白洋淀流域水污染控制与生物地球化学工程示范研究的初步设想

　　白洋淀流域水污染控制与生物地球化学工程示范研究的初步设想|第1　近20年来环境污染控制经过单项治理、综合防治两个阶段之后，已初步总结出必须改变末端治理的被动局面，实行首端预防与全流域控制的主动战略方针。人类要持续发展，就必须首先根治人为造成的循环交叉污染，改变生产流程和技术路线，尽量把各种废弃物消除在生产过程之中，同时还要因地制宜，合理布局以充分利用自然界本身所具有的环境容量，为人类的生存与发展服务。在充分认识人与环境相互关系的基础上，通过协调区域社会-经济-环境的关系，采取自然消纳、净化与人工处置、污物资源化相结合的方法，达到全面控制与保护环境的目的。因此我们把这种认识-预测-控制三位一体为指导思想的污染控制战略称之为流域（区域）污染控制。就水污染控制而言，前一阶段多数发达国家基本上都是通过建设大量污水处理设施，来降低耗氧有机物、重金属元素与氮、磷等营养物的污染水平，虽已取得了一定成果，但由于能耗大，成本高，问题不少，难以持续应用，为此近来都在寻找新的方法与措施。如世界自然保护同盟等最近在《保护地球-人类持续生存战略》的报告中，就提出要采取综合措施；以流域为单位进行规划和管理的战略方针。我国是一个发展中国家，财力有限，资源不足，在污染控制问题上，更不能继续采用发达国家过去那种以人工治理为主体的技术路线，而必须采用自然净化与人工治理相结合的技术路线，按照具体的地理环境条件与社会经济实力，采用人工治理、自然净化、湿地利用、土地处理等配套技术，进行全流域的综合控制。一、白洋淀流域污染综合控制的条件与依据白洋淀流域地处我国华北半干旱半湿润的季风气候区，水源缺乏，污染严重，在很大程度上已经成为限制国民经济发展的一个重要因素，水是农业的命脉，更是城市与工业的血液，污水资源化与水的多级利用，已经成为区域社会经济持续发展的一个基本出发点与要求。 白洋淀流域地区西接太行山麓，东邻渤海与冀中平原的低洼湿地，是一个半封闭的水陆交错的生态系统，它受水、陆两种景观生态形成因素的制约与激活，可以通过互补协同作用与多种边际效应，对一些外来污染物进行截留、过滤、转移、净化等一系列作用过程，这样，既可控制污染，也可创造（生产）很高经济价值的自然资源。而且这种水陆交接处所形成的水上、水下两种景观地球化学类型，对污染元素的迁移、转化作用有很大的影响，使这些污染元素在两相交接处由于迁移环境的变化，而促使污染元素的淀积富集，形成地球化学垒。因此，我们完全可以利用这种特殊的生物地球化学环境条件，来布设一系列的污染控制工程。再加上这个半封闭的流域与完整的地域结构，对试验研究与工程实施都比较有利，可以作为一个典型的研究现场，比较集中地进行多种水污染控制技术与配套工程的试验与示范。*中国科学院动物研究所黄玉瑶教授，生态环境研究中心尹澄清教授提供部分资料，特表谢意。二、流域控制的基本策略与框架白洋淀的流域污染控制，是根据水陆交接界面区（可以作为一种生物地球化学界面反应器）中元素的迁移、转化与累积规律及其环境生态效应的分析，塑造、筛选出效益显著的生物地球化学功能，将其串联组装入流域水源保护的生物地球化学工程中，使其成为水污染控制的基本部件，并在流域入口、资源（特别是水资源）、经济与环境协调发展的宏观背景下，来提出污染物流域控制的技术方案。这个技术方案的基本出发点，是要寻求既有较强的治理、净化效果，又经济、实用，便于推广的技术路线，特别需要人工处理与自然净化相结合，节能减耗与污物资源化相结合的污染控制方法。具体来说，就是将保定市排放出来的城市生活污水与工业废水，经过一系列的人工治理，自然净化，污水回用，土地处理与水产养殖等配套工程技术组合在一起（见图1），使城市污水经过一系列的净化处理与充分合理的多级利用，来达到既发展经济又保护环境的目的。三、流域控制的主要生物地球化学工程措施 鉴于目前造成白洋淀水域污染的主要原因，是保定市的城镇生活污水以及造纸、化工、印染行业排放的工业废水，其中尤以造纸行业排放的耗氧有机物（以COD计）严重，约占全市工业废水COD排放总量的76％。现经国家批准已于1992年将两个最大的造纸厂停产、转产，同时分别在保定市的西北郊与东郊兴建两座日处理城市污水分别为8万t的二级污水处理厂，今后的污染负荷必然会有较大的减轻。但即使在两个污水处理厂投入运行以后，其出水的COD浓度仍在100mg／L左右，而且随着经济的发展与城市的扩大，水污染问题仍很严峻，因此除继续加强重点污染源的治理，继续开发推广清洁生产新工艺等污染源控制措施之外，如何进一步扩大区域环境的净化功能，强化土地处理措施与淀区本身对污染物的吸纳、消解能力，应该是我们进行污染流域控制的主要途径。根据两年多来调查了解与区域污染特征的系统分析所得的结果，白洋淀区域水污染控制的工程技术规划，主要包括以下几项内容（见图2）。　图21．污水的农业灌溉与土地处理系统工程必须指出，所谓土地处理系统，实际上是指包含有大量动、植物与微生物所组成的土壤植物系统，是一个对外来有机物具有很强的分解、转化、吸收能力的开放系统，故名曰土地处理。但就其形式而论，与一般常称的污水灌溉是十分相似的，只是各自强调的目的不同而已。