基于環(huán)境工程的生態(tài)水資源污染防治關(guān)鍵策略探討

1. 引言

  全球范圍內(nèi)，水資源污染問題日益嚴(yán)峻，生態(tài)危機頻發(fā)。富營養(yǎng)化現(xiàn)象在眾多湖泊、河流中普遍存在，導(dǎo)致水體生態(tài)系統(tǒng)失衡，藻類大量繁殖，溶解氧降低，影響水生生物的生存。微塑料污染作為一種新型污染，已廣泛分布于各類水體中，其微小尺寸使其易被生物誤食，進而通過食物鏈傳遞，對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康構(gòu)成潛在威脅。在中國，“十四五”水污染防治規(guī)劃明確提出了加強生態(tài)水資源保護的目標(biāo)，強調(diào)要推進水環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善，保障水生態(tài)系統(tǒng)功能穩(wěn)定。這一政策導(dǎo)向為生態(tài)水資源污染防治工作指明了方向，也凸顯了該研究的重要性和緊迫性。

2. 生態(tài)水資源污染特征與成因分析

2.1 污染類型與危害

  化學(xué)污染是生態(tài)水資源面臨的主要威脅之一。重金屬如汞、鎘、鉛等，具有生物累積性和毒性，可在水生生物體內(nèi)富集，通過食物鏈傳遞放大，最終危害人類健康。有機污染物如農(nóng)藥、石油類等，會破壞水體的生態(tài)平衡，影響水生生物的繁殖和生長。生物污染方面，藻類暴發(fā)會導(dǎo)致水體透明度下降，溶解氧降低，造成魚類等水生生物窒息死亡。病原體傳播則可能引發(fā)各種水傳播疾病，威脅人類和動物的健康。物理污染中，熱污染會改變水體的溫度環(huán)境，影響水生生物的生理功能和生存條件。懸浮物淤積則會降低水體的自凈能力，影響水體的生態(tài)功能和景觀價值。

2.2 關(guān)鍵驅(qū)動因素

  工業(yè)點源排放和農(nóng)業(yè)面源污染的疊加效應(yīng)是導(dǎo)致生態(tài)水資源污染的重要原因。工業(yè)廢水含有大量有害物質(zhì)，未經(jīng)有效處理直接排放會嚴(yán)重污染水體。農(nóng)業(yè)面源污染則主要來自農(nóng)藥、化肥的使用以及畜禽養(yǎng)殖廢棄物的排放，其污染范圍廣、分散性強，防治難度較大。氣候變化加劇了水體自凈能力的退化。氣溫升高、降水模式改變等因素會影響水體的物理、化學(xué)和生物過程，降低水體的自凈效率。城市化進程中，大量的生態(tài)空間被擠占，濕地、河流等自然生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，削弱了其對污染物的凈化能力，進一步加劇了生態(tài)水資源污染問題。

