基于环境工程的生态水资源污染防治关键策略探讨

1. 引言

  全球范围内，水资源污染问题日益严峻，生态危机频发。富营养化现象在众多湖泊、河流中普遍存在，导致水体生态系统失衡，藻类大量繁殖，溶解氧降低，影响水生生物的生存。微塑料污染作为一种新型污染，已广泛分布于各类水体中，其微小尺寸使其易被生物误食，进而通过食物链传递，对生态系统和人类健康构成潜在威胁。在中国，“十四五”水污染防治规划明确提出了加强生态水资源保护的目标，强调要推进水环境质量持续改善，保障水生态系统功能稳定。这一政策导向为生态水资源污染防治工作指明了方向，也凸显了该研究的重要性和紧迫性。

2. 生态水资源污染特征与成因分析

2.1 污染类型与危害

  化学污染是生态水资源面临的主要威胁之一。重金属如汞、镉、铅等，具有生物累积性和毒性，可在水生生物体内富集，通过食物链传递放大，最终危害人类健康。有机污染物如农药、石油类等，会破坏水体的生态平衡，影响水生生物的繁殖和生长。生物污染方面，藻类暴发会导致水体透明度下降，溶解氧降低，造成鱼类等水生生物窒息死亡。病原体传播则可能引发各种水传播疾病，威胁人类和动物的健康。物理污染中，热污染会改变水体的温度环境，影响水生生物的生理功能和生存条件。悬浮物淤积则会降低水体的自净能力，影响水体的生态功能和景观价值。

2.2 关键驱动因素

  工业点源排放和农业面源污染的叠加效应是导致生态水资源污染的重要原因。工业废水含有大量有害物质，未经有效处理直接排放会严重污染水体。农业面源污染则主要来自农药、化肥的使用以及畜禽养殖废弃物的排放，其污染范围广、分散性强，防治难度较大。气候变化加剧了水体自净能力的退化。气温升高、降水模式改变等因素会影响水体的物理、化学和生物过程，降低水体的自净效率。城市化进程中，大量的生态空间被挤占，湿地、河流等自然生态系统遭到破坏，削弱了其对污染物的净化能力，进一步加剧了生态水资源污染问题。

3. 环境工程防治关键策略体系

3.1 源头控制策略

  源头控制是生态水资源污染防治的首要环节，通过减少污染物产生和排放，从根源降低水体污染风险。在不同领域采取针对性策略至关重要。在工业领域，工业废水深度处理技术是关键。工业生产产生的废水若未经有效处理直接排放，会严重污染水体。膜分离技术高效，其中反渗透利用半透膜选择性透过性，在压力下使水分子通过，截留悬浮物、有机物和重金属等污染物；超滤则通过膜表面微孔结构，筛分和截留大分子有机物、胶体等。高级氧化技术也是重要手段，如芬顿氧化在酸性条件下，利用过氧化氢和亚铁离子反应生成强氧化性羟基自由基，分解难降解有机物；臭氧氧化利用臭氧强氧化性，直接氧化分解有机物，降低废水化学需氧量（COD）和生化需氧量（BOD）。农业面源污染防治难度大，但合理阻控措施可有效减少污染物进入水体。生态沟渠是有效设施，设置在农田与水体之间，植物根系吸收径流中氮、磷等营养物质，微生物降解有机物。此外，缓释肥料通过特殊包膜或载体技术，控制肥料释放速度，使养分缓慢、持续供应给农作物，提高肥料利用率，减少养分流失风险。城市生活领域，雨污分流与海绵城市建设是重要源头控制措施。雨污分流系统将雨水和污水分别收集处理，降低污水处理厂负荷，提高处理效率。海绵城市建设是新型雨洪管理理念，通过增加城市绿地、透水铺装等，增强城市对雨水的吸纳、蓄渗和缓释能力。城市绿地吸收储存雨水，透水铺装使雨水渗透地下，补充地下水，减少径流污染。海绵城市建设可缓解内涝，改善生态环境，提高水资源利用效率。