在白洋淀地区引用保定市污水灌溉农田已有2O多年的历史，目则的污灌总面积已达5万余亩，经多年追踪监测的结果，认为对污水中的耗氧有机物有很强的降解能力，而对难以被生物降解的重金属元素未发现有明显的累积现象。特别是污水中的N、P等污染物，其本身可作为本区土壤比较缺乏的植物营养元素，是农业生产所必需的一种水肥资源，只要加强科学管理，严格控制污水中难降解的重金属元素与人工合成的有机毒物的含量，正确选择浇灌作物的种类，适当控制灌水方式与数量，就完全可以达到既可进行农业灌溉，发展生产，又能处理污水，保护白洋淀水质这个双重目的。而作为一种污水处理的工程技术，其重点在于选择适宜的地块，采取必要的工程技术措施，修建各种灌、排渠道，控制污水的流向与流量，防止由污水灌溉引起的地下水污染与重金属污染物的累积，消除由污水灌溉所带来的环境卫生问题，合理分配与适当控制环境容量，使土地得以永续利用，农业生产持续发展。2．湿地利用与污水净化工程 从广义来说，整个白洋淀都是一个湿地系统，但这里仅指干湿交替的藻杂波等芦苇地。根据两年来在白洋淀区的水陆交错带中不同微景观斑块，对不同形态的营养物与耗氧有机物定位观测所得的结果表明，湿生植物群落及其水沟对营养物的截留、去除作用是很强的。特别是在苇田的根区土壤，氨态氮和总磷的截留率均可达到90％以上，在苇田密布的水沟中对N、P的截留量也可达到60－70％左右。因此利用白洋淀上方的藻杂淀芦苇地对N、P等营养元素的吸收、截留与过滤作用来净化城市污水，便成为控制白洋淀污染的一个重要措施。而且它比农田土地处理系统的处理周期更长，在非生长季节的冬季，依靠处于半休眠状态的苇根表膜的吸附原理与机械过滤作用，对污水中的有机污染物仍有一定的净化能力，因此它完全可以替代部分二级污水处理厂的功能，是一种十分廉价而又有一定创收能力的水污染净化措施。在这里作为控制水污染的工程技术，主要包括不同试验地块水平高度的量测，修筑排、灌水沟与围堤，安装抽水设备，以及灌、排水质的分析与管理等工程项目。3.塘库兼容的污水氧化塔改造工程根据两年来对唐河污水库理化指标的分析与水生生物种群结构的变化趋势来看，污水库本身是有一定净化效果的，但作用比较微弱，如果稍加改造，在库中修筑一些拦水堤坝，按不同性质与功能适当增加污水净化的设备（如充氧机）与生物种，完全可以成为具有较强净化功能的生物氧化塘系统。在这方面原来天津市汉沽污水库的氧化塘改造工程已有比较成功的经验，而且两地的环境条件比较相近，从设计思想到施工运行都可以仿效，其主要工程内容是：一方面疏浚原污水库堆积比较深的淤泥，另方面修筑必要的拦水堤坝，同时还要建立必要的检测、管理系统。这样在串联氧化塘未端的水质可以达三级地面水的标准。有计划地将经过净化并达到三级地面水标准的污水排入白洋淀，从而可以部分解除上游保定地区污水为患的困境。4．合理的水产养殖与水质控制的技术措施近年来白洋淀区利用网箱、围栏养殖，水产发展很快。但这种高密度、高投入、高产出的养殖模式，很可能由于在养殖过程中剩余饵料及鱼类排泄物等因素而造成局部水体的富营养化过程，使湖底沉积加重，加促湖泊老化，甚至有可能出现因过于密集、缺氧窒息而死鱼的现象。因此白洋淀出现的水质污染与湖泊富营养化问题，既有外来污染的影响，也有淀区人民生产活动引起的因素，更有在水产养殖的发展过程中所产生的污染问题，需要实行全流域的综合治理控制。就养殖水体本身而言，需要通过白洋淀水域自然生产能力与自然生产潜力的关系，推算出最大鱼产密度与污水浓度的关系，不同鱼种搭配与饵料用量的关系，从而推算出在不产生富营养化的前提下，利用网箱或围栏养殖的可能最大强度。同时还要研究既能促产、助消化，又易于分解的合成饵料，研究污水养殖与病害控制的生物措施，真正达到既发展水产养殖又控制污染，既保护水质又改善生态环境的双重目的。TENTATIVEPLANTHEDEMONSTRATIONSTUDYOFPOLLUTIONCONTROLANDBIOGEOCHEMICALENGINEERINGINBAIYANGDIANWATERSHEDZhangShenTangYijian （InstituteGeography，CAS，Beijing，100101）　AbstractAccordingtothelaationofpollutantsinBaiyangdianentalfeaturesofecologicallandscapeofsemi－closedonstrationentandnaturalpurification，ase－decreasingisputfor－aincontentsareasthefolloatictechnologiesentofurbanseulti-stageutilizationplementedsoastomeettheobjectiveofcoordinationofeconomicdevelopmentandenvironmentalprotection．1．systemengineeringofagriculturalirrigationandlandtreatmentofseent；3．transformationofoxidationpond；4．rationalaquacultureandthetechnologyofwaterqualitycontrol．