水环境污染治理设备需求探讨
一、前言
随着人口的快速增长和人民生活水平的不断提高，人类生活和自然水环境之间的矛盾日益显现。我国水资源总量2.8万亿m³，居世界第六位，人均占有量为2240m³，约为世界人均占有量的1/4。按照国际标准，我国目前有16个省（区、市）人均水资源量（不包括过境水）低于严重缺水线，有6个省、区（宁夏、河北、山东、河南、山西和江苏）人均水资源量低于500m³，为极度缺水地区。正是在这种极度缺水的情况下，我国的水环境问题仍不容乐观，全国主要流域的I~III类水质断面占64.2%，劣V类占17.2%。2012年，全国十大水系、62个主要湖泊分别有31%和39%的淡水水质达不到饮用水要求，严重影响人们生产和生活。同时，中国重大环境污染以及事故频频发生，水污染事故占一半左右。监察部的统计分析，国内近几年每年水污染事故都在1700起以上。近几年，水环境问题已经逐渐受到重视。2015年4月16日，国务院正式向社会公开《水污染防治行动计划》（简称“水十条”）全文。据测算，“水十条”的实施带动投资两万亿元以上。经过多轮修改的“水十条”将在污水处理、工业废水、全面控制污染物排放等多方面进行强力监管，并启动严格问责制，铁腕治污将进入“新常态”。2016年我国大力推进河长制，进一步明确了水环境问题的责任。2017年环保部和住建部联合研究决定，对社会影响较大的205条黑臭水体实行重点督办。目前我国水资源逐渐紧缺，水环境治理已经逐渐受到重视。该行业的发展势必将带动水环境治理专业装备的需求和研发。目前在水环境治理专业特种设备领域中，国内外均处于起步阶段，在此过程中，涉及到的专业设备、仪器、仪表和材料等，都存在广阔的开发空间和良好的市场前景。
二、水环境污染治理技术
目前水环境污染治理相关技术主要涉及到三个领域，即内源污染控制、外源污染控制和监测系统。根据水体周围地质情况和社会情况不同，水环境污染治理方案也各不相同。下面主要从三个方面介绍水环境污染治理的相关技术。
1.内源污染
通常状态下水环境中的底泥和水体之间会达到一个动态平衡。即使底泥中的污染物含量高出水体中的几十倍，在动态平衡的条件下底泥中不会有污染物释放到自然水体，相反会有部分污染物沉积到底泥中。但是当底泥的物化或者生物形态发生变化时，底泥中的氮、磷特别是重金属等污染物会释放到水体，对水体造成内源污染。目前底泥治理技术主要有环保疏浚、原位覆盖和原位钝化技术。环保疏浚技术即将受污染的底泥从水体底部清理出来，是一种应用较为广泛、技术较成熟的技术。但是其工程量较大、疏浚过程中二次污染和疏浚底泥的合理化利用等问题都亟待解决。另外两种原位覆盖和钝化技术在国内基本处于研究阶段，仅有少量的工程实践，但其效果的稳定性和可行性目前还缺乏系统的研究。以上三种技术各自存在优缺点，随着进一步的研究和开发，底泥处理的应用方向很可能是某几种技术的结合使用。
2.外源污染
外源污染主要包括点源污染和面源污染。点源污染主要指未经处理的生活和生产废水直接排入水体或者水体上游含有大量污染物。针对点源污染分散、水量小且水质波动大的特点，各个水处理的相关领域都已经有相对成熟的技术和设备。分散式污水处理设备主要采用的工艺有活性污泥法、物理化学法和电解法等，以上技术的组合基本可以满足COD、氮、磷、SS、重金属和油脂常规污染物的降解效果。除去常规的污染物，个人药品和护理品（Ppcps）在水体中的残留也逐渐受到重视。如各种马西平、咖啡因和布洛芬等在水体中痕量存在。这类污染物被排入水体后，通过水体中食物链的累积，会在部分鱼类体内富集。因其具有难降解性、生物毒性和长期危害性逐渐受到人们的重视。针对该类污染物的处理技术目前都处于研究阶段，主要方法有活性污泥技术、高级氧化技术、活性炭吸附和膜技术等。而且大部分技术效果都不明显或只能起到收集和富集作用，只有高级氧化法能将其无害化。在面源污染治理方面，城市雨水具有危害性及资源性。初期径流雨水含有大量杂质，直接排入水体，污染河道；雨水径流有明显的初期冲刷作用，污染物集中在初期雨水中，因此控制初期雨水成为雨水利用系统和城市径流污染控制的一项主要举措。面源污染治理主要措施包括：以自然沉淀为主的屋顶雨水处理工艺、道路庭院雨水处理工艺（滤栅、混凝、沉淀、除油和过滤等）、中间控制工程（建设下沉式绿地、生物滞留设施、雨水湿地、植被缓冲带、植草沟、渗透塘、渗井和湿塘等设施）以及集中处理方法（设置雨水净化设施等）。
3.监测系统
