流域水污染治理技术研究进展
摘 要：流域水环境污染是我国建设资源节约型、环境友好型社会面临的一个严峻的现实挑战。随着环境污染不断加重，以及人们环保意识的加强，流域污染综合治理已引起人们高度重视。控制流域水污染问题，进行流域水污染综合防治，已成为全国水环境管理研究中的重要课题。本文介绍了我国流域水环境污染现状，综述了国内外流域水污染治理技术，最后评述了流域污染治理的发展方向。
关键词：流域污染；治理技术；研究进展
Abstract：when building a resource-saving and environment-friendly society, our country is facing a severe challenge about basin water pollution.With the environmental pollution increasing, and the strengthening of people\'s environmental protection awarene, watershed pollution has aroused great attention.And it has become an important topic for the International Study Center on Water Environmental Management to control and deal with basin water pollution.This paper introduces the present situation of water pollution in River Basin in China and gives an overview of treatment approach about water pollution from home and abroad, finally points out the development direction of controlling the river pollution .
Key words：River Pollution; Control Technology; Research Progre
随着经济的快速发展、城市化进程加快及流域人口增长，越来越多的污染物排入河流，早已超过了河流自身的容量，使河流受到不同程度的污染，生态系统遭到破坏，导致流域水体污染问题日益严重[1,2]。污染事件的频频发生已成为世界普遍问题，引起国内外的高度重视，西方从20世纪60年代起就开展了对严重污染的河流进行治理并取得了一定的成效，如伦敦泰晤士河[3]、柏林莱茵河[4]、首尔清溪川[5]都恢复了昔日的“清澈”。由于流域是一个社会经济发展的命脉[6]，因此，流域综合整治已经引起人们广泛关注，对污染流域的治理迫在眉睫。
1.流域污染现状
2013年我国环境状况公报[7]显示：我国十大流域423条河流的国控断面中，Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类和劣Ⅴ类水质断面比例分别为71.7%、19.3%和9.0%，主要污染指标为COD、高锰酸盐指数和BOD5。62座重点湖泊（水库）972个国控断面水质优良、轻度污染、中度污染和重度污染的比例分别为60.7%、26.2%、1.6%、和11.5%，主要污染指标为TP、COD和高锰酸盐指数，富营养、中营养和贫营养的湖泊（水库）比例分别为27.8%、57.4%和14.8%。309个地级及以上城市的835个集中式饮用水源地达标率为97.3%，主要超标指标为TP、Mn和NH3-N，地下水水源地主要超标指标为Fe、Mn和NH3-N。
流域所在地工业结构和布局的不合理以及对资源的无序开发使得工业污染成为主要的流域污染源；流域沿岸城市化的加快，城镇生活污水问题日渐突出，部分城镇污水处理厂不正常运行更使得流域废水处理率不高；化肥、农药的大量使用，不仅污染了水质，而且危害水域中的有益动植物，造成相关动植物品种数量的减少甚至濒临灭绝，进一步破坏了水生态环境，从而严重影响了水源涵养功能，使得水资源短缺、水环境恶化的态势更加严峻[2,8]。
2.国内外流域污染治理现状
2.1 国外流域污染治理现状
流域污染在19世纪末就引起了发达国家的重视，并对流域水污染防治研究已有几十年甚至上百年的时间，如英国泰晤士河、法国塞纳河、日本琵琶湖、加拿大圣劳伦斯河、欧洲莱茵河等世界上一些著名流域，都经历了“先污染后治理”的过程[9]。这些宝贵经验，对我国开展重点流域水污染防治有重要的参考价值。
英国伦敦南部的泰晤士河，是世界上污染最早、危害最严重的城市河流之一。经过英国政府100多年的综合治理，泰晤士河已经成为国际上治理效果最显著的河流，也是世界上最
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干净的河系之一。泰晤士河治理采取的主要措施有：成立了治理专门委员会和泰晤士河水务局，对泰晤士河进行统一规划与管理；对各种治理方案做出评价，筛选出最优设计与控制方案，使治理工作花费较少的投资和时间，取得良好的治理效果，建立了有效的资金和技术保障机制。
