本文作者：熊代群1汪群慧2李继武1蒋菊生1作者单位：1海南省农垦科学院2北京科技大学

水体污染控制原理

1污染源控制

1）工业污染源。工业污染源是所有污染源中危害最大图1河流污染控制流程的源头，必须要严格控制。根据污水性质不同所造成的污染类型，可分由有机物造成的有机污染，由营养元素氮、磷造成的富营养化污染，由重金属造成的重金属污染，由含毒物质造成的生物毒性污染，还有其他热污染、高盐污染等。工业污染源危害巨大，但也是最好控制的，所以历来环境污染控制中，工业污染源都成为众矢之的。工业污染控制已经有相当长的历史，形成了比较完整的思路和体系，主要考虑政策层面的强制执行和技术层面的末端控制。（1）技术层面。迄今，已经出现了许多针对各种工业废水的处理工艺，但由于工业废水的复杂性，工艺应用的可复制性比较差，某些废水所含污染物质极难处理，处理成本极高。主流的生物处理工艺成本低，但需要连续运行，可控制性差，不满足企业间断生产的要求，造成了许多企业的污水处理厂都成了摆设。相比而言，物化处理工艺更有应用前景，如电化学、高级氧化、湿式氧化、芬顿氧化等在处理难降解有机物质方面运用前景巨大，即使在可生化废水处理领域，由于物化法的可控运行优点，其应用也逐渐增多。（2）政策层面。政策层面需要几个基础，首先需要有健全的法律法规体系，其次需要完善的监测、监察、执法体制。政策的武器，一是法律强制性，强制企业进行水处理建设和运行;二是资金和技术支持，提供一定的资金扶持;三是提倡清洁生产，促进资源循环利用，建立可持续发展的产业链，最大化利用资源，从生产环节减少污染源。

2）生活污染源。生活污染源主要针对城市生活污水，其控制难点在于截污管网的建设，污水管网铺设施工困难，工程量大，工期长，对城市安全和交通市秩序影响大，需要大量的人力、财力、物力。在许多城市，由于截污管网建设的不健全，生活污水以点源形式偷排、漏排，生活污水对河流的污染甚至大于工业污染源，对于城市纳污河流更是如此。截污管网不健全表现在，老旧城区截污管网空白，以及为了节省费用采用雨污合流的截污形式。末端控制工程是一个城市基础设施建设的集中表现，其核心问题是基础建设投资。在新城区铺设排污管网，对老旧城区超负荷、陈旧管网进行改造，在此基础上才能发挥末端控制工程建设的效率。

3）面源污染。面源污染主要包括农业面源污染、河流沿岸居民生活污水污染、大气污染物质沉降带来的污染等。面源污染对河流污染贡献最小，但治理难度也最大，非常不易控制，尤其在河流后期治理阶段，将成为重点。对面源污染无法实现污染物质的集中收集和处理，即无法实现末端控制，所以面源污染的治理重在前端控制和过程控制，如从源头控制农用化肥、农药的使用，推广生态农业，探索更科学的农业方法和技术。（1）农业面源污染。农业污染根源在于农业结构和落后的农业技术，农业产业结构、化肥使用、畜禽养殖业发展、农田土壤肥力变化等与农业面源污染密切相关。我国是一个农业大国，农村面积广大，农民受教育程度低，难以管理，农业技术落后。表现在不科学使用化肥，违禁使用农药，农药化肥能长期存在于环境，并逐渐累积，加剧农村环境污染。农用地膜的使用也造成环境污染，我国农用地膜使用量大，农民又缺乏回收和处理的意识，随处丢弃，使得地膜污染称为我国农村新的污染源。畜禽、渔业养殖是农民重要的经济来源，也是农村水体污染的主要原因。在农村为了发展经济，河流、池塘通常都以合同形式承包给个体经营畜禽、渔业养殖等。由于缺乏科学指导和管理，水体污染严重。尽管多数地方采用了养鱼、养鸭、粪便还田的循环农业模式，增大了经济产出，但也加重了水体污染，过去能洗衣服、游泳的池塘现在都不复存在，这也是存在于农村经济与环境之间的矛盾。（2）村民生活污染。我国农村区域辽阔，村落零星分布，村民生活污染物很难集中处理和控制。农村生活污染集中体现在生活垃圾污染、生活污水污染和燃料问题引起的污染。在河流污染方面，很多河流沿岸成了村民的垃圾堆放点，生活污水直接排入河流。农村人口膨胀、村落规模增大是农村污染的根源，而农村基础设施落后和村民环保意识不足是农村污染的主要原因。