3. 環(huán)境工程防治關(guān)鍵策略體系

3.1 源頭控制策略

  源頭控制是生態(tài)水資源污染防治的首要環(huán)節(jié)，通過減少污染物產(chǎn)生和排放，從根源降低水體污染風(fēng)險。在不同領(lǐng)域采取針對性策略至關(guān)重要。在工業(yè)領(lǐng)域，工業(yè)廢水深度處理技術(shù)是關(guān)鍵。工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的廢水若未經(jīng)有效處理直接排放，會嚴(yán)重污染水體。膜分離技術(shù)高效，其中反滲透利用半透膜選擇性透過性，在壓力下使水分子通過，截留懸浮物、有機物和重金屬等污染物；超濾則通過膜表面微孔結(jié)構(gòu)，篩分和截留大分子有機物、膠體等。高級氧化技術(shù)也是重要手段，如芬頓氧化在酸性條件下，利用過氧化氫和亞鐵離子反應(yīng)生成強氧化性羥基自由基，分解難降解有機物；臭氧氧化利用臭氧強氧化性，直接氧化分解有機物，降低廢水化學(xué)需氧量（COD）和生化需氧量（BOD）。農(nóng)業(yè)面源污染防治難度大，但合理阻控措施可有效減少污染物進入水體。生態(tài)溝渠是有效設(shè)施，設(shè)置在農(nóng)田與水體之間，植物根系吸收徑流中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，微生物降解有機物。此外，緩釋肥料通過特殊包膜或載體技術(shù)，控制肥料釋放速度，使養(yǎng)分緩慢、持續(xù)供應(yīng)給農(nóng)作物，提高肥料利用率，減少養(yǎng)分流失風(fēng)險。城市生活領(lǐng)域，雨污分流與海綿城市建設(shè)是重要源頭控制措施。雨污分流系統(tǒng)將雨水和污水分別收集處理，降低污水處理廠負荷，提高處理效率。海綿城市建設(shè)是新型雨洪管理理念，通過增加城市綠地、透水鋪裝等，增強城市對雨水的吸納、蓄滲和緩釋能力。城市綠地吸收儲存雨水，透水鋪裝使雨水滲透地下，補充地下水，減少徑流污染。海綿城市建設(shè)可緩解內(nèi)澇，改善生態(tài)環(huán)境，提高水資源利用效率。

3.2 過程阻斷策略

  過程阻斷策略是在水體污染傳輸和擴散過程中，采取有效舉措攔截和凈化污染物，以保障水體生態(tài)功能穩(wěn)定、提高污染修復(fù)效率。以下從生態(tài)浮島與人工濕地凈化系統(tǒng)、河流生態(tài)流量保障與水質(zhì)在線監(jiān)測、微生物強化修復(fù)技術(shù)三方面展開闡述。生態(tài)浮島與人工濕地凈化系統(tǒng)，是構(gòu)建水體生態(tài)屏障、攔截和凈化污染物的重要手段。生態(tài)浮島作為漂浮在水面的人工生態(tài)系統(tǒng)，由植物、浮床載體和固定裝置構(gòu)成。浮島植物根系深入水中，能直接吸收氮、磷等導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵營養(yǎng)物質(zhì)，降低其含量，抑制藻類生長。同時，植物根系為微生物提供附著載體，形成微型生物群落。微生物在載體表面生長，分解水中的有機物、重金屬等污染物，將其轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。人工濕地則模擬自然濕地，利用植物、微生物和基質(zhì)的協(xié)同作用深度處理污水。植物根系吸收水分和營養(yǎng)，釋放氧氣，為微生物生長創(chuàng)造良好環(huán)境；微生物在基質(zhì)表面形成生物膜，降解和轉(zhuǎn)化污染物；基質(zhì)發(fā)揮過濾、吸附和沉淀作用，進一步去除污水中的懸浮物和部分污染物。二者結(jié)合，在水體中形成多層次、全方位的凈化屏障，有效改善水質(zhì)。河流生態(tài)流量保障與水質(zhì)在線監(jiān)測，是確保水體生態(tài)功能穩(wěn)定的關(guān)鍵。河流生態(tài)流量是維持其生態(tài)系統(tǒng)正常功能的最小流量，對維持水體自凈能力和生態(tài)平衡至關(guān)重要。河流流量過低時，水體稀釋和自凈能力下降，污染物易積累，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，還會影響水生生物生存繁殖，破壞生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。因此，合理調(diào)配水資源，保障河流生態(tài)流量，能維持水體生態(tài)功能，提高抗污染能力。水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)由傳感器、數(shù)據(jù)采集器和傳輸設(shè)備等組成，可實時、連續(xù)監(jiān)測水體的酸堿度、溶解氧、化學(xué)需氧量、氨氮等水質(zhì)指標(biāo)。一旦發(fā)現(xiàn)指標(biāo)異常，系統(tǒng)及時發(fā)出警報，通知相關(guān)部門采取措施，實現(xiàn)對水體水質(zhì)的動態(tài)監(jiān)控，為水污染防治決策提供科學(xué)依據(jù)。微生物強化修復(fù)技術(shù)利用微生物代謝活動降解和轉(zhuǎn)化污染物，基因工程菌應(yīng)用是熱點。傳統(tǒng)微生物修復(fù)技術(shù)對難降解污染物降解效率較低，而基因工程技術(shù)可改造微生物，使其具有更強降解活性和環(huán)境適應(yīng)性。例如，通過基因編輯將特定降解功能基因?qū)胛⑸?，使其高效降解特定污染物。基因工程菌還可設(shè)計成具有更強抗逆性，能在惡劣環(huán)境生存繁殖，提高污染修復(fù)效率。該技術(shù)可應(yīng)用于土壤、水體等多種環(huán)境介質(zhì)，治理有機污染、重金屬污染等前景廣闊，但基因工程菌應(yīng)用存在風(fēng)險，需加強安全性和有效性評估與管理。

