淺談國內(nèi)外水污染防治研究動態(tài)

宋 珉，樊貴盛，陳啟斌

（太原理工大學(xué)，山西 太原 030024）

1 引言

水是生命之源，世界各國歷來重視水的問題，但是普遍還是存在水污染問題。當(dāng)前，我國江河湖泊和水庫普遍受到污染，并仍在迅速發(fā)展。水環(huán)境污染進(jìn)一步加劇了水資源短缺，直接威脅飲用水安全和人民健康，影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)作物安全。近幾年，各地的水污染事件接連發(fā)生：太湖、巢湖、滇池先后爆發(fā)藍(lán)藻污染；江蘇沭陽因上游水污染導(dǎo)致數(shù)10萬人斷水；安徽、甘肅、陜西、河南、內(nèi)蒙古、河北等許多省區(qū)的若干市的江河湖泊受到重度污染，嚴(yán)重影響居民的飲水等等。在某種程度上，可以說水污染已成為不亞于洪災(zāi)、旱災(zāi)甚至更為嚴(yán)重的災(zāi)難[1]。水污染防治、水環(huán)境質(zhì)量的改善和恢復(fù)已成為國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵保障，成為建設(shè)小康社會、和諧社會的重要內(nèi)容。在此通過研究國內(nèi)外水污染防治動態(tài)，可以通過借鑒優(yōu)秀的方法來制定出合理的方法。

2 國內(nèi)外研究進(jìn)展

2.1 流域水污染治理研究進(jìn)展分析

（1）自20世紀(jì)50年代以來，世界各國在湖泊水污染與富營養(yǎng)化方面開展了大量工作。美國1972年啟動了清潔湖泊計劃（clean lakes program）（US EPA，1996）。在 1976—1995 年，累計投資1.45億美元開展湖泊修復(fù)等方面的研究。日本的琵琶湖（Biwa）、匈牙利的巴拉頓湖（Balaton）、奧地利的月亮湖（Mondsee）以及奧地利、德國、瑞士邊界的康斯坦茨湖（Constance）等，都在湖泊富營養(yǎng)化的研究與防治中做出各具特色的貢獻(xiàn)。例如，德國根據(jù)其湖泊特點敷設(shè)網(wǎng)狀下水管道取得一定效果；瑞士主要采用湖水深層曝氣和強(qiáng)制循環(huán)法改善水質(zhì)；芬蘭利用湖水稀釋法治理了一些湖泊；日本的琵琶湖主要采用工業(yè)污染源治理、下水管道敷設(shè)和蘆葦群保護(hù)等措施來治理水質(zhì)；美國和加拿大的五大湖主要利用各種規(guī)范來抑制湖區(qū)工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活污染源的擴(kuò)大和增加（蔣火華等，2000）。整體上，湖泊富營養(yǎng)化的防治雖然取得了顯著的成績，但遠(yuǎn)沒有達(dá)到預(yù)期的效果，湖泊水污染與富營養(yǎng)化防控的長期性和艱巨性使世界各國面臨沉重壓力。

（2）我國從20世紀(jì)80年代以來，開始重視湖泊污染與富營養(yǎng)化問題。有關(guān)水污染防治的技術(shù)開發(fā)、集成和示范取得了顯著進(jìn)展，在水環(huán)境局部治理中取得了成效。例如，在“十五”期間，結(jié)合資源環(huán)境領(lǐng)域“十五”國家重大科技專項“863”項目“太湖流域安全飲用水保障技術(shù)”，針對太湖流域飲用水水源的水質(zhì)特點，以解決氨氮和有機(jī)污染等問題為重點，從原水水質(zhì)改善、水廠高效處理和安全輸配等環(huán)節(jié)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和技術(shù)開發(fā)，在輸水渠道沿程生物預(yù)處理技術(shù)、新型復(fù)合混凝劑、管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)控等方面取得了創(chuàng)新性成果。與此同時，國家還啟動了“973”計劃項目“湖泊富營養(yǎng)化過程與藍(lán)藻水華爆發(fā)機(jī)理研究”[2]，深入研究長江流域獨(dú)特的淺水湖群入湖生源要素在地球表層特征、氣象因子、生物過程及人類活動等驅(qū)動力作用下，藍(lán)藻水華的動力學(xué)、水生植被的生態(tài)系統(tǒng)功能和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換作用和湖泊—流域復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)特征與管理。這些機(jī)理的研究以及技術(shù)的研發(fā)、示范，對于太湖流域局部水環(huán)境質(zhì)量改善和生態(tài)修復(fù)起到了積極的推動作用。

