可持續發展視角下的水污染防治路徑探索

劉雅坤，馬林林

（山東利源海達環境工程有限公司，山東 濟南 250100）

引言

水作為人類生活和經濟發展的基礎資源，受到了嚴重的污染威脅。水污染不僅對生態系統造成了破壞，還給人類健康和社會經濟帶來了巨大風險。因此，尋找可持續發展的水污染防治路徑至關重要。

1 可持續發展視角下的水污染防治原則

在可持續發展的框架下，水污染防治應遵循一系列原則，以確保環境友好性和資源的可持續利用。其中，環境友好性原則是重要的指導原則。

1.1 環境友好性原則

1.1.1 避免或使對環境的不良影響最小化

為了有效防治水污染，我們必須采取一系列措施避免或最大限度地減少對其環境的不良影響，因而需要從源頭控制、采用生態友好型技術和工藝、實施環境風險評估和環境管理計劃等多方面入手。首先，減少有害物質的排放是水污染防治的關鍵措施之一。工業企業應嚴格遵守環保法規和標準，采取減少污染物排放和循環利用的措施，通過改進生產工藝、安裝廢水處理設備、實施封閉式生產等措施，可以顯著降低有害物質的排放量。其次，控制污染源頭也是十分重要的，包括加強對農業、工業和城市污水的管理與監測，確保其排放符合相關標準。針對農業活動，推廣科學合理的施肥方法及農藥的使用和管理，可以減少農業非點源污染。對于工業和城市污水，要建設和完善廢水處理設施，確保污水經過適當處理后再排放。采用生態友好型技術和工藝也是有效防治水污染的重要途徑。例如，引入生物修復、濕地處理、植物過濾等自然系統工程，利用植物和微生物的作用來降解和吸收污染物，從而實現廢水凈化和資源回收。此外，開發和推廣低能耗、高效率的環保技術，如膜分離、光催化等技術，可以提高廢水處理效果并減少能源消耗[1]。另外，通過實施環境風險評估和環境管理計劃，可以識別潛在的環境風險，并通過采取相應的預防和控制措施，可以降低對水環境的不良影響。環境風險評估可以對周邊環境進行全面評估，確定可能存在的污染源和影響范圍，從而有針對性地采取措施進行預防和控制。同時，建立健全環境管理計劃，包括監測、報告、應急處理和持續改進等，可以確保環境保護工作的有效實施和持續改善。

1.1.2 探索低成本、高效能的環境友好型技術

在水污染防治過程中，積極探索和采用低成本、高效能的環境友好型技術是至關重要的。這些技術不僅可以有效去除水中的污染物，提高水資源利用率，還能減少其對環境的負面影響。首先，生物處理方法是一種廣泛應用的環境友好型技術。例如，利用生物濾池、活性污泥法和植物濕地等生物處理系統，可以通過微生物的降解作用將有機污染物轉化為較為穩定和無害的物質。這些生物處理方法具有操作簡便、投資成本低以及運行費用較低的特點，適用于中小型廢水處理廠和農村地區。其次，膜分離技術是一種高效的水處理技術，能夠實現對污水中的懸浮固體、膠體物質和溶解性有機物的有效分離。膜分離技術包括微濾、超濾、納濾和反滲透等多種形式，具有高效、可靠、占地面積小、操作簡便等優點。該技術可以廣泛應用于水處理、海水淡化、廢水回用等領域，提高了水資源利用率。另外，先進的氧化技術也是一種針對難降解有機污染物的處理方法，該技術是通過產生強氧化劑如羥基自由基或過氧化物來降解有機污染物，使其轉化為低毒或無毒物質。常用的先進氧化技術包括紫外光催化氧化、臭氧氧化和高級氧化技術等。這些技術具有高效、無二次污染和適用范圍廣的特點，在處理難降解有機污染物方面具有潛力[2]。此外，還有其他一些環境友好型技術也值得探索和應用。例如，電化學技術、吸附材料和生物炭等都可以在水污染防治中發揮重要作用，而且這些技術具有成本較低、操作簡單且可持續發展的特點，可以有效去除污染物、改善水質并保護水資源。

