生態型水環境治理技術的思考

張長風，郭學，胡志偉，汪麗賢，黃祎晨

上海康恒環境股份有限公司

我國水資源在南北地區的分配是不平衡的，東南地區水資源豐富，西北地區水資源匱乏，在669 個城市中，水資源短缺的城市400 個，其中重度水資源短缺的城市180 個。市區每天的缺水量達1600 萬立方米。在經濟快速發展的同時，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，超出了環境允許的68%。根據國家環保總局的監測結果，在7 大水系741 個重點監測斷面中，29.1%的斷面符合I～III 類要求，30.0%的斷面屬于Ⅳ、V 類，40.9%的斷面屬于劣V類。水體污染對我國的工業、農業、人類健康等都有很大的危害，并導致了巨大的經濟損失。

一、我國水資源現狀及存在的主要生態環境污染現象

當前，我國水環境存在著四大問題：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，導致水的感觀性、物理性質、化學成分、生物組成以及底質狀態等出現退化的現象，被稱為水體污染。水質污染導致了水質利用率的下降，對水生態系統、水生態系統以及水生態系統的破壞，進一步加劇了水資源緊缺的矛盾，已成為當前最為嚴重的環境問題之一。隨著人類社會的發展，工業、農業、生活用水量日益增多，對流域進行了大規模的開采，導致了流域自然徑流量的下降。由于水土資源的不合理開發和利用，造成了一些河流的干涸和一些平原地區河流湖泊的枯竭和退化，這已是另一個突出的水環境問題。近年來，隨著地表水資源的日益匱乏，水體的污染日益嚴重，部分區域開始了對地下水的掠奪性開采。在一定時期和開采水平下，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，會導致地下水位不斷下降的現象被稱為地下水超采。

由于外界環境的影響，如水力、風力、地震、開墾等，導致土壤的退化，這種現象被稱作土壤侵蝕。水土流失會導致土地資源破壞，耕地養分流失，減少農業耕作面積；山洪泥石流災害加重，威脅人民生命財產的安全；氮磷和農藥進入水系，污染水源等嚴重的環境問題[1]。值得注意的是這些環境問題往往相互交叉、互為因果，如河湖萎縮退化會降低水體自凈能力，加重水體污染；地表水體污染會促使地下水超采和污染；水土流失也會導致水體污染等。

二、造成我國水環境問題的原因

在我國，水環境問題的成因多種多樣，其中，人為的主觀因素占主導地位。在相當長的一段時間里，我們看到了一種粗放的發展模式，即企業只注重經濟效益，而忽略了環境、生態等方面的效益；營建理念需更新，營建工程只是追求人的利益，沒有將環保的設計思想與技術有機結合。另外，由于地區經濟發展與地區環境承載力之間的不協調，也導致了地區水環境的污染。過去，在制定地區工業發展方向和生產力布局的過程中，常常忽略了地區的環境承載力。目前，我國各大河流的水質狀況日趨嚴峻，其根本原因在于流域內工業的結構與布局不合理[2]。

從某種意義上說，自然因子的作用加劇了水環境的惡化。全球氣候變暖導致降水量、蒸發量急劇變化，往往帶來旱澇災害、地下水位下降等問題，同時使地表水體自凈能力降低，使水環境惡化。我國的水資源在區域上分布很不均勻，南北差異很大，其分布與人口分布、經濟社會發展和社會發展之間的關系也很不和諧。在我國北部，黃河，淮河，海河，松遼河，五大河流，人口約47%，農用地約65%，國內生產總值約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、生態型水環境治理技術特點

大自然之所以能夠在漫長的時間里一直生存和發展，就是由于它有自我調節和凈化的能力，因此，大自然是一個循環。生態型水環境治理技術就是將大自然的這種自我恢復的能力充分地發揮出來，通過下滲、過濾等清潔過程，實現對被破壞的生態系統進行自我修復的目的。生態水環境管理的特征是：一、減少投入，注重管理，從源頭上控制污染，實現了節約能源、保護環境的目標；二是選擇簡單，處理周期短，見效快，三是針對不同地區的水文特點，采取有針對性的處理措施。特別是在處理區域內的水污染問題上有突出的優勢[3]。四是該項目的投入、運營和維護費用都很低，對技術的需求也很小。

四、生態型水環境治理技術的思考

在傳統的水環境治理中，人們通常只重視對污染物的去除，而忽略了對水體的修復和治理。隨著水環境處理技術的發展，各種新技術、新方法相繼問世，可有效減輕水環境污染。

在水環境治理中，不能簡單地把污染物從水中清除出去，而是要綜合考慮整個水環境的發展狀況。傳統的水環境處理方法是利用多種技術與方法，建立一個污水處理體系，并對其進行集中處理。而在這一過程中，不僅要耗費巨大的財力，還要耗費大量的人力、物力，因此，水環境治理的成本是相當高的。在污水的采集過程中，因為污水通常并沒有在同一地區匯集，常常較為分散，所以對污水的采集和處理也很難進行。有些地區，消耗了大量的地下水，卻沒有注意補充，造成了水資源的失衡。許多地方通過二級處理技術來治理污染，但在此過程中，由于不能有效地去除污水中的氮、磷等元素，會造成水體的富營養化。總體而言，過去的水環境管理沒有從總體上著眼，沒有從根本上提高水環境質量。

