水環(huán)境治理與水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)技術(shù)發(fā)展趨勢
優(yōu)秀水文化可以促進(jìn)人水關(guān)系的協(xié)調(diào)。在現(xiàn)代的水利和生態(tài)環(huán)境建設(shè)中也應(yīng)當(dāng)倡導(dǎo)水文化，現(xiàn)代水文化創(chuàng)立的基本原則是滿足現(xiàn)代人們對水文化的基本需求，反映現(xiàn)代人與水的關(guān)系、體現(xiàn)現(xiàn)代科技進(jìn)步。
水是基礎(chǔ)性的自然資源和戰(zhàn)略性的經(jīng)濟(jì)資源。在人均水資源擁有量日益減少的同時(shí)，因水環(huán)境惡化所造成的水質(zhì)性和功能性缺水現(xiàn)象亦日益突出，已成為突出的、全球性的共同的問題。早在上世紀(jì)初，歐美有些國家就關(guān)注水環(huán)境的污染，并且開始研究與防治。近幾十年來，各國為控制水環(huán)境污染進(jìn)行了大量研究，并且耗巨資對有些主要湖泊和城市河道進(jìn)行了大范圍治理。大量實(shí)踐證明，水環(huán)境的污染是可以治理的，但這種治理常常費(fèi)時(shí)長及費(fèi)錢多：國際上治理最成功的美國華盛頓湖，耗資1.3億美元，前后經(jīng)過17年治理才達(dá)到目標(biāo)；而面積僅1km2的瑞典的Frumman湖，費(fèi)時(shí)22年，耗資90萬美元才治理完畢，等等。據(jù)于此，從上世紀(jì)七十年代起，尤其是近十余年來，日本、美國、德國、瑞士等發(fā)達(dá)國家紛紛對以往的水環(huán)境治理思路進(jìn)行反思，提出了生態(tài)治水的新理念，尊重河湖系統(tǒng)的自然規(guī)律，注重對其自然生態(tài)和自然環(huán)境的恢復(fù)和保護(hù)，使河湖的綜合服務(wù)功能能展現(xiàn)很好。
農(nóng)業(yè)面源污水由于量大面廣，其治理難度不亞于點(diǎn)源，就美國、日本等發(fā)達(dá)國家對農(nóng)業(yè)面源污染治理尤其是近年治理發(fā)展趨勢來看，主要采用生物氧化塘、人工濕地和土地處理系統(tǒng)等來進(jìn)行治理農(nóng)業(yè)面源污染。
就具體的技術(shù)發(fā)展趨勢來看，生態(tài)/生物方法是修復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)中最為推崇的舉措之一。這種技術(shù)實(shí)際上是對水體自凈能力的強(qiáng)化，是人們遵循生態(tài)系統(tǒng)自身規(guī)律的嘗試。而在具體的實(shí)施時(shí)，更趨向于多種技術(shù)的集成。具體由哪幾種技術(shù)集成，則需要根據(jù)目的水域的污染性質(zhì)、程度、生態(tài)環(huán)境條件和階段性或最終的目標(biāo)而定，亦即在實(shí)施前要對目的水域作系統(tǒng)周密的論證，而后制定實(shí)施方案，才能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。
大量實(shí)踐證明，以相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)示范基地為平臺，開展相應(yīng)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究與新技術(shù)開發(fā)，同時(shí)引進(jìn)異地實(shí)用高新技術(shù)進(jìn)行本地化研究與示范，是條有利于快出成果并且直接將其轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的可行途徑。如日本在琵琶湖和霞浦湖等建立了針對流域水環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)的實(shí)驗(yàn)示范基地，取得了環(huán)境教育、新方法和新技術(shù)研究開發(fā)與技術(shù)成果展示效果，為提高市民的環(huán)境意識和科技成果的推廣應(yīng)用起到了積極的促進(jìn)作用。
水環(huán)境治理與水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)技術(shù)現(xiàn)狀
大量研究表明，對水域的水環(huán)境污染進(jìn)行有效治理的前提是控制污染源，只有外源得到了有效控制，作為末端治理技術(shù)的水環(huán)境污染治理才能見效，不然只能起到事倍功半的效果，甚至徒勞。通過大量研究與實(shí)踐，已明確水環(huán)境污染實(shí)際上是典型的生態(tài)問題，因此，在對污染水域進(jìn)行治理時(shí)，用生態(tài)學(xué)方法使生態(tài)問題得到最終解決。近年，強(qiáng)調(diào)治理與生態(tài)修復(fù)相結(jié)合，甚至更加強(qiáng)調(diào)生態(tài)修復(fù)的作用。