1.2 經濟可行性原則

在面對水污染防治問題時，我們需要以可持續發展為基礎，同時考慮經濟可行性的原則。這意味著我們需要尋找既能夠保護水資源又會產生經濟效益的解決方案。

1.2.1 考慮水污染防治措施的成本效益

我們必須評估和分析不同水污染防治措施的成本效益，其中包括建設、運營和維護成本及實施這些措施所能帶來的環境和經濟效益。通過綜合考慮，我們可以確定最具成本效益的水污染防治措施，并確保投入的資源可以得到最大化利用。

1.2.2 尋找可持續、具有經濟可行性的解決方案

在確定水污染防治解決方案時，應注重可持續性和經濟可行性，采用既能滿足當前需求，又不會犧牲未來世代需求的解決方案。例如，我們可以探索利用可再生能源驅動污水處理設施的方式，減少對有限資源的依賴，并同時降低能源消耗和排放量。此外，還要考慮采用循環經濟模式，通過回收和再利用廢水中的有價值物質，實現資源的有效利用，并為企業和社會帶來經濟效益，從而推動可持續發展并促進經濟增長。

2 源頭控制措施

2.1 減少工業廢水排放

工業廢水是水污染的重要來源之一，因此減少工業廢水排放對于水污染防治至關重要。在評估工業廢水污染程度時，污染物排放濃度是一個重要的指標，可通過以下公式計算：

為了降低工業廢水的排放濃度，可以采取多種措施。首先，改進生產工藝是一項重要且有效的措施。通過優化生產過程，減少或替代有害物質的使用，可以降低廢水中污染物的濃度。其次，提高資源利用率也是一項關鍵措施。通過循環利用廢水、回收和再利用其中有價值的物質，可以減少廢水的排放量，從而降低污染物的排放濃度。此外，推廣清潔生產技術也是減少工業廢水排放的重要途徑。清潔生產技術強調資源的有效利用、廢物的最小化產生和污染物的減排。通過采用先進的生產工藝和設備，優化物料流程、有效地進行能源利用和廢物處理，可以顯著減少工業廢水的排放，提高生產效率。

嚴格的監管和管理也是減少工業廢水排放的關鍵。加強對工業企業的環境監測，加大執法力度，建立健全排污許可制度和處罰機制，并對違規排放行為進行嚴厲懲罰，可以有效地約束工業企業的廢水排放行為，推動企業更重視環境保護和污染防治[3]。

2.2 控制農業非點源污染

農業活動是造成水環境非點源污染的主要原因之一，特別是營養物質的過量排放對水體生態系統產生了嚴重影響。因此，實施農業非點源污染控制措施是保護水資源和促進農業發可持續展的關鍵。在評估農業營養物質流量時，營養物質的輸入量和輸出量是重要的計算指標。營養物質輸入量包括化肥、畜禽糞便和農藥等來源；而營養物質輸出量則主要是通過徑流和滲漏的方式流失到水體中。營養物質的輸入量和輸出量可以利用以下公式進行計算：

為了減少農業非點源污染，工作人員需要采取一系列管理措施。首先，確定適宜的施肥量是關鍵。工作人員可以通過土壤養分測試和合理的施肥計劃，并根據作物的需求進行化肥，避免過度施肥導致營養物質的流失。其次，推廣有機肥料的利用也是一項重要策略。有機肥料具有較低的溶解度和漸進釋放的特性，能夠減少養分的流失風險，同時能夠改善土壤的質量。此外，土壤保持和水資源管理也是農業非點源污染控制的重要手段。例如，通過建立植被覆蓋帶、構筑溝渠和水槽等措施，可以減少徑流速度，防止土壤被侵蝕和養分流失。合理的灌溉管理和節水技術的應用也是降低農業非點源污染的重要措施之一。

3 水污染防治路徑探索

3.1 污水處理技術

在水污染防治過程中，污水處理技術具有至關重要的作用，可以通過傳統的物理化學處理方法和生物處理方法有效凈化污水，從而改善水環境質量。

3.1.1 傳統的物理化學處理方法

傳統的物理化學處理方法包括物理過程和化學過程，如沉淀、過濾、吸附和氧化等。這些方法通過利用不同物理和化學性質的原理，將污水中的懸浮物、溶解物和有機物去除或使這些物質轉化為無害物質。例如，化學需氧量（COD）是衡量污水中有機物含量的重要指標，可以通過以下公式進行計算：

COD=（初始COD濃度-終止COD濃度）/反應時間

傳統物理化學處理方法相對簡單，而且效果明顯，適用于大規模處理和初級處理階段。然而，這些方法可能會產生廢渣和化學副產物，而且需要消耗能源。因此，在綜合考慮成本效益和環境影響方面，需要進一步優化和整合這些傳統技術。