2水体自净能力

水体的自净能力是很有限的，如果污染物质排入量超出了水体自净能力，就会造成水体污染。一定水体所能容纳污染物质的最大负荷被称为水环境容量，即某水域所能承担外加的某种污染物质的最大允许负荷量［5］。水体污染治理就是基于水体自净机理进行治理的，水体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输入，对水体的污染治理才是经济有效的。水体的自净作用按其净化机理可分为物理净化过程、化学净化过程和生物净化过程。物理净化机理是天然水体的稀释、扩散、沉淀和挥发作用，使污染物质的浓度降低;化学净化机理是天然水体通过氧化、还原、酸碱反应、分解、凝聚、中和等作用，使污染物质的存在形态发生变化，并且浓度降低;生物净化机理是天然水体中的生物活动使污染物质的浓度降低，特别是水中微生物对有机物的氧化分解作用［6］。

3水环境污染原理

水环境污染，就是人为的外界干扰，如污染物质的过量排入，超过了水体的自净能力，引起水体中某一环节发生变化，并使水环境短期内无法达到新的平衡。通过水环境生态系统分析，可以直观地了解污染发生的演化过程及掌握各要素间的利害关系，为污染防治提供理论支持。当前的污染问题可以分为传统的生态位污染、水条件污染、难降解有机物污染和毒性污染。

1）生态位污染。生态位污染是指人为向水环境系统中输入某一过多污染物质，该污染物质是生态系统中的某一生态位上组成，造成该生态位的显著性突变，并最终引起生态系统短期内无法恢复的污染。如典型的有机污染、富营养化污染，这类污染是人类生产生活中最常产生的污染，我国集中体现在城市生活污水的污染。当向水体中排放了过量有机物质时，使得微生物(分解者)大量生长，并消耗水体中的氧气，水生生物由于缺氧逐渐死亡，水体中有机物进一步积累，如此循环导致水质最终恶化，形成厌氧环境，造成有机污染。当向水体中排放过量富营养化元素N、P等时，造成藻类大量生长，特别是低等藻类疯长形成水华，生物量急剧增加，破坏了供氧平衡，使水体溶解氧逐渐减少，鱼类等高等生物死亡，水体中有机物积累，又促使微生物大量生长，如此循环导致水体最终呈现厌氧环境，造成富营养化污染。

2）水条件污染。水条件污染是指由于人为向水环境输入某一污染物质，改变了水体水质的某些物理性质及生物的生存环境，导致生物无法适应而大量死亡的污染，如热污染、酸污染、盐碱污染等造成了水体温度、pH、碱度等水质变化，从而使生物无法生存。这里可以是对某一种生物的影响，也可以是所有生物的影响，不同生物对不同环境条件有不同的适应能力。通常微生物环境适应能力大于植物，植物适应能力又大于动物。

3）难降解有机物污染。在工业污水中有很多难降解的有机污染物，其存在不会对生物造成直接危害和瞬时毒性，但由于其难降解性，可以在自然界中长期存在并不断积累，如塑料盒、塑料袋、农用薄膜等，其造成的白色污染已日益受到人们重视。

4）有毒污染。有毒污染是指由于人为向水体中排放了某些生物有毒物质，使水体中生物慢性中毒或快速死亡的污染。该类污染主要体现在工业污染中，如重金属污染、有毒有机烃类化合物、农药污染等。

水体污染治理对策

1河道曝气充氧

从水环境生态结构出发，环境污染的根源在于最终造成水体供氧平衡的破坏，由于水体氧亏值逐渐增大，最终水体中的好氧生物，特别是高等动植物将因为缺氧而死亡。在治理水环境污染时，可以从供氧关系出发，通过人为手段，增加水体复氧能力，从而增加水体环境承载力，减少水生物的死亡，促进水质恢复。河道曝气技术的应用由来已久，国外特别是欧美诸国，早在20世纪就有许多水域污染治理案例。如德国1998年夏天进行的Saar河纯氧曝气治理，利用纯氧曝气船对Saar河进行曝气，以提高水体溶解氧量。德国Fulda河纯氧曝气系统已运行多年，间歇运行，当水体溶解氧浓度低于指定的临界值时则启动，效果良好，有效降低了运行成本。英国泰晤士河是世界上最著名的河道曝气整治项目之一，为减轻混合污水导致溶解氧浓度降低所带来的影响，1988年建造了一个机动增氧的纯氧－混流增氧系统。美国1987和1988年在密西西比河明尼苏达码头附近的河道安装了曝气设备，有效地控制了臭味产生和藻类的过量繁殖［7］。

1）河道曝气充氧的理论依据。生态系统稳定的基础是要满足供氧平衡，即水体复氧速率(VDO)不能小于水体生物好氧速率(VNO)，否则水体中溶解氧将逐渐减少，最终处于厌氧状态，导致水体生物缺氧死亡。水体生物好氧速率与水体生物量之间满足一定的函数关系，如果用X表示水体中生物量，则可用VNO=f1(X)表示该函数关系。供氧平衡时，VDO≥VNO=f1(X)。由于水体污染，水中有机物增加导致细菌等微生物大量生长，或水体富营养化导致藻类大量生长，最终使水体生物量X增大，所以水体好氧速率也增大。自然状态下的复氧速率是恒定的，必然造成氧亏值的增大，水体生物缺氧死亡。河道曝气复氧的目的是人为地增大河道复氧速率，维持供氧平衡。