法国为加强塞纳河治理，成立了直接隶属环境部的流域管理办事机构—流域水管局来加强对塞纳河流域水资源管理工作。并且还建立有效的协调机制，即建立部际水资源管理委员会，由环境部、农业部、交通部、卫生部等部门组成，主要职责是制定流域综合治理政策和协调部门之间、地方政府之间的工作。经过多年的治理，塞纳河的水质明显改善，取得了良好的治理效果。
日本为了治理琵琶湖流域水质状况，采取各种措施，加强琵琶湖流域的水污 染治理，并形成了“源水培育、湖水治理、生态建设、政府主导、全民参与”的湖泊治理思路。其具体措施为加强城市污水处理厂和农村污水处理厂的建设，工商企业限期实现达标排放，开展用肥皂代替合成洗涤剂的公民运动，以削减入湖污染负荷[10]。
加拿大政府开展了圣劳伦斯河流域综合治理工程，主要措施有：成立了圣劳伦斯河管理中心，主要从事技术咨询、生态环境监测和信息交流等工作，来协调管理流域治理项目；建立了由环境部牵头负责，多部门齐抓共管的管理体系。经过多年努力，圣劳伦斯河流域水污染治理取得了十分明显的生态、经济和社会效益。
欧洲为了治理莱茵河的水质污染，“莱茵河防治污染国际委员会”（LCPR）从河流整体的生态系统出发，先后签署了一系列的莱茵河环保协议，确定了莱茵河治理规划，把大马哈鱼回到莱茵河作为治理效果的标志。目前，莱茵河的水质已经有很大改善，河水基本澄清，水质基本恢复。
2.2 我国流域污染治理现状
随着国内经济社会的迅速发展，流域水环境、水生态破坏严重[11]。控制流域水污染问题，进行流域水污染综合防治，已成为全国水环境管理研究中的重要课题[12]。
我国水污染防治规划的研究，始于20世纪70年代，随后的“六五”、“七五”和“八五”攻关中，开展了大量的水环境背景值、水体功能区划、水环境容量理论与总量控制方法等研究。规划过程中，运用了水质数学模型、多目标评价预测模型和大规模系统优化方法等定量分析手段，增强了规划的科学性[13]。
1994年5月，中国从淮河流域治理入手，开始了流域的治理工作。1995年8月，国务院颁发了全国第一部流域污染综合防治行政法规《淮河流域水污染防治暂行条例》，进一步明确了治淮的目标。
进入“九五”以来，以淮河为先导，随后海河、辽河、太湖、巢湖、滇池等流域的水污染防治相继开始，全国大规模的防治工作，在“三河三湖”等重点流 域全面展开。通过开展工业污染源的治理以及城市水污染的综合治理，部分水域 已经基本实现了“九五”确定的阶段性污染防治的目标[13]。
21世纪流域的治理工作，在已经取得成果的基础上，重点对水环境治理，按流域依法统一管理好水资源，加强水环境的持续改善和水土保持，促进水土资源优化配置，大力发展污水处理和饮用水净化处理，以实现水资源的可持续发展和利用，保障流域社会经济的可持续发展。
3.流域污染治理技术
流域污染治理是一项复杂的系统工程，目前国内外已经在使用的或已试验的污染河流水体治理技术主要分为物理、化学和生物—生态3类方法[6]。
3.1 物理方法
3.1.1 曝气技术
曝气技术是利用自然跌水（瀑布、喷泉、假山等）或人工曝气对水体复氧，促进上下层水体的混合，使水体保持好氧状态，以提高水中的溶解氧含量，加速水体
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复氧过程，抑制底泥N、P的释放，防止水体黑臭现象的发生。河道曝气复氧一般采用固定式充氧站和移动式充氧平台两种形式。人工曝气复氧是指向处于缺氧(或厌氧)状态的河道进行人工充氧能够加强河道的自净能力，改善水质、改善或恢复河道的生态环境。国外许多的河流都会使用移动式曝气方式。该工艺具有见效快、机动灵活、安全可靠、设备简单、投资省、适应性广对水生生态不产生任何危害、操作便利等优点，极为适合于微污染源水和城市景观河道的治理。固定充氧曝气的缺点，就是每个曝气点的覆盖面积小，尤其对基本不流动、相对封闭的水体，不能发挥出其最大的作用。移动式就避免了两者所有缺点。在德国的Fulda[14][15]河、上海的绥宁河都曾采用人工增氧。
3.1.2 环保疏浚技术
环保疏浚技术是利用机械疏浚方法清除江河湖库污染底泥， 整个工程对环境及周围水体的影响都较小。疏浚能消除污染水体的内源， 减少底泥污染物向水体的释放。疏浚对沉积物中的营养物、重金属和持久性有机物等污染物的去除明显[16]。这是水体污染治理中普遍采用的方法之一，也是解决内源(P污染)释放的重要措施。
3.1.3 原位覆盖技术。原位覆盖技术是一种控制江河湖库内污染源的技术。 通过在污染底泥表面覆盖清洁的一种或多种覆盖物，来阻隔底泥中的污染物向上覆水释放迁移[1]。
3.1.4 机械除藻
水华蓝藻大量暴发时，采用机械除藻，对控制蓝藻水华污染，有效降低內源N、P等污染物负荷具有十分重要的作用[6]。
3.1.5 调水
通过水利设施(闸门、泵站等)的调控引入污染水域上游或者附近的清洁水源冲刷稀释污染水域，以改善水环境质量[6]。如上海苏州河的综合调水工程[17]。