3.2 过程阻断策略

  过程阻断策略是在水体污染传输和扩散过程中，采取有效举措拦截和净化污染物，以保障水体生态功能稳定、提高污染修复效率。以下从生态浮岛与人工湿地净化系统、河流生态流量保障与水质在线监测、微生物强化修复技术三方面展开阐述。生态浮岛与人工湿地净化系统，是构建水体生态屏障、拦截和净化污染物的重要手段。生态浮岛作为漂浮在水面的人工生态系统，由植物、浮床载体和固定装置构成。浮岛植物根系深入水中，能直接吸收氮、磷等导致水体富营养化的关键营养物质，降低其含量，抑制藻类生长。同时，植物根系为微生物提供附着载体，形成微型生物群落。微生物在载体表面生长，分解水中的有机物、重金属等污染物，将其转化为无害物质。人工湿地则模拟自然湿地，利用植物、微生物和基质的协同作用深度处理污水。植物根系吸收水分和营养，释放氧气，为微生物生长创造良好环境；微生物在基质表面形成生物膜，降解和转化污染物；基质发挥过滤、吸附和沉淀作用，进一步去除污水中的悬浮物和部分污染物。二者结合，在水体中形成多层次、全方位的净化屏障，有效改善水质。河流生态流量保障与水质在线监测，是确保水体生态功能稳定的关键。河流生态流量是维持其生态系统正常功能的最小流量，对维持水体自净能力和生态平衡至关重要。河流流量过低时，水体稀释和自净能力下降，污染物易积累，导致水质恶化，还会影响水生生物生存繁殖，破坏生态系统稳定性。因此，合理调配水资源，保障河流生态流量，能维持水体生态功能，提高抗污染能力。水质在线监测系统由传感器、数据采集器和传输设备等组成，可实时、连续监测水体的酸碱度、溶解氧、化学需氧量、氨氮等水质指标。一旦发现指标异常，系统及时发出警报，通知相关部门采取措施，实现对水体水质的动态监控，为水污染防治决策提供科学依据。微生物强化修复技术利用微生物代谢活动降解和转化污染物，基因工程菌应用是热点。传统微生物修复技术对难降解污染物降解效率较低，而基因工程技术可改造微生物，使其具有更强降解活性和环境适应性。例如，通过基因编辑将特定降解功能基因导入微生物，使其高效降解特定污染物。基因工程菌还可设计成具有更强抗逆性，能在恶劣环境生存繁殖，提高污染修复效率。该技术可应用于土壤、水体等多种环境介质，治理有机污染、重金属污染等前景广阔，但基因工程菌应用存在风险，需加强安全性和有效性评估与管理。

3.3 末端修复策略

  末端修复策略主要针对已经被污染的水体或底泥，采取一系列措施来降低污染物的含量、改善水质和恢复水生态系统的功能。以下从底泥疏浚与原位钝化技术、富营养化水体生态调控、受损水生态系统重建三个方面进行详细阐述。底泥疏浚与原位钝化技术是处理受污染底泥的有效手段。底泥是水体生态系统的重要组成部分，但同时也是污染物的蓄积库。长期的外源污染输入和水体自净能力的下降，会导致底泥中积累大量的重金属、有机物等污染物。这些污染物在一定条件下会重新释放到水体中，造成二次污染。底泥疏浚是通过机械设备将污染底泥从水体中清除出来，从而减少底泥中污染物的含量，降低其向水体释放的风险。疏浚后的底泥需要进行妥善处理，以防止污染物再次扩散。原位钝化技术则是在不将底泥清除出水体的情况下，通过向底泥中添加钝化剂来改变污染物的化学形态。钝化剂可以与底泥中的重金属等污染物发生化学反应，形成难溶性的化合物，从而降低污染物的生物有效性和迁移性。例如，添加含铁、铝等元素的钝化剂可以与重金属离子结合，形成稳定的沉淀物，减少重金属对水生生物的毒性。原位钝化技术具有操作简便、成本较低等优点，适用于大面积受污染底泥的处理。在富营养化水体生态调控方面，食藻虫引导的水质改善技术是一种有效的生物修复方法。富营养化是水体污染的一种常见形式，主要表现为水体中氮、磷等营养物质含量过高，导致藻类大量繁殖，形成藻类暴发。藻类暴发会消耗水体中的溶解氧，影响水生生物的生存，同时还会降低水体的透明度，阻碍沉水植物的生长。食藻虫是一种能够大量摄食藻类的生物，通过引入食藻虫，可以有效降低水体中的藻密度，改善水体透明度。随着水体透明度的提高，阳光能够穿透水层，为沉水植物的生长提供良好的光照条件。沉水植物的生长可以进一步吸收水体中的营养物质，抑制藻类的生长，形成一个良性的生态循环。此外，食藻虫还可以作为水生生物的食物来源，促进水生生物群落的恢复和发展，从而恢复水体的生态平衡。受损水生态系统重建是末端修复策略的重要组成部分，可通过沉水植物群落恢复等措施实现。沉水植物是水体生态系统的重要组成部分，它们通过光合作用为水体提供氧气，吸收水体中的营养物质，为水生生物提供栖息和繁殖场所。然而，由于人类活动的影响，许多水体的沉水植物群落遭到了破坏，导致水体生态系统功能退化。沉水植物群落恢复可以通过人工种植沉水植物的方式来实现。选择适合当地水体环境的沉水植物品种，将其种植到水体中，经过一段时间的生长和繁殖，沉水植物群落可以逐渐恢复。沉水植物群落的恢复能够增加水体的生物多样性，提高水体的自净能力。沉水植物可以吸收水体中的氮、磷等营养物质，减少藻类的生长，同时还可以吸附和沉淀水中的悬浮物，改善水质。此外，沉水植物还可以为水生生物提供食物和栖息场所，促进水生生物群落的恢复和发展，促进水生态系统的健康发展。