2）河道曝气复氧形式。（1）固定式充氧站。在需要曝气充氧的河段上安装固定的曝气充氧装置，可以采用不同的曝气设备。当河水较深，需要长期充氧时，且曝气河段有航运要求或景观功能要求时，可以采用鼓风曝气或纯氧曝气;当河水较浅，没有航运要求或景观功能要求时，可以采用机械曝气形式。（2）移动式充氧站。这种曝气方式主要表现为充氧船曝气。曝气充氧船可以自由移动，机动灵活，便于人为控制和调控运行的时间和空间，不影响河道航运功能。因此，德国、英国、澳大利亚等国家在合流治理中都采用过这种方法，我国在苏州河治理中也采用过充氧船曝气方式［8］。3．2

2生物强化技术

单纯的河道曝气复氧是不经济的。长期污染的水体中好养生物长期受到抑制，生物量很少，曝气复氧可以让好氧微生物逐渐恢复，但需要一段时间，复氧速率远大于好氧速率，造成氧的浪费。生物强化技术就是在供氧平衡范围内，人为加大水体中微生物的量，促进有机物的降解。生物强化技术是针对河流有机污染的治理措施，即直接向污染水体中接种外援的污染降解菌，通过微生物的迅速增殖加快水体中污染物的降解进程，从而加快水体自净，迅速恢复正常的平衡状态。生物强化技术通常需要曝气，以保证水体的供氧平衡，否则只会令水体更加恶化。目前，国内外常用的有集中式生物系统、高效复合微生物菌群(EM)及固定化微生物等技术。

1）内置式水处理系统。实质上，内置式水处理系统就是将污水处理厂搬到了河流中，就地处理河水，属于一种原位修复技术，也称为“围河造厂”。将一个巨型容器置于河道中，在容器中添加活性污泥并进行曝气，达到处理河水的目的。巨型容器是用来容纳污泥，防止污泥流失，控制污泥在一定浓度。随河水流走的污泥在河道复氧的保证下，也加大了水体自净能力，不会对河水产生不良影响。

2）外置式生物箱。外置式生物箱相当于一个微型污水处理器，在一个箱式容器中培养一定浓度的活性污泥，并给予曝气，处理河水中的有机物质。与“围河造厂”相比，其规模和功能小了很多。生物箱可以漂浮在河面，不用支撑，灵活方便，适用于不需要长期处理的河水、局部污染水体，如排污口或有航运要求的河道。

3）水域景观生态治理。水域景观治理是基于河水富营养化的治理，由于景观系统的复杂性，生态系统多样，对增强河流的环境容量至关重要。水域景观治理就是在河堤和河道上构建人工景观环境，栽培美人蕉、旱伞草等水生植物。另外，水域景观也是微生物、昆虫、鱼类、鸟类等自然生物栖息地，对于增强河流生态功能有积极作用。（1）构建河岸混合植物带。河岸混合植物带是指在河岸浅水区以挺水植物、浮叶植物、部分沉水植物和陆生植物为主的区域。典型挺水植物有香蒲、芦苇、莲灯，浮叶植物有睡莲、菱，沉水植物有眼子菜、金鱼藻、苦草等。李睿华等对河岸植物带处理污染河水进行了研究［9］，结果表明，河岸混合植物水生系统对NH+4-N、TP有良好去除效果，去除率分别达71．1%、69．3%;对有机物也有一定去除效果，COD去除率达43．5%。可见，构建河岸混合植物带，对于增强河流自净能力，特别是促进N、P元素的生态循环有重要作用，同时也达到了景观治理的要求，对于美化环境、提高河流复氧能力、增强河流生态功能非常有效。（2）生物浮岛技术。生物浮岛技术是利用生态工学原理，在受污染河道用木头、泡沫等轻质材料搭建浮岛，以浮岛为载体，在水面上种植植物，构成微生物、昆虫鱼类、鸟类、植物等自然生物栖息地，形成生物链来帮助水体自净［10］。与河岸植物带功能相同，生物浮岛也是以水生植物为中心构建生态链条，促进物质循环和能量流动，从而提高河流的自净能力。生物浮岛技术比较适用于没有航运要求的小河道，对于有航运要求的河道，要慎重选择生物浮岛的位置，一般选在河道较宽的部位，或在人工开凿港湾设置浮岛，也可设计小型浮岛，零星多点分布。

3底泥疏浚

底泥疏浚是解决河流内源污染的重要措施。长期受污染的河流，有机物质、营养盐等会沉积到底泥中并逐渐富集。底泥污染物的释放是河流持续污染的重要原因。底泥疏浚就是通过疏挖去除底泥中的有机物，清除污染水体内源污染物，减少底泥污染物向水体的释放。