水资源控制的高新技术与生态工程优化方案

缺水与水被严重的污染，引起了人类的普遍关注与警惕，世界上一些科学家正在努力地研究和采取种种措施来保护与开发水的资源，除处理污水、增建水库、营造森林、绿化大地，引调河水，开发深层地下水等整治与保护措施外，还进行着海水淡化、融化冰层的宏伟规划。

20世纪90年代国内外污染控制战略已发生重大变革，转向了污染防止战略。从末端治理走向源头削减污染负荷和生产全过程控制。污水处理如果仅仅从字面上看，还是一种末端治理技术，似乎不值得多谈。但是，首先污染防止与末端治理并非完全不相容，更重要的是污水处理技术有的本身基于充分利用自然净化能力，依据生态学原理，其核心的部分符合生态系统的“整体、协调、再生、循环”原理，所以愈来愈受到重视和发展。

在污水处理方面，传统的人工生物处理方法虽然有效，但得耗费数额巨大的运行管理费、基建投资等，而且对废水中的氮、磷等营养物质和难降解有机物的处理效率较低，近几十年来，人类转而寻找一些既经济、节能，又同样有效的、充分的利用自然净化能力的处理技术。

污水自然处理技术是利用污水中潜在能量（以污水中的氮、磷营养盐为代表），以及来自大自然的太阳、风和重力的能量，对污水进行处理，以获得最大效益的一类处理技术。由于太阳能极为丰富，可以说是取之不尽、用之不竭，又是清洁能源；风能是太阳能的一种转换形式，潜在能量巨大，加以自然处理又开发了废水中潜在的化学能，所以，自然处理比起机械处理（例如活性污泥法等常规二级生物处理），基建投资少，消耗的外加化石燃料能量也少得多，运行费用低廉。管理措施简便，而且处理起到同样的效果。因此，污水自然处理技术是目前最易于实现也是最有效的方法之一，尤其对于发展中国家来说。

自然处理具有水生、陆生和湿地处理三个系列。常用的具体技术包括：稳定塘技术，水生植物处理技术，土地处理技术，湿地处理技术，防治富营养化水体生态工程和污水处理与利用生态工程等，主要是20世纪80年代以后发展起来的新技术。

水生植物处理是将一种或几种水生植物栽植于浅塘，污水在其中停留较长的时间，通过多种处理，包括同化和贮存污染物，向根区输送氧和为微生物提供活的载体等，使污水得到有效的净化。近几十年来受到了广泛迅速的研究和开发，利用这种技术处理的污水已逐渐发展到城市污水和多种工业废水。据1987年美国报道，美国佛罗里达州已有每天处理几百万立方米污水的大型凤眼莲塘设施，处理设施的地理分布范围也已从热带、亚热带地区逐步扩大到温带地区。(www.xing528.com)

大量的国外研究证明，水生植物对多种污染物质，氮、磷等营养元素有很强的吸收净化能力。例如凤眼莲每天每平方米可以去除BOD5（五日生化需氧量）42.82公斤，氮9.92公斤、磷2.94公斤。据荷兰报道，某处理厂用香蒲和浮萍处理生活污水，停留10天以上，BOD5去除率可达79.8%，总氮去除率95%，大肠杆菌去除率98%。水生植物对有毒物质有很强的吸收、分解净化能力。如水葱可在浓度高达600毫克/升的含酚废水中正常生活生长，每100克水葱每100小时可净化一元酚202毫克。1公顷凤眼莲一昼夜可吸收酚100公斤。水生植物对重金属有极强的富集能力。如凤眼莲在汞0.1ppm，铅0.5ppm、镉0.1ppm、铜0.2ppm、砷0.2ppm、铬1ppm的混合污水中，对这几种毒物都具有一定的吸收富集能力，富集倍数为几十倍、几百倍到上千倍。

利用水生植物处理污水时，由于塘中可产生大量的植物体，可以加以综合利用，是实现污水资源化的重要途径。所有的水生植物都可以作为能源，通过发酵产生沼气。以凤眼莲为例，按亩产4万公斤计算，可产生沼气748立方米，折合成标准煤2241公斤。大多数水生植物可以作肥料。相当多的水生植物可以作为饲料。20世纪80年代以来国外更重视开发水生植物体作为生产酒精生长激素、药用化合物，抗癌药物等，认为具有十分广阔的前景。例如美国和加拿大科学家报道，净水植物香蒲根状茎的80%能转化成可以发酵的糖类，其质量的24%～54%可转化成乙醇，他们正把这类水生植物看成有希望的能源植物，加强研究，以提高经济效益。

20世纪80年代以来，我国兴建水生植物塘处理工业废水的研究和应用较多，涉及多种工业废水。国家环境保护局南京环境科学研究所等于1989～1990年在江苏省丹阳市茅东缫丝厂，利用该厂附近一条长约1000米，宽5～6米的明沟，放养以凤眼莲为主的水生植物，处理缫丝废水，获得较好的净化效果，污染物去除率为：TSS（总悬浮物）95.7%、COD92.9%BOD5（五日生化需氧量）96.6%、总氮85.6%、氨氮79.8%、总磷86.6%和磷酸盐88.7%，出水达到排放标准，所收获的凤眼莲作为青饲料养鱼也取得了显著的经济效益。中山大学于1992年在广东韶关铅锌矿前此几年所建的面积131亩水生植物塘和稳定塘复合系统中，向塘中主要引种宽叶香蒲，并长有少量芦苇，日处理该矿排出废水2.98万吨，水力停留时间5～7天，水生植物塘水深约10厘米，稳定塘水深约2.5米，三年半的连续运转和观测结果表明，废水中的总的悬浮固体（4635毫克/升）、COD（14.5毫克/升）、铅（1.6毫克/升）和锌（1.9毫克/升）在出水口分别降低了99%、55%、95%和80%，出水水质比工业排放标准低得多，净化效果很好。

自然污水处理的主要缺点是占用的空间和花费的时间较多，也易受气候因素的影响，如凤眼莲具有不耐寒的严重弱点，其抗盐分能力也不高，这些都是技术发展中人们注意解决的焦点。尽管如此，随着科学技术的进步，将逐步克服弱点，进一步运用这种新技术处理污水，前景十分广阔。