3.1.2 生物處理方法

生物處理方法是利用微生物的代謝活動來分解和轉化污水中的有機物，典型的生物處理方法包括好氧處理和厭氧處理。在好氧處理過程中，微生物在充分供氧條件下將有機物氧化為二氧化碳和水，并產生生化需氧量（BOD），可以用以下公式計算：

BOD=（初始BOD濃度-終止BOD濃度）/反應時間

在厭氧處理過程中，微生物可以在缺氧或無氧條件下降解有機物，產生甲烷等沼氣。生物處理技術具有高效、經濟、環保等優勢，能夠減少能源消耗和化學物質的使用。然而，其操作要求較高，需要控制好養物質的供應和微生物群落的穩定性。

3.2 新技術和創新方法

隨著科技的進步，新技術和創新方法在水污染防治中發揮著越來越重要的作用，其中膜技術和高級氧化技術成為專業人士的研究熱點，具有廣闊的應用前景。

3.2.1 膜技術在水污染防治中的應用

膜技術是基于半透膜的特性，通過物理隔離、篩選和濃縮等過程，將污染物與清潔水分離。該技術可以高效去除微小顆粒、膠體、有機物和溶解鹽等污染物，具有高度選擇性和能耗低的特點。膜技術的應用范圍廣泛，包括膜過濾、膜生物反應器、膜萃取、膜吸附等。在膜技術中，通量和截留率是評估其性能的重要指標。通量是指單位時間內通過膜的流量，可以用以下公式計算：

通量=通過膜的體積/單位時間

截留率則是指膜對污染物的去除效率。

膜技術在水污染防治中具有許多優點，如高效凈化、靈活性強、操作簡便等。然而，膜污染和能耗問題是其發展過程中需要解決的難題。因此，進一步研究和改進膜材料、膜結構和膜過程是關鍵，可以提高膜技術的性能及其可持續發展能力[4]。

3.2.2 高級氧化技術的發展與應用

高級氧化技術是利用強氧化劑或光催化劑產生活性氧自由基，再通過氧化反應降解有機污染物。該技術可以有效降解難降解的有機物和毒性物質，因而具有廣譜性和高度選擇性。常見的高級氧化技術包括臭氧氧化、Fenton反應、光催化氧化等。高級氧化技術的處理效果通常通過反應速率常數進行評估。反應速率常數表示單位時間內反應物消失的速率，可以用以下公式計算：

反應速率常數=（初始濃度-終止濃度）/反應時間

高級氧化技術廣泛應用于水污染防治中，尤其對難以降解的有機污染物具有良好的處理效果。然而，該技術在實際應用中也面臨著能源消耗和催化劑回收等挑戰。因此，相關技術人員需要進一步研究和開發高效、低成本的催化劑和反應體系，并結合各種條件優化策略，將有助于高級氧化技術的可持續發展和實際應用。

4 結論

本文從可持續發展的視角探索了水污染防治的路徑，首先，源頭控制是水污染防治的重要策略。通過減少工業廢水排放和農業非點源污染，可以降低污染物在水體中的濃度，而改進生產工藝、提高資源利用率、合理施肥和推廣有機肥料利用等措施都是有效的源頭控制方法。其次，新技術的應用對于水污染防治至關重要。膜技術和高級氧化技術等新興技術能夠有效地去除水體中的污染物。通過計算通量和截留率以及反應速率常數，可以評估和優化這些技術的處理效果。然而，新技術的發展還面臨一些挑戰，例如高成本和運營維護等難題，因而需要進一步研究和創新來解決這些難題。此外，環境教育與思想意識的提高也是水污染防治的重要路徑之一。加強公眾對水污染問題的認知，可以推動個人和社會行為的改變。通過教育培訓、宣傳活動和信息傳遞等手段，引導公眾采取環保措施，共同參與到水污染防治工作中。最后，多部門合作和全球共同努力是實現水污染防治目標的關鍵。政府、企業、科研機構和公眾等各方應加強合作，共同制定相關政策和標準，進一步推動污染防治技術的創新和知識交流。此外，國際合作也至關重要，因為水污染是全球性問題，需要跨國界的協作才能徹底解決。只有通過綜合性的措施和持續不斷的努力，才能實現水環境的健康保護和可持續發展的目標。