染、有毒有機(jī)烴類化合物、農(nóng)藥污染等。

水體污染治理對(duì)策

1河道曝氣充氧

從水環(huán)境生態(tài)結(jié)構(gòu)出發(fā)，環(huán)境污染的根源在于最終造成水體供氧平衡的破壞，由于水體氧虧值逐漸增大，最終水體中的好氧生物，特別是高等動(dòng)植物將因?yàn)槿毖醵劳?。在治理水環(huán)境污染時(shí)，可以從供氧關(guān)系出發(fā)，通過(guò)人為手段，增加水體復(fù)氧能力，從而增加水體環(huán)境承載力，減少水生物的死亡，促進(jìn)水質(zhì)恢復(fù)。河道曝氣技術(shù)的應(yīng)用由來(lái)已久，國(guó)外特別是歐美諸國(guó)，早在20世紀(jì)就有許多水域污染治理案例。如德國(guó)1998年夏天進(jìn)行的Saar河純氧曝氣治理，利用純氧曝氣船對(duì)Saar河進(jìn)行曝氣，以提高水體溶解氧量。德國(guó)Fulda河純氧曝氣系統(tǒng)已運(yùn)行多年，間歇運(yùn)行，當(dāng)水體溶解氧濃度低于指定的臨界值時(shí)則啟動(dòng)，效果良好，有效降低了運(yùn)行成本。英國(guó)泰晤士河是世界上最著名的河道曝氣整治項(xiàng)目之一，為減輕混合污水導(dǎo)致溶解氧濃度降低所帶來(lái)的影響，1988年建造了一個(gè)機(jī)動(dòng)增氧的純氧－混流增氧系統(tǒng)。美國(guó)1987和1988年在密西西比河明尼蘇達(dá)碼頭附近的河道安裝了曝氣設(shè)備，有效地控制了臭味產(chǎn)生和藻類的過(guò)量繁殖［7］。

1）河道曝氣充氧的理論依據(jù)。生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)是要滿足供氧平衡，即水體復(fù)氧速率(VDO)不能小于水體生物好氧速率(VNO)，否則水體中溶解氧將逐漸減少，最終處于厭氧狀態(tài)，導(dǎo)致水體生物缺氧死亡。水體生物好氧速率與水體生物量之間滿足一定的函數(shù)關(guān)系，如果用X表示水體中生物量，則可用VNO=f1(X)表示該函數(shù)關(guān)系。供氧平衡時(shí)，VDO≥VNO=f1(X)。由于水體污染，水中有機(jī)物增加導(dǎo)致細(xì)菌等微生物大量生長(zhǎng)，或水體富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致藻類大量生長(zhǎng)，最終使水體生物量X增大，所以水體好氧速率也增大。自然狀態(tài)下的復(fù)氧速率是恒定的，必然造成氧虧值的增大，水體生物缺氧死亡。河道曝氣復(fù)氧的目的是人為地增大河道復(fù)氧速率，維持供氧平衡。

2）河道曝氣復(fù)氧形式。（1）固定式充氧站。在需要曝氣充氧的河段上安裝固定的曝氣充氧裝置，可以采用不同的曝氣設(shè)備。當(dāng)河水較深，需要長(zhǎng)期充氧時(shí)，且曝氣河段有航運(yùn)要求或景觀功能要求時(shí)，可以采用鼓風(fēng)曝氣或純氧曝氣;當(dāng)河水較淺，沒(méi)有航運(yùn)要求或景觀功能要求時(shí)，可以采用機(jī)械曝氣形式。（2）移動(dòng)式充氧站。這種曝氣方式主要表現(xiàn)為充氧船曝氣。曝氣充氧船可以自由移動(dòng)，機(jī)動(dòng)靈活，便于人為控制和調(diào)控運(yùn)行的時(shí)間和空間，不影響河道航運(yùn)功能。因此，德國(guó)、英國(guó)、澳大利亞等國(guó)家在合流治理中都采用過(guò)這種方法，我國(guó)在蘇州河治理中也采用過(guò)充氧船曝氣方式［8］。3．2

2生物強(qiáng)化技術(shù)

單純的河道曝氣復(fù)氧是不經(jīng)濟(jì)的。長(zhǎng)期污染的水體中好養(yǎng)生物長(zhǎng)期受到抑制，生物量很少，曝氣復(fù)氧可以讓好氧微生物逐漸恢復(fù)，但需要一段時(shí)間，復(fù)氧速率遠(yuǎn)大于好氧速率，造成氧的浪費(fèi)。生物強(qiáng)化技術(shù)就是在供氧平衡范圍內(nèi)，人為加大水體中微生物的量，促進(jìn)有機(jī)物的降解。生物強(qiáng)化技術(shù)是針對(duì)河流有機(jī)污染的治理措施，即直接向污染水體中接種外援的污染降解菌，通過(guò)微生物的迅速增殖加快水體中污染物的降解進(jìn)程，從而加快水體自凈，迅速恢復(fù)正常的平衡狀態(tài)。生物強(qiáng)化技術(shù)通常需要曝氣，以保證水體的供氧平衡，否則只會(huì)令水體更加惡化。目前，國(guó)內(nèi)外常用的有集中式生物系統(tǒng)、高效復(fù)合微生物菌群(EM)及固定化微生物等技術(shù)。