當(dāng)前，我國關(guān)于湖泊流域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源利用和水污染防治的管理與政策方面的研究則十分零散和薄弱，成為流域水環(huán)境治理的主要瓶頸。針對太湖流域，在研究方面，金相燦等（1999）提出了太湖污染治理的重點污染控制區(qū)及相應(yīng)的治理方案措施；鄭一等（2001）對環(huán)太湖河道水質(zhì)分析與入湖污染物負(fù)荷量進(jìn)行了估算；虞錫君（2007）分析了太湖流域水生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制的兩種形式（即水生態(tài)保護(hù)補(bǔ)償機(jī)制和跨界水污染補(bǔ)償機(jī)制）及政策框架；毛新偉（2007）分析了太湖流域片省際水事糾紛的現(xiàn)狀特點與發(fā)展趨勢。總體上，我國對于湖泊水污染與富營養(yǎng)化的研究相當(dāng)分散，過分注重局部的水體、污染源以及管理措施的研究，難以滿足湖泊流域水環(huán)境治理的實踐要求。

2.2 湖庫水質(zhì)綜合控制技術(shù)研究動態(tài)

長期污染對湖庫造成直接損害，大量湖庫生態(tài)系統(tǒng)處于不良狀態(tài)，形成生物多樣性降低、功能下降為特征的退化生態(tài)系統(tǒng)，嚴(yán)重威脅人類社會的可持續(xù)發(fā)展。因此，如何保護(hù)現(xiàn)有的湖庫生態(tài)系統(tǒng)，綜合整治和恢復(fù)污染退化的湖庫，使之恢復(fù)到可持續(xù)發(fā)展的自然狀態(tài)，已成為人類亟待解決的重要課題。湖庫水質(zhì)控制目標(biāo)是多方面、多層次的，需要遵循的共同原則是：生態(tài)、社會、經(jīng)濟(jì)和文化的需求以及生態(tài)恢復(fù)技術(shù)的可靠性和有效性。

湖庫生態(tài)系統(tǒng)作為一個由諸多物理化學(xué)要素和生物要素組成的復(fù)雜統(tǒng)一體，其功能強(qiáng)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和格局及其影響因素的整體性。湖庫生態(tài)恢復(fù)具有整體概念，事實上對湖庫生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)不可能先修復(fù)某一個物種再恢復(fù)另一部分，而是全面考慮生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，即便是對某一特定污染的控制也要考慮系統(tǒng)的綜合影響?，F(xiàn)代湖庫生態(tài)修復(fù)是充分考慮物理因素和有機(jī)體之間相互作用的系統(tǒng)工程，強(qiáng)調(diào)配套技術(shù)的整合。例如，對富營養(yǎng)化湖庫的恢復(fù)包括污染外源控制、內(nèi)源清除、環(huán)境條件整治直到生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的一系列相互作用的恢復(fù)工程。

2.3 突發(fā)性水質(zhì)污染以及應(yīng)急管理技術(shù)研究動態(tài)

原水水源突然性污染事件是指在原水水源保護(hù)區(qū)內(nèi)由于突然性的污染物泄漏、排放，造成水質(zhì)瞬間嚴(yán)重惡化、嚴(yán)重威脅水廠取水安全的污染事件[3]。這些突發(fā)性污染事件多是由于事故、常規(guī)污染源違法排放（包括工廠事故和偷排）、城市或農(nóng)村的非點源污染受暴雨沖刷等進(jìn)入水體、船舶等的污染物泄漏、環(huán)境因素導(dǎo)致的水質(zhì)突變、氣候突變等自然災(zāi)害帶來的突發(fā)性污染和人為投毒等。

