探析城市水环境治理的发展方向

上海川清清环境科技有限公司 徐兆静

一、绪论

水是基础性的自然资源和战略性的经济资源，是生态与环境的重要控制要素，对维系和促进人类经济社会可持续发展具有不可替代的作用[1]。

随着城市化水平的不断提高，城市化进程对人类生存与发展必不可少的水资源及城市水环境的影响愈来愈显著[2]。

本文通过对国内外城市水环境治理的进展以及主要技术进行研究和阐述，并展望了未来城市水环境治理的发展方向，为城市水环境治理的社会实践提供部分参考。

二、国内外城市水环境治理进展

1977年，随着EPA联邦水污染控制法修正案的颁布，提出了与自然相协调的河流管理理念，但忽视了河流的生态功能，导致水体虽然满足联邦政府要求的水质标准，但水体功能未得到修复。到20世纪80年代，美国联邦政府、资源质量监测研究委员会提出要考虑生态指标、栖息地质量和生物多样性及完整性等[3]。20世纪90年代后，美国开始了更为广泛的河流生态修复活动，如美国Kissimmee的生态修复、KALAMAZOO河的大坝拆除及生态修复项目等。

20世纪80年代，德国、瑞士等国家提出了“重新自然化”概念，将河流修复到接近自然的程度，2000年，欧盟颁布的水框架指令（WFD）将水力特征、化学指标和生态指标纳入到所有水体的水质目标体系中。Aude Zingraff-Hamed等将法国从1980-2015年实施的110个水生态修复项目进行了统计分析，包括城市的水生态修复和农村的水生态修复，共465公里。

我国实施了一系列水环境综合治理工程，如上海苏州河的水环境综合治理、深圳茅洲河流域的综合治理等。另外也逐步形成了跨行政区的流域生态补偿机制，新安江流域和东江流域是我国跨省流域生态补偿的典型案例。王浩等分析了城市水环境问题产生的原因，提出了“源头减排——过程阻断——末端治理”的水环境综合治理方案[6]。

三、城市水环境治理的主要技术

城市水环境治理涉及的技术较多，本文从源头控制、水质净化处理与水质提升工程、河道水生态修复、水环境治理方案的模拟分析和水环境监测与管理平台五个方面对城市水环境治理涉及的主要技术进行阐述。

（一）源头控制

通过点源截污和对污水进行集中或分散处理（农村生活污水），并对污水厂进行升级改造，可减轻城市河道的污染负荷。张辰等提出在污水厂深度处理方面，可通过新型滤池、生物膜技术等进行工艺改造[7]。由于土地资源的日渐紧缺，地下式、花园式污水处理厂逐渐增多。

城市面源污染所占总污染的比例随着对点源污染的控制而不断增大，为解决城市面源污染以及城市内涝等问题，形成了一系列现代雨洪管理体系，例如美国的最佳管理措施（BMP）、低影响开发（LID）、绿色基础设施（GI），英国的可持续城市排水系统（SUDS），澳大利亚的水敏感性城市设计（WSUD）以及中国的海绵城市（Spongy City）[8]。通过广泛的可持续排水解决方案的设计、绿色基础设施建设，如绿色屋顶、透水铺装、植草沟、生物滞留设施、湿地、雨水回收利用等削减城市面源污染。

关于农业面源污染控制技术方面，张震等以石菖蒲、水芹和刺苦草作为生态沟渠拦截植物，分析氮磷的削减作用[9]。深圳市水务规划设计院有限公司探索了“减源——拦截——回用——修复”农业面源污染防治模式，通过对农田和林地设施进行生态化改造，实现污染水体在田间的初期净化，尾水进入由林地形成的生态廊道得到最终净化。

（二）水生态修复工程

河道水生态修复是利用特定生物（特别是微生物）对水体污染物进行吸收、转化或降解，达到减少或消除水体污染，恢复水体生态功能的生物措施[11]。

水生动植物作为水生态系统中的重要组成部分，通过构建适合水体特征的水生动植物群落，利用水生动植物吸收水体中的C、N、P等营养物质，在根部形成好氧、缺氧和厌氧并存的微环境，为各种微生物的生存提供了条件，从而促进营养物质的降解，提高河道水体水质。