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

（一）水環境治理技術存在的問題

在過去的十多年中，國內外對廢水的治理已有了較大的發展。我國目前還沒有形成一套完善的脫氮除磷技術體系，所以，在處理目標城市生活污水中，受到了傳統工藝及設計思想的制約。由于污水組成越來越復雜，以及人們對環境保護的認識越來越高，許多城市都出現了三級凈化和深度凈化的污水處理廠。與此同時，隨著研究的不斷深入，新工藝新技術也不斷涌現，例如在污水生物處理領域，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。

通過對各種新技術、新工藝的研究和應用，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，使得目前的工藝設備普遍存在著投資大、處理費用高等問題，進而影響了整體處理體系的操作。當前使用較為廣泛的二級處理污水處理廠，其基礎投資約為1000 元/m3，若進行深度處理或三級處理，其處理費用將超過1500 元/m3。由于我國的財力仍然非常有限，而且通過BOT 等形式來吸引外資，以及私人資本在環保市場中的投資也不夠完善，這就造成了水環境治理的進展較為緩慢。所以，如何對工藝進行最優組合、使用新技術、減少費用、提高處理效率，并采用“三低一少”（低投入、低運行費用、低管理、污泥少）的新型廢水處理技術，已成為水環境治理領域的新問題。

（二）生態型水環境治理技術

1.人工濕地技術

人工濕地和自然濕地有其不變的差異，但是它確實是基于對自然濕地有關特征的綜合分析而構建的。人工濕地主要指的是在使用相關技術的情況下，利用特定的地理優勢和水環境，來構建出一種與自然濕地相似的濕地環境，進而對被污染或破壞的水環境展開相應的修復和改進，這種修復和改進作用主要包括了物理作用、化學作用和生物作用。盡管人工濕地的構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定生物膜。當受到污染或者破壞的水源通過這一穩定生物膜的時候，有害物質就會被這一穩定生物膜過濾出去，而其他的污染物質也會被這一穩定生物膜自覺的消化與吸收。以深圳市燕羅濕地為例，說明了該技術在城市生態系統中的運用。

總體而言，采用人工濕地的污水處理系統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潛能，避免環境的二次污染，從而得到污水處理和資源化的最優效益，所以具有較高的環境效益、經濟效益及社會效益，較適用于對水量不大，水質變化較小，管理水平較低的城鎮污水，例如我國農村中小城鎮的污水。人工沼澤是一項新型的廢水治理技術，需要對各區域的特點及操作過程進行深入的分析，才能在未來的工程中得到更多的應用。

2.生態護岸技術

生態護岸技術是一種常用的生態水環境治理技術，它主要指的是在河邊、湖邊等地方，通過種植植物，來增強土壤的抗沖擊力，進而防止決堤的情況發生，提高其防洪能力。在現實中，為了提高河岸的抗沖性，通常會在河岸上修建剛性護岸系統，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，另一方面也會對堤壩的生態環境產生不利的影響。在通常情況下，陸地和河流都是一個整體，然而，如果人類通過人工建造硬的護岸，將本來是一個整體的生態系統隔離開來，自然而然就會使河岸帶的生態系統功能減弱[5]。所以，從生態型水環境治理的視角出發，我們應當尊重自然，不能使用各類硬質的護岸系統，而要將生態護岸系統發揮到最大作用，運用水的運動規律和介質的排列方式，來構造生態護岸系統。生態護岸有陡坡型、緩坡型、垂直型三種類型，利用該類型的生態護岸，可以優化河堤的生態群落結構，既能起到一定的防洪作用，又能起到治理污染、預防土壤侵蝕的作用，還能為衍生生物提供生存與活動的空間，使地下水與河流相連接。

3.湖濱帶凈化技術

在上述技術的基礎上，提出了一種新型的湖泊生態處理方法。湖濱地帶是水體與陸域生態相交的地帶，是湖泊與陸域生態系統之間的一種生態過渡地帶。湖泊岸線是一種很好的生態系統，在保持物種多樣性的前提下，對水資源的利用起到了很好的保護作用，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，構成一個多功能的生態污水凈化系統，對污水進行凈化，具有良好的景觀效果。當雨水或者湖水流入到湖濱帶的時候，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，經過凈化后的水資源又會流入到湖中，這樣就能夠維持湖水的生態環境，從而避免了雨水對湖水的污染。

4.吸收利用雨水地表徑流技術

隨著城鎮化和新農村建設步伐的加快，我國的土地利用類型發生了巨大的變化，地表植被覆蓋率和類型受到了較大的影響。在施工過程中，對土體進行表面硬化處理，不但會對淺表地表的水文造成影響，還會對地表徑流的正常滲透造成障礙，從而損害了施工區域的生態水環境。另外，由于植被的減少，導致了建設區域內的水資源涵養能力變得很弱，進而影響了地表的滲透力，在下雨時，會造成大量的表層徑流被浪費，還會造成該區域的積水或洪澇災害。為此，在生態化的水環境管理中，需要對下墊面進行改良，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，并盡量擴大綠地。

五、結束語與展望

綜合上述，在生態水環境治理上，還應積極推廣新技術的嘗試與應用，改進治理技術：

1.對環保部門的工作進行調整與再分配，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。積極探索和運用新的生態水環境治理技術，盡早實現其升級或改良。

2.城鄉規劃部門也要與環境保護部門積極合作。不管是城市規劃建設，還是新農村建設，都要重視生態水環境的構建，要給生態水環境留下足夠的空間，并且是原地的生態空間。在對城鎮或鄉村的環境進行綠化的時候，不能對自然的水系環境進行破壞，在需要的時候，還可以對其進行保護，并制定出相關的法律法規，對其進行保護。