根據(jù)污染物性質(zhì)及常發(fā)生的方式，突發(fā)性環(huán)境污染事故可分為：核污染事故；溢油事故；有毒化學(xué)品的泄漏、爆炸和擴(kuò)散事故；非正常大量廢水排放造成的污染；自然環(huán)境帶來的污染；人為破壞造成的污染。突發(fā)性水污染事故的特點表現(xiàn)在水污染事故發(fā)生、發(fā)展和危害的不確定性，影響的長期性和應(yīng)急主體的不明確。

預(yù)警應(yīng)急處理系統(tǒng)在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家發(fā)展較早，北美洲（美國、加拿大）、歐洲和亞洲的日本、韓國都有所發(fā)展，這些國家建立的水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)大部分是建立在大的水污染事件發(fā)生之后，對污染物進(jìn)行監(jiān)測，但是未提出各類污染物的應(yīng)急處理技術(shù)。近幾年，特別是911事件以后水源和供水管網(wǎng)成為恐怖分子襲擊的對象，這給供水安全帶來了新的問題，供水安全日益受到各國重視，建立原水水質(zhì)預(yù)警應(yīng)急系統(tǒng)是公認(rèn)的應(yīng)對突發(fā)性污染的最有效方式，建立原水水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)需要較大的資金投入和較高的技術(shù)支持，在資金、技術(shù)等無法滿足要求的情況下，應(yīng)盡可能利用水廠已有歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，運(yùn)用預(yù)測學(xué)原理指導(dǎo)水廠運(yùn)行。

以下是世界各國已建成的預(yù)警應(yīng)急處理系統(tǒng):美國俄亥俄河水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對俄亥俄河干流和主要支流的下游地區(qū)的水質(zhì)監(jiān)測。起初系統(tǒng)是由15個氣譜監(jiān)測儀組成，用以監(jiān)控有機(jī)物的變化，并向美國海岸管理中心提供相關(guān)報告。隨后，為了滿足1976年四氯化碳污染事件和1988年的石油泄漏事件的需要，在原有基礎(chǔ)上對系統(tǒng)作了改進(jìn)，使其具備了更完善的污染物擴(kuò)散模型、數(shù)據(jù)收集傳輸系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)共享系統(tǒng)，為更好的應(yīng)對突發(fā)事件、為水廠服務(wù)奠定了基礎(chǔ)。萊茵河上已經(jīng)有30多個水質(zhì)監(jiān)測站，并且建成了目前世界上最大的生物指示系統(tǒng)（包括魚、藻類、水蚤、貝類動物和細(xì)菌）。

塞文河是英格蘭和威爾士北部地區(qū)的主要水源地。1984年的苯酚污染事件使英國有關(guān)部門認(rèn)識到了水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)的重要，他們在塞文河上建立了一個包括3個水質(zhì)監(jiān)測站的水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)。系統(tǒng)由海德自然科學(xué)實驗室管理，并得到了沿河各水廠在經(jīng)濟(jì)和其他方面的大力支持。塞文河的預(yù)警系統(tǒng)實現(xiàn)了完全自動化，除了每周的檢修時間，都不需要專人進(jìn)行維護(hù)，它可以自己通過電話線將信息傳輸給相關(guān)管理部門。系統(tǒng)可以對甲醛、氨氮、苯酚、VOCs、農(nóng)藥和多種水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行實時在線監(jiān)測，但并不是所有的監(jiān)測站都裝備所有儀器，各監(jiān)測站根據(jù)其實際情況，選擇的監(jiān)測指標(biāo)略有不同。