利用人工机械方法向水体中充入空气或氧气，加速水体复氧过程，提高水体的溶解氧水平，修复和增强水体中好氧微生物的活力，促进有机污染物的降解速度，从而改善受污染水体的水质。

生物膜技术是以水体中原有的天然菌群为种源，在污染水体中设置一定数量的载体(如纤维)，增加微生物与污染物的接触面积，污染水体中的氮、磷、COD等被生物膜上的功能微生物吸附、降解或转化，从而使河道水体得到净化。各种人工合成填料得到了广泛开发和应用，增强了生物膜技术的水质净化效果。

（三）水环境模拟分析

水环境模型是用数学的语言和方法描述参加水循环的水体中水质组分所发生的物理、化学、生物和生态学诸方面的变化、内在规划和相互关系的数学模型。应用较多的水质模型有QUAL、MIKE、WASP、EFDC和Delft3D等。袁博宇等提出了一种考虑水生态修复措施对污染物降解影响的水质模型，通过基于有限元的二维水动力水质模型的构建与方案模拟分析，为水生态修复工程方案提供了定量分析的工具，为方案的比选提供决策依据。

（四）水环境监测与管理平台

我国水环境监测信息管理已初步形成了由国家站、省级站、地市级站及部分区县站组成的四级水环境监测数据传输与管理平台。但水环境检测数据库和业务应用系统相互独立，亟需进行整合，信息管理需要进一步规范化、智能化和可视化。

在水环境监测方面，可采用大数据技术深入解析河道数据库信息，利用卫星遥感、智能传感系统、无人机等，对一定区域内的河道进行监控，精确排查跟踪不达标水体。建立天地空一体化的信息采集和河道监控系统平台，实现河道基本信息、监测数据及公众监督的融合。另外，在水环境管理方面，可通过与水环境模型相结合，以基于GIS的可视化平台为总集成界面，监测网络为输入，数据库为载体，模型库为核心，实现河流污染物时空分布特征的模拟与显示，通过实时水环境状况模拟与调度方案模拟，达到水环境精细化管理的目标。

四、城市水环境治理发展方向展望

城市水环境治理第一阶段，先是消除黑臭，但可能还是劣五类的水体；第二阶段，进一步提升城市水体环境，削减入河污染物，将河流能达到水环境功能区划要求的标准；第三个阶段，通过治理及生态修复，将河流转变成具有生态功能的幸福河。本文在前人研究的基础上，总结城市水环境治理的发展方向，主要包括以下五个方面：

（一）发展多组合工艺

在进行城市水环境治理时，不能单独地使用上述介绍的相关技术，而是要通过分析河道污染的特点，综合利用各项技术，寻找更优的组合，实现高效、经济的水环境治理方案。如曝气复氧与生物膜法相结合工艺、生物膜与水生植物相结合的工艺等。

（二）城市水环境治理更注重生态修复

城市水环境治理要从生态的角度去治理，从提升河道自净能力到研究水生动植物系统，逐步形成一个健康循环的水生态系统，使水体能达到全面的水质目标要求，而不仅是河道水体的理化指标，如欧盟颁布的水框架指令（WFD）水质目标体系中规定的水力特征、化学指标和生态指标。

（三）基于海绵城市理念的城市水环境综合治理

城市水环境综合治理的思路要以水环境提升为主线，以控源截污为基础，以提高河流自净能力的生态修复为手段，实现一个自然积存、自然渗透、自然净化的完整的生态系统。采用绿色基础设施的源头控制措施，对分流制地区的初期雨水径流污染控制和合流制溢流污染控制都有重要意义。

（四）水环境综合管理系统

水环境综合管理系统应包括雨水、河水、污水、供水各个方面的管理，结合智慧水务的理念，实现水资源的精细化管理。

五、结论

综上，城市水环境整治是一个多学科、跨部门、综合性的系统工程。在整治过程中，必须对其污染的原因进行全面分析，结合“一河一策”进行统筹考虑，有针对性地制定治理措施，需按照全流域、全过程的流域综合治理理念进行统筹解决，通过源头控制，控制进入水体的污染物总量，通过生态修复，逐步恢复水体健康稳定的自然生态系统，结合水环境模型和水环境监测与管理平台，加强水环境的精细化管理。