從廣義上講，所有的生物處理都是生態(tài)修復(fù)。目前，國際上據(jù)原理已在使用的或已進(jìn)入中試階段的污染水域治理與生態(tài)修復(fù)技術(shù)可分為物理法、化學(xué)法和生物/生態(tài)法三大類。其中的技術(shù)名稱包括底泥疏浚、人工增氧、生態(tài)調(diào)水、化學(xué)除藻、絮凝沉淀、重金屬化學(xué)固定、微生物強(qiáng)化、植物凈化、生物膜。（見表）
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1、底泥疏浚
底泥疏浚是在水域污染治理過程中普遍采用的措施之一。這是因?yàn)榈啄嗍撬鷳B(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)交換和能流循環(huán)的中樞，也是水域營養(yǎng)物質(zhì)的儲積庫和特殊的緩沖載體，在水環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，底泥中的營養(yǎng)鹽和污染物會通過泥-水界面向上覆水體擴(kuò)散，尤其是城市湖泊和河道，長期以來累積于沉積物中的氮磷和污染物的量往往很大，在外來污染源存在時(shí)，這些物質(zhì)只是在某個(gè)季節(jié)或時(shí)期內(nèi)會對水環(huán)境發(fā)揮作用，然而在其外來源全部切斷后，則逐漸釋放出來對水環(huán)境發(fā)生作用，包括增加上覆水體中的污染物含量和因表層底泥中有機(jī)物的好氧生物降解及厭氧消化產(chǎn)生的還原物質(zhì)消耗水體溶解氧等，并且在很長一段時(shí)期內(nèi)維持對水環(huán)境的影響。因此，一般而言，疏浚污染底泥意味著將污染物從水域系統(tǒng)中清除出去，可以較大程度地削減底泥對上覆水體的污染貢獻(xiàn)率，從而起到改善水環(huán)境質(zhì)量的作用。
底泥疏浚技術(shù)據(jù)原理屬物理法分類技術(shù)。外移內(nèi)源污染物，這是底泥疏浚技術(shù)主要作用所含有的內(nèi)容。就疏浚技術(shù)現(xiàn)狀來看，主要包括工程疏浚技術(shù)、環(huán)保疏浚技術(shù)和生態(tài)疏浚技術(shù)等。就技術(shù)的成熟度和采用率而言，其中的工程疏浚技術(shù)居首，環(huán)保疏浚技術(shù)是近年開發(fā)并且已進(jìn)入大規(guī)模采用階段的成熟技術(shù)，生態(tài)疏浚技術(shù)則是最近提出并且在局部實(shí)施的新技術(shù)。
就實(shí)施疏浚技術(shù)對水環(huán)境質(zhì)量的改善效果來看，由于工程疏浚技術(shù)以往主要是用在為了疏通航道、增加庫容等目的而進(jìn)行的疏浚，長期的實(shí)踐證明其效果欠人意；環(huán)保疏浚是以清除水域中的污染底泥、減少底泥污染物向水體的釋放為目的的技術(shù)，其效果因此明顯優(yōu)于工程疏浚技術(shù)，而有較高的施工精度，能相對合理的控制疏浚深度，能較大幅度地減少疏浚過程中的污染是環(huán)保疏浚技術(shù)的特點(diǎn)；生態(tài)疏浚是以生態(tài)位修復(fù)為目的的技術(shù)，以工程、環(huán)境、生態(tài)相結(jié)合來解決河湖可持續(xù)發(fā)展，其特點(diǎn)是以較小的工程量最大限度地清除底泥中的污染物，同時(shí)為后續(xù)生物技術(shù)的介入創(chuàng)造生態(tài)條件。
然而，據(jù)日本等發(fā)達(dá)國家的實(shí)踐，就特定的水體而言，是否需要對其底泥進(jìn)行徹底的疏浚，或者疏浚到什么程度，還需要進(jìn)行細(xì)致周密的研究論證，并且應(yīng)做到視區(qū)域的污染程度、性質(zhì)和疏浚目的而定，不宜一概采用，因?yàn)榇笠?guī)模的底泥疏浚不但需要大量資金來支持，而且被清除的污染底泥的最終處理也是一個(gè)棘手的問題。
2、生態(tài)調(diào)水
生態(tài)調(diào)水是在敏感水域普遍采用的水環(huán)境污染治理措施。生態(tài)調(diào)水的目的和方法是通過水利設(shè)施（閘門、泵站等）的調(diào)控引入污染水域上游或附近的清潔水源沖刷稀釋污染水域，以改善其水環(huán)境質(zhì)量。
生態(tài)調(diào)水的實(shí)際作用主要體現(xiàn)在：
◆ 將大量污染物在較短時(shí)間內(nèi)輸送到下游，減少了原區(qū)域水體中的污染物的總量，以降低污染物的濃度；