法國水務(wù)集團(tuán)為巴黎市2/3地區(qū)的400萬居民提供生活用水，其中95%的源水來自從塞納河及其支流。在過去的20年中，已經(jīng)出現(xiàn)過400多件突發(fā)性污染事件，其中40%事件的處理要求改變處理工藝，7%的事件引起了供水量的減少，3%的事件導(dǎo)致關(guān)閉處理系統(tǒng)。因此建起了完整的水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)，系統(tǒng)包括多個具有自動分析儀的監(jiān)測站和自動檢測儀。每個監(jiān)測站包括總有機(jī)碳、氨氮、硝基氮、氰化物、重金屬、有毒物質(zhì)、溶解氧、溫度、pH值和電導(dǎo)率自動監(jiān)測儀[4]。系統(tǒng)可以對歷史數(shù)據(jù)信息進(jìn)行儲存，當(dāng)突發(fā)性事件發(fā)生時，它可以對事件的性質(zhì)、特征進(jìn)行及時準(zhǔn)確的判定，而后與歷史相關(guān)信息進(jìn)行比較，從而找出最佳處理方案。該監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)又包含有監(jiān)控、自動分析和預(yù)測模型系統(tǒng)，并結(jié)合了多種水處理工藝，因此可以很好地保障巴黎市內(nèi)的供水安全。

在亞洲，日本建設(shè)了淀川河水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，以淀川河為水源的3個水廠可以從系統(tǒng)中獲取有關(guān)事件及時可靠的信息，根據(jù)污染物調(diào)查分析和以往經(jīng)驗，淀川主要污染物有農(nóng)藥、苯酚和多種化學(xué)物質(zhì)。因此預(yù)警系統(tǒng)配備了相應(yīng)的有機(jī)物監(jiān)測設(shè)備、先進(jìn)的總碳和紫外分析儀、氣譜分析儀、標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)監(jiān)測器和色味監(jiān)測儀。有消息表明，韓國利用柳條魚和水蚤開發(fā)成功水質(zhì)污染預(yù)警系統(tǒng)。

在國內(nèi)，預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展還處在起步階段，建成的很少，主要集中于大城市，北京計劃在現(xiàn)有水源基礎(chǔ)上建立由5個水質(zhì)在線監(jiān)測站構(gòu)成源水水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)，除簡單水質(zhì)在線監(jiān)測儀（溶解氧、pH、濁度等）、氨氮等，可能包括重金屬及生物毒性的高級監(jiān)測儀；南水北調(diào)中線上建立多個包括簡單監(jiān)測儀的在線監(jiān)測站；天津市在取水口建立針對藻類高發(fā)源水水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)；西安市計劃在黑河引水管渠上建立10個左右的水質(zhì)在線監(jiān)測站；濰坊市在峽山水庫建立了水質(zhì)在線監(jiān)測站，并于2005年3月正式投于運(yùn)行。監(jiān)測指標(biāo):水溫、渾濁度、pH、電導(dǎo)率、溶解氧、CODCr。實時數(shù)據(jù)可傳輸至水廠進(jìn)行趨勢分析，進(jìn)一步研究檢測指標(biāo)與其他水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性，建立起水質(zhì)實時預(yù)警系統(tǒng)，其對作出水處理的反應(yīng)和調(diào)整方面發(fā)揮了重要的作用。該項目的建成，對提高制水工藝的抗沖擊能力、穩(wěn)定出廠水水質(zhì)有重要的現(xiàn)實意義。

3 結(jié)束語

社會在進(jìn)步，人們的環(huán)保意識也在提高。國內(nèi)外雖然對水污染防治各有不同，但都是為了更好地改善水資源狀況、更好地為人類服務(wù)。文章綜合分析了國內(nèi)外研究動態(tài)，能夠?qū)θ藗兊难芯科鸬揭欢ǖ慕梃b作用，但是還有不足之處，有待進(jìn)一步完善。

[1]陳思源.非點源污染下湖泊水體污染狀況的動態(tài)演化[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，49（10）：2410-2413.

[2]常文英.淺談汾河水污染及其防治[J].山西廣播電視大學(xué)學(xué)報，2010，3：106-107.

[3]Zhang jianyun.Study on the non-point source pollution model[J].Shuikexue Jinzhan/Advances in Water Science，2002，13（5）：547-551.

[4]Edwin D.Ongley，Zhang Xiaolan，Yu Tao.Current status of agricultural and rural non-point source Pollution assessment in China[J].Environmental Pollution，2010，158（5）：1159-1168.

[5]韓彥霞.滄州市地表水污染現(xiàn)狀評價、危害及防治措施[J].水資源研究，2008，29（1）：6-7（36）.