4. 典型案例分析

        深圳茅洲河流域综合治理案例是一个真实且具代表性的生态水资源污染防治实例。茅洲河位于广东省深圳市，作为一条重要河流，却因流域内工业用地占比高、污染企业密集，水体污染问题极为严重，对周边生态环境和居民生活造成了极大影响。为改善茅洲河流域的水环境质量，深圳市政府决定引入EOD（生态环境导向的开发）模式开展综合治理。

        在源头控制方面，深圳市政府对流域内污染企业展开全面排查与整治，关停一批重污染企业，严格要求其他企业加强废水处理，务必达标排放。同时，积极推广清洁生产和循环经济模式，鼓励企业采用环保技术和设备，从源头减少污染物的产生与排放。

        过程阻断策略中，在茅洲河流域沿途建设生态浮岛和人工湿地净化系统，借助植物和微生物的协同作用净化污水。实施雨污分流工程，将雨水和污水分别收集处理，降低污水对河流的污染。还加强了水质在线监测，实时掌握河流水质变化，为治理工作提供科学依据。

        末端修复环节，对茅洲河底泥进行疏浚处理，清除大量污染底泥，减少污染物向水体的释放。引入食藻虫等生物修复技术，有效降低水体中的藻密度，改善水体透明度。通过人工种植沉水植物等方式，恢复受损的水生态系统，提高水体的自净能力。

        经过一系列综合治理举措，茅洲河流域的水环境质量得到显著改善。水体中的污染物含量大幅降低，水质达到国家规定标准。流域内的生态环境也得到有效恢复，生物多样性提高。此外，茅洲河流域的综合治理还带动了周边地区的经济发展，提升了居民的生活质量，充分彰显了环境工程技术在生态水资源污染防治中的关键作用，为其他地区提供了可借鉴的成功范例。

5. 结论

  生态水资源污染防治是一项长期而艰巨的任务，需要综合运用环境工程技术手段，构建全链条的防治策略体系。源头控制策略可从根本上减少污染物的排放，过程阻断策略能够降低污染物在水体中的迁移和扩散，末端修复策略则可对已受污染的水体进行恢复和改善。典型案例分析表明，这些策略在实际应用中取得了显著成效，但不同地区的水资源污染特征和成因存在差异，需要根据具体情况制定针对性的防治方案。未来，应进一步加强环境工程技术的研发和应用，完善政策法规和管理机制，提高公众的生态环保意识，共同推动生态水资源污染防治工作的深入开展，实现水资源的可持续利用和生态环境的保护。

文章来源：  《中国钓鱼》   https://www.zzqklm.com/w/qk/36505.html