◆ 調(diào)水時(shí)改善了水動力的條件，使水體的復(fù)氧量增加，有利于提高水體的自凈能力；
◆ 使死水區(qū)和非主流區(qū)的污染水得到置換。
生態(tài)調(diào)水技術(shù)據(jù)原理屬物理法分類技術(shù)。通過稀釋作用降低營養(yǎng)鹽和污染濃度，改善水質(zhì)，這是生態(tài)調(diào)水技術(shù)主要作用所含有的內(nèi)容。然而，生態(tài)調(diào)水技術(shù)的物理方法是把污染物轉(zhuǎn)移而非降解，會對流域的下游造成污染，所以，在實(shí)施前應(yīng)進(jìn)行理論計(jì)算預(yù)測，確保調(diào)水效果和承納污染的流域下游水體有足夠大的環(huán)境容量。
3、人工增氧
人工增氧是在治理污染河道中較多采用的措施之一。這是因?yàn)槲廴緡?yán)重的河道水體由于耗氧量遠(yuǎn)大于水體的自然復(fù)氧量，溶解氧普遍較低，甚至處于嚴(yán)重缺氧狀態(tài)，此時(shí)河道的水質(zhì)嚴(yán)重惡化，水體自凈能力低下，水生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞。人工增氧能較大幅度地提高水體中溶氧含量。
人工增氧的結(jié)果：
◆ 能加快水體中溶解氧與臭污物質(zhì)之間發(fā)生氧化還原反應(yīng)的速度；
◆ 能提高水體中好氧微生物的活性，促進(jìn)有機(jī)污染物的降解速度，這些作用對消除水體臭污具有較好的效果。
人工增氧一般適宜于在以下二種情況下應(yīng)用：
◆ 為加快對污染河道治理的進(jìn)程；
◆ 作為已經(jīng)過治理河道中的應(yīng)急措施。
人工增氧技術(shù)據(jù)原理屬物理法分類技術(shù)。促進(jìn)有機(jī)污染物降解，這是人工增氧技術(shù)主要作用所含有的內(nèi)容。
4、植物凈化
植物凈化技術(shù)據(jù)原理屬生物/生態(tài)法分類技術(shù)。污染物遷移轉(zhuǎn)化后外移，這是植物凈化技術(shù)主要作用所含有的內(nèi)容。相對于物理法和化學(xué)法而言，生物/生態(tài)修復(fù)技術(shù)的提出較晚，而生物/生態(tài)修復(fù)技術(shù)發(fā)展僅僅是近十多年前才開始的，尤其是其中的植物凈化技術(shù)是近年來才開始得到重視。植物凈化技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是可以通過植物的吸收吸附作用，降解、轉(zhuǎn)化水體中的有機(jī)污染物，繼而通過收獲植物體的形式將有機(jī)污染物從水域系統(tǒng)中清除出去，因此，可以達(dá)到標(biāo)本兼治的效果。與此同時(shí)，植物的存在為微生物和水生動物提供了附著基質(zhì)和棲息場所。某些植物的根系能分泌出克藻物質(zhì)，達(dá)到抑制藻類生長的作用，龐大的枝葉和根系成為自然的過濾層，能截獲大量的懸浮物質(zhì)等，對水生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學(xué)以及生物特性亦能產(chǎn)生重要影響。
作為完整的水生態(tài)系統(tǒng)包含種類及數(shù)量恰當(dāng)?shù)纳a(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者，具體地說包括水生植物和魚、螺、蝦、貝類、大型浮游動物等水生動物，以及種類和數(shù)量眾多的微生物和原生動物等。其中，水生植物是水生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者，其不僅是水體食物網(wǎng)的重要成員，同時(shí)在水體溶氧供應(yīng)、營養(yǎng)循環(huán)中其起到重要作用，而且作為水體結(jié)構(gòu)角色，還為其它水生動物提供生存空間和產(chǎn)卵棲息地。
水生植物技術(shù)用于生態(tài)修復(fù)階段，其主要作用：
◆ 凈化微污染的水體，即通過其的吸收吸附作用，降解、轉(zhuǎn)化水體中的有機(jī)污染物，而使水質(zhì)得到進(jìn)一步改善；
◆ 作為水生態(tài)系統(tǒng)的主要成員為其他生物的生存、繁衍提供場所和食物。
水生植物尤其是其中的浮葉和沉水植物在污染嚴(yán)重的水體中因生境條件不具備，因而難以成活，而修復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)時(shí)有水生植物的介入，生態(tài)系統(tǒng)就能修復(fù)。
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