1）內(nèi)置式水處理系統(tǒng)。實(shí)質(zhì)上，內(nèi)置式水處理系統(tǒng)就是將污水處理廠搬到了河流中，就地處理河水，屬于一種原位修復(fù)技術(shù)，也稱為“圍河造廠”。將一個(gè)巨型容器置于河道中，在容器中添加活性污泥并進(jìn)行曝氣，達(dá)到處理河水的目的。巨型容器是用來(lái)容納污泥，防止污泥流失，控制污泥在一定濃度。隨河水流走的污泥在河道復(fù)氧的保證下，也加大了水體自凈能力，不會(huì)對(duì)河水產(chǎn)生不良影響。

2）外置式生物箱。外置式生物箱相當(dāng)于一個(gè)微型污水處理器，在一個(gè)箱式容器中培養(yǎng)一定濃度的活性污泥，并給予曝氣，處理河水中的有機(jī)物質(zhì)。與“圍河造廠”相比，其規(guī)模和功能小了很多。生物箱可以漂浮在河面，不用支撐，靈活方便，適用于不需要長(zhǎng)期處理的河水、局部污染水體，如排污口或有航運(yùn)要求的河道。

3）水域景觀生態(tài)治理。水域景觀治理是基于河水富營(yíng)養(yǎng)化的治理，由于景觀系統(tǒng)的復(fù)雜性，生態(tài)系統(tǒng)多樣，對(duì)增強(qiáng)河流的環(huán)境容量至關(guān)重要。水域景觀治理就是在河堤和河道上構(gòu)建人工景觀環(huán)境，栽培美人蕉、旱傘草等水生植物。另外，水域景觀也是微生物、昆蟲(chóng)、魚(yú)類、鳥(niǎo)類等自然生物棲息地，對(duì)于增強(qiáng)河流生態(tài)功能有積極作用。（1）構(gòu)建河岸混合植物帶。河岸混合植物帶是指在河岸淺水區(qū)以挺水植物、浮葉植物、部分沉水植物和陸生植物為主的區(qū)域。典型挺水植物有香蒲、蘆葦、蓮燈，浮葉植物有睡蓮、菱，沉水植物有眼子菜、金魚(yú)藻、苦草等。李睿華等對(duì)河岸植物帶處理污染河水進(jìn)行了研究［9］，結(jié)果表明，河岸混合植物水生系統(tǒng)對(duì)NH+4-N、TP有良好去除效果，去除率分別達(dá)71．1%、69．3%;對(duì)有機(jī)物也有一定去除效果，COD去除率達(dá)43．5%?？梢?jiàn)，構(gòu)建河岸混合植物帶，對(duì)于增強(qiáng)河流自凈能力，特別是促進(jìn)N、P元素的生態(tài)循環(huán)有重要作用，同時(shí)也達(dá)到了景觀治理的要求，對(duì)于美化環(huán)境、提高河流復(fù)氧能力、增強(qiáng)河流生態(tài)功能非常有效。（2）生物浮島技術(shù)。生物浮島技術(shù)是利用生態(tài)工學(xué)原理，在受污染河道用木頭、泡沫等輕質(zhì)材料搭建浮島，以浮島為載體，在水面上種植植物，構(gòu)成微生物、昆蟲(chóng)魚(yú)類、鳥(niǎo)類、植物等自然生物棲息地，形成生物鏈來(lái)幫助水體自凈［10］。與河岸植物帶功能相同，生物浮島也是以水生植物為中心構(gòu)建生態(tài)鏈條，促進(jìn)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，從而提高河流的自凈能力。生物浮島技術(shù)比較適用于沒(méi)有航運(yùn)要求的小河道，對(duì)于有航運(yùn)要求的河道，要慎重選擇生物浮島的位置，一般選在河道較寬的部位，或在人工開(kāi)鑿港灣設(shè)置浮島，也可設(shè)計(jì)小型浮島，零星多點(diǎn)分布。

3底泥疏浚

底泥疏浚是解決河流內(nèi)源污染的重要措施。長(zhǎng)期受污染的河流，有機(jī)物質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)鹽等會(huì)沉積到底泥中并逐漸富集。底泥污染物的釋放是河流持續(xù)污染的重要原因。底泥疏浚就是通過(guò)疏挖去除底泥中的有機(jī)物，清除污染水體內(nèi)源污染物，減少底泥污染物向水體的釋放。