3.3 末端修復(fù)策略

  末端修復(fù)策略主要針對已經(jīng)被污染的水體或底泥，采取一系列措施來降低污染物的含量、改善水質(zhì)和恢復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)的功能。以下從底泥疏浚與原位鈍化技術(shù)、富營養(yǎng)化水體生態(tài)調(diào)控、受損水生態(tài)系統(tǒng)重建三個方面進行詳細闡述。底泥疏浚與原位鈍化技術(shù)是處理受污染底泥的有效手段。底泥是水體生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，但同時也是污染物的蓄積庫。長期的外源污染輸入和水體自凈能力的下降，會導(dǎo)致底泥中積累大量的重金屬、有機物等污染物。這些污染物在一定條件下會重新釋放到水體中，造成二次污染。底泥疏浚是通過機械設(shè)備將污染底泥從水體中清除出來，從而減少底泥中污染物的含量，降低其向水體釋放的風(fēng)險。疏浚后的底泥需要進行妥善處理，以防止污染物再次擴散。原位鈍化技術(shù)則是在不將底泥清除出水體的情況下，通過向底泥中添加鈍化劑來改變污染物的化學(xué)形態(tài)。鈍化劑可以與底泥中的重金屬等污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成難溶性的化合物，從而降低污染物的生物有效性和遷移性。例如，添加含鐵、鋁等元素的鈍化劑可以與重金屬離子結(jié)合，形成穩(wěn)定的沉淀物，減少重金屬對水生生物的毒性。原位鈍化技術(shù)具有操作簡便、成本較低等優(yōu)點，適用于大面積受污染底泥的處理。在富營養(yǎng)化水體生態(tài)調(diào)控方面，食藻蟲引導(dǎo)的水質(zhì)改善技術(shù)是一種有效的生物修復(fù)方法。富營養(yǎng)化是水體污染的一種常見形式，主要表現(xiàn)為水體中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)含量過高，導(dǎo)致藻類大量繁殖，形成藻類暴發(fā)。藻類暴發(fā)會消耗水體中的溶解氧，影響水生生物的生存，同時還會降低水體的透明度，阻礙沉水植物的生長。食藻蟲是一種能夠大量攝食藻類的生物，通過引入食藻蟲，可以有效降低水體中的藻密度，改善水體透明度。隨著水體透明度的提高，陽光能夠穿透水層，為沉水植物的生長提供良好的光照條件。沉水植物的生長可以進一步吸收水體中的營養(yǎng)物質(zhì)，抑制藻類的生長，形成一個良性的生態(tài)循環(huán)。此外，食藻蟲還可以作為水生生物的食物來源，促進水生生物群落的恢復(fù)和發(fā)展，從而恢復(fù)水體的生態(tài)平衡。受損水生態(tài)系統(tǒng)重建是末端修復(fù)策略的重要組成部分，可通過沉水植物群落恢復(fù)等措施實現(xiàn)。沉水植物是水體生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，它們通過光合作用為水體提供氧氣，吸收水體中的營養(yǎng)物質(zhì)，為水生生物提供棲息和繁殖場所。然而，由于人類活動的影響，許多水體的沉水植物群落遭到了破壞，導(dǎo)致水體生態(tài)系統(tǒng)功能退化。沉水植物群落恢復(fù)可以通過人工種植沉水植物的方式來實現(xiàn)。選擇適合當(dāng)?shù)厮w環(huán)境的沉水植物品種，將其種植到水體中，經(jīng)過一段時間的生長和繁殖，沉水植物群落可以逐漸恢復(fù)。沉水植物群落的恢復(fù)能夠增加水體的生物多樣性，提高水體的自凈能力。沉水植物可以吸收水體中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，減少藻類的生長，同時還可以吸附和沉淀水中的懸浮物，改善水質(zhì)。此外，沉水植物還可以為水生生物提供食物和棲息場所，促進水生生物群落的恢復(fù)和發(fā)展，促進水生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展。