内源污染的治理和外源污染的控制，以及水体环境的改善最主要的是由水质数据来反映。水环境污染治理中大部分的水质数据是人为地感官无法辨别的，因此过程中的监测设备的实用性和准确性至关重要。第一，实时准确的水质监测可以有效的控制污染物的排入；第二，水体数据的变化可以对水体富营养化的爆发和水环境的变化有预警作用；第三，长期的水质监测为水环境治理和应急事件的处理具有直接的参考价值。水环境污染治理中水质监测常规指标与污水处理基本相同。目前国产的监测设备与进口设备在耐用性和准确度上存在一定的差距。此外水环境污染治理中水质监测具有取样点分散、取样难度大和现场实验条件差等特点。水质水文监测信息平台建设应包括以下内容。水质监测：每条河道、水体设置评价断面，初步考虑在每条渠道的起点、终点及重点雨水口下游布设在线式水质自动监测站。水量监测：按相关规划要求，旱季水量不应低于生态需水量；在雨季，综合考虑水系排涝安全需求，应保证有效收纳周边汇水，并控制城市内涝，进行合理排水。应在各重要节点下游布设在线式流速仪和在线式水位计。降水监测：建设自动化雨量站，并进行科学合理的选址。
三、水环境污染治理设备需求
水环境污染治理设备需求源自于其技术工艺，工艺的成熟基础就是配套设备稳定可靠。水环境污染治理很大一部分涉及到水利工程的实施，因此将有大量的水利施工机械设备及通用设备（如泥浆泵、离心泵等）的需求。在污水处理专用设备方面除常用的专用机械设备外将增加对增氧推流设备、过滤分离系统、加药系统等设备的需求。下面结合水环境污染治理工艺技术对相关设备需求进行简单的介绍。首先关于内源污染的治理，目前应用比较广泛的为疏浚技术，疏浚技术较为先进的设备为绞吸式挖泥船，该船将挖掘、输送和排出等工序一次完成。但底泥疏浚带来的问题其目前还无法避免，如扰动带来的二次污染、对底栖生物生存环境的破坏和底泥运输问题等。疏浚底泥减量问题也很严峻，一般底泥疏浚的深度50~100cm，疏浚过程会产生大量的高含水率底泥，不管是应用还是运输降低含水率都是必须要解决的问题。通过对底泥的比阻（反应污泥脱水性能的指标）测定疏浚底泥比阻值0.8×109cm/g属于易脱水的范围。
目前脱水工艺有机械脱水、自然干化和土工袋脱水。机械脱水环境影响小，效率高，但需要投入大型设备，基建费用高，运行难度较大，自然风干和土工袋脱水在环境敏感地区很难实现。底泥的资源化利用是伴随着底泥疏浚带来的。以1988－2005年滇池和巢湖的疏浚为例，共完成底泥疏浚2.051×107m³，大量的底泥如果应用不当极易造成二次污染。利用首先面临的问题是处理，不同地区底泥中污染物含量各不相同，因此采取工艺各不相同。我国目前关于底泥的污染物含量还没有一个明确的标准。经测试发现其矿物质含量与粘土接近，因此目前其污染物含量的参考标准和资源利用参照土壤标准。目前已经有部分开展水泥熟料和粘土砖的烧结实验。其次江河湖海等自然水体都具备一定的自净能力，当水体中的污染物或者排入水体中污染物的含量超过了水体的自净能力时水污染事件即会爆发。因此造成水体污染事件的原因种类繁多，该类水处理设备的种类也有很多种。
大体包括：针对点源污染中污染物的种类和含量研制的污水处理设备，如为了降低生活污水中氮、磷和COD含量研制的净化槽；降低油脂含量研制的气浮设备和降低污水中悬浮物研制的混凝沉淀装置等；以净化自然水体为目的的设备，例如通过活性污泥法降低水体中的COD和氮等污染物；利用通过加药混凝沉淀去除水中的藻类和磷；通过在水体中种植水生生物降解水体中的污染物；通过曝气或者推流设备改善水体中的溶解氧和水力特性减少藻类的爆发等。河道漂浮物和悬浮物的清理同样是水环境治理的一个重要工作。由于雨水冲刷和私自排放以及河道管理问题，河道漂浮物不仅给河道带来大量的污染物，同时水面漂浮的垃圾直接影响着河道的景观。仅2003年初至汛期末三峡漂浮物的总量达40万m³。目前针对河道漂浮物并没有有效的治理措施，大部分地区为简单的拦截和人工收集。高效简便的漂浮垃圾收集和处理设备在河道和湖泊水环境治理方面有广阔的应用前景。
四、结语
水环境污染治理具有覆盖面广、涉及范围大和系统性强等特点，包括城市防涝、污水收集与输送、污水处理与回用、水环境生态修复等内容。因此，在设备需求上更加强调实用性，注重耐用性和环境友好性（如低能耗、低噪声等），在设备功能方面将突出智能化和集成性，实现远程控制，无人值守，自我管理等技术的应用。我国的水环境污染治理正面临着新的机遇和挑战。一方面水污染事件频发，水安全问题正在逐步受到重视；另一方面由于自然水体的特殊性专业化的设备和工艺还不够完善。因此针对水环境治理的相关设备的开发和研制十分紧迫，且其市场空间十分巨大。
参考文献
[1]杨海燕，师路远.不同覆盖材料对沉积物P、N释放的抑制效果[J].环境工程学报，2015，9（5）:2085-2090.
[2]唐艳，胡小贞，卢少勇.污染底泥原位覆盖技术综述[J].生态学杂志，2007，26（7）:1125-1128.
[3]王鑫淼.纳滤膜去除水中药品和个人护理品的研究进展[J].给水排水，2014，40（10）：117-123.
[4]陶君.河道疏浚底泥处理与资源利用方案研究[D].天津：天津理工大学，2010.
[5]王嘉学.滇池及入湖河道富营养化治理的人工辅助增氧[J].地球与环境，2008，36（2）：183-187.
[6]蔡莹李章浩.河道型水库漂浮物综合治理措施探究[J].长江科学院院报，2010，27（12）:31-35．