物理方法只是使污染物转移而并没有消除，只能缓解污染程度而并非真正净化水质。此类方法治标不治本。
3.2 化学方法
化学治理方法主要是采用各种化学药剂，如加入化学药剂杀藻、混凝沉淀、假如石灰脱氮、加入铁盐促进磷的沉淀（化学固磷）等[6]。
3.2.1 絮凝沉淀技术
絮凝沉淀技术通过投加化学药剂（一般为混凝剂）来去除水体中污染物的水处理技术。该技术较适用于污染严重、较为封闭的地表水体，对SS、浊度、TP、CODCr去除效果较好，对重金属、TN等同样有可观的去除效果，且药剂用量非常少。但该方法由于极易造成二次污染，不推荐广泛使用。
3.2.2 化学除藻
化学除藻是控制藻类生长快速而有效的方法。除藻常用的药剂有硫酸铜、漂白粉、明矾、聚铝和硫酸亚铁等。采用硫酸铜及改变水的pH值可以达到去除水中藻类、降低甚至消除水腥味的效果，并且比单独投放硫酸铜要好。该方法操作简单，可在短时问内取得明显效果，提高水体透明度。不足之处在于不能将氮、磷等营养物质从水体中清除出来，不能从根本上改变水体的富营养化，而且除藻剂的生物富集以及生物放大作用可能会对水生生态系统产生负面影响。因此，除非应急和健康安全许可，化学除藻一般不宜采用。
3.3 生物—生态方法
生物—生态法是国内外近年来发展迅猛的一种新技术，其通过培育的植物或接种、培养的微生物的生命活动的过程，对水中污染物进行降解、转化和转移功能，从而让水体得到净化的方法，在实施中工程造价相对较低、净化效果好、低耗能或根本不会耗能、实施成本低廉等优点。除此之外，这种处理技术的特点是不会在水体中投放药剂，绝对不会产生二次污染。还能够与绿化环境和景观改善连接起来，创造人与自然和谐相处的优美环境。生物方法包括水生植物净化法、生物膜技术、河道曝气复氧、土地处理法、生物修复法等。
3.3.1 水生植物净化
利用水生植物的自然净化机能，对去除富营养化水体中的TN和TP，增加水体中的溶解氧有明显效果，且能有效抑制藻类生长。只有重建并依靠优化的水生植物大面积的稳定存在[18]，才能实现逐步恢复和提高河道水质的目的，在冬季水温3～7℃的低温条件下，大多数本生植物处于生长停滞期，据报道伊乐藻和菹草在低温条件下具有明显的生产能力[19,20]。但水生植物在富营养化水体中透明度低，不能维持正常的光合作用而难以形成稳定植被[21]。
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3.3.2 生物膜技术
生物膜技术是将微生物群体粘附于载体的表面上呈膜状，在与污水接触过程 中，生物膜上的微生物吸收污水中的有机物为养料然后同化有机物，而起到净化污水的效果。利用生物膜自净原理在河道内铺设一些卵石或其他填料[22]，进而改变水体环境生态结构的单一性。目前国外往往在净化河流的生物膜技术上采用排水沟的接触氧化法、砾石间隙接触氧化法、薄层流法、伏流净化法和生物活性炭填充柱净化法，这些方法中运用最多的是两种接触氧化法。南京大学王学江等采用悬浮填料移动床工艺处理苏州河支流河水，该工艺在水力停留时间为1.5 h，既能较好地去除CODCr、BOD5，也能达到良好的硝化效果[23]。
3.3.3 生物修复技术
生物修复技术（Bioremediation）是利用微生物或者其他水体生物，将水体或土壤中的有害有毒污染物质通过生物体内分解为 CO2和H2O，或转化为无毒无害物质的系统化的工程技术。生物修复技术有水生植物修复技术、微生物修复技术、水生动物修复技术。
3.3.4 土地处理技术
土地处理技术是一种行之有效且历史悠久的水处理技术。它是把土地作为处理的基本设施，利用植物根系、土壤的吸附过滤及自我调控功能和净化作用，达到一定程度上对水体净化的效果。国外经验表明，土地处理系统在有机化合物特别是氨氮和有机氯等有非常好的清理效果。
3.3.5 浮岛技术
人工浮岛[24]是借助浮体上栽培的水生植物，通过植物、根系上的微生物等作用，直接从水体中吸收营养物质及其它污染物，达到净水的目的。另外，其和藻类的生长形成竞争，抑制藻类进行光合作用等，从而抑制或减少“水华”发生的概率。人工浮岛具有净化水质、消减风浪、美化水面景观、提供水生生物栖息空间等多种功能。
3.3.6 人工湿地
人工湿地是由人工建造和控制运行的类似与沼泽地的地面，将污水、污泥有控制地投到人工建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术[25]。人工湿地净化污水的作用是介质，水生生物和微生物综合作用的结果[26,27]，影响因素主要包括湿地的水力负荷的比率、滞留时间、填料的选用、种植植物的类型和数量等[287]。人工湿地技术作为一种新型的水处理技术，不仅除污效果好，还具有运行管理方便及工程造价低等优点。
4.展望
综上所述，物理、化学和生物—生态技术各有利弊，所以我们要针对河道具体特点、区域的具体情况，因地制宜，充分借鉴国内外河流治理的实践经验，开发集污染河流治理、资源化利用及生态修复于一体的集成技术，为我国污染河流治理提供参考。
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