4. 典型案例分析

        深圳茅洲河流域綜合治理案例是一個真實且具代表性的生態(tài)水資源污染防治實例。茅洲河位于廣東省深圳市，作為一條重要河流，卻因流域內(nèi)工業(yè)用地占比高、污染企業(yè)密集，水體污染問題極為嚴(yán)重，對周邊生態(tài)環(huán)境和居民生活造成了極大影響。為改善茅洲河流域的水環(huán)境質(zhì)量，深圳市政府決定引入EOD（生態(tài)環(huán)境導(dǎo)向的開發(fā)）模式開展綜合治理。

        在源頭控制方面，深圳市政府對流域內(nèi)污染企業(yè)展開全面排查與整治，關(guān)停一批重污染企業(yè)，嚴(yán)格要求其他企業(yè)加強廢水處理，務(wù)必達標(biāo)排放。同時，積極推廣清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟模式，鼓勵企業(yè)采用環(huán)保技術(shù)和設(shè)備，從源頭減少污染物的產(chǎn)生與排放。

        過程阻斷策略中，在茅洲河流域沿途建設(shè)生態(tài)浮島和人工濕地凈化系統(tǒng)，借助植物和微生物的協(xié)同作用凈化污水。實施雨污分流工程，將雨水和污水分別收集處理，降低污水對河流的污染。還加強了水質(zhì)在線監(jiān)測，實時掌握河流水質(zhì)變化，為治理工作提供科學(xué)依據(jù)。

        末端修復(fù)環(huán)節(jié)，對茅洲河底泥進行疏浚處理，清除大量污染底泥，減少污染物向水體的釋放。引入食藻蟲等生物修復(fù)技術(shù)，有效降低水體中的藻密度，改善水體透明度。通過人工種植沉水植物等方式，恢復(fù)受損的水生態(tài)系統(tǒng)，提高水體的自凈能力。

        經(jīng)過一系列綜合治理舉措，茅洲河流域的水環(huán)境質(zhì)量得到顯著改善。水體中的污染物含量大幅降低，水質(zhì)達到國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。流域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境也得到有效恢復(fù)，生物多樣性提高。此外，茅洲河流域的綜合治理還帶動了周邊地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，提升了居民的生活質(zhì)量，充分彰顯了環(huán)境工程技術(shù)在生態(tài)水資源污染防治中的關(guān)鍵作用，為其他地區(qū)提供了可借鑒的成功范例。

5. 結(jié)論

  生態(tài)水資源污染防治是一項長期而艱巨的任務(wù)，需要綜合運用環(huán)境工程技術(shù)手段，構(gòu)建全鏈條的防治策略體系。源頭控制策略可從根本上減少污染物的排放，過程阻斷策略能夠降低污染物在水體中的遷移和擴散，末端修復(fù)策略則可對已受污染的水體進行恢復(fù)和改善。典型案例分析表明，這些策略在實際應(yīng)用中取得了顯著成效，但不同地區(qū)的水資源污染特征和成因存在差異，需要根據(jù)具體情況制定針對性的防治方案。未來，應(yīng)進一步加強環(huán)境工程技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，完善政策法規(guī)和管理機制，提高公眾的生態(tài)環(huán)保意識，共同推動生態(tài)水資源污染防治工作的深入開展，實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用和生態(tài)環(huán)境的保護。

文章來源：  《中國釣魚》   http://00559.cn/w/qk/36505.html