盧少勇，國曉春，王宇娜，2，萬正芬

（1.湖泊水污染治理與生態(tài)修復(fù)技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室，國家環(huán)境保護(hù)洞庭湖科學(xué)觀測研究站，國家環(huán)境保護(hù)湖泊污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖泊生態(tài)環(huán)境研究所，中國環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012；2.北京化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，北京 100012）

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展與人口城鎮(zhèn)率迅速增長，污染物排放量總體呈現(xiàn)增加之勢，流域水生態(tài)環(huán)境形勢不容樂觀。2020 年，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了《2019 中國生態(tài)環(huán)境狀況公報》[1]，公報顯示，我國七大水系總體呈輕度污染狀況，主要污染指標(biāo)為高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量及氨氮。湖庫水污染較嚴(yán)重，總氮、總磷是主要污染指標(biāo)，28%的湖庫處于富營養(yǎng)狀態(tài)。2019年我國人均水資源擁有量為2 077.7 m3，僅為全球水平的25%[2]。污水處理廠達(dá)標(biāo)排放出水中污染物的濃度通常高于受納水體中對應(yīng)污染物的考核濃度，因此對于受納水體而言，污水處理廠出水是水質(zhì)、水量相對穩(wěn)定的點(diǎn)源，是水體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善需重點(diǎn)考慮的一類低污染水。面對水資源匱乏且低污染水污染地表水等問題，低污染水的處理與回用成為“十四五”及以后一段時期內(nèi)的研究和實(shí)踐重點(diǎn)。

1 低污染水的定義與類型

“低污染水”的概念最早應(yīng)用于洱海、星云湖與撫仙湖等湖泊的水污染防治，2007 年，盧少勇等[3]開始研究低污染水處理關(guān)鍵技術(shù)。經(jīng)過不斷的研究與發(fā)展，低污染水的內(nèi)涵不再局限于湖泊污染防治領(lǐng)域，也拓展到江河海污染防治領(lǐng)域，低污染水的定義也不斷完善。金相燦[4]等認(rèn)為低污染水是指經(jīng)過污染源治理達(dá)標(biāo)后排放的水，對湖泊水體仍存在一定威脅，不滿足湖泊水質(zhì)保護(hù)的要求。凌子微[5]、薛利紅等[6]認(rèn)為低污染水一般指部分水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠的排放標(biāo)準(zhǔn)，但濃度高于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）Ⅲ類甚至是Ⅴ類水體標(biāo)準(zhǔn)值的水。筆者認(rèn)為低污染水是主要污染物（高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總氮、總磷、溶解氧、pH 值、懸浮物等）濃度值劣于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值，但不劣于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中三級標(biāo)準(zhǔn)限值的水，包括污染河水、雨水徑流、農(nóng)業(yè)徑流（農(nóng)田排灌水、農(nóng)田退水）、達(dá)標(biāo)排放的污水處理廠/設(shè)施出水及類似性質(zhì)的水。

與低污染水較為接近的概念有微污染河水、微污染水體、微污染水源水，其含義分別如下：微污染河水[7]是指受到污染且主要水質(zhì)指標(biāo)差于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但不差于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的河水；微污染水體[8]是指受到有機(jī)物污染且部分水質(zhì)指標(biāo)濃度超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值但不高于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》二級標(biāo)準(zhǔn)限值的水體，其中ρ（CODCr）≤100 mg·L-1，ρ（NH3-N）≤25 mg·L-1，ρ（TP）≤3 mg·L-1，ρ（BOD5）≤30 mg·L-1，ρ（SS）≤30 mg·L-1，ρ（TN）≤25 mg·L-1；微污染水源水[9]是指受到有機(jī)物污染且部分水質(zhì)指標(biāo)超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)的水。低污染水的類型多，性質(zhì)復(fù)雜，若從減少進(jìn)入待保護(hù)水體的污染負(fù)荷量角度來考慮，低污染水包括污染河水、經(jīng)污水處理廠等設(shè)施達(dá)標(biāo)排放的尾水、雨水徑流及農(nóng)業(yè)徑流（含農(nóng)村分散性生活污水）及類似性質(zhì)的水[10]。低污染水可分為三大類：第一類為連續(xù)排放的點(diǎn)源，如污水處理廠等設(shè)施的達(dá)標(biāo)排放尾水，具有水量與水質(zhì)雙穩(wěn)定的特點(diǎn)；第二類為間歇排放的點(diǎn)源，如雨水徑流與農(nóng)業(yè)徑流，其中，雨水徑流不穩(wěn)定，間歇性強(qiáng)、沖擊性大，農(nóng)業(yè)徑流通常也有較強(qiáng)的水質(zhì)、水量波動性，一些農(nóng)業(yè)徑流中混雜有部分村民的生活排水（直排污水、化糞池出水及小型處理設(shè)施出水等）、灌溉余水；第三類為連續(xù)流或間歇流，如上游污染河水，有的水質(zhì)、水量均穩(wěn)定，有的水質(zhì)、水量均不穩(wěn)定，有的水質(zhì)或水量不穩(wěn)定。

2 低污染水的研究脈絡(luò)

筆者從中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫檢索標(biāo)題中含“低污染水”的中文文獻(xiàn)，共檢索到108 篇，其中，期刊論文34篇、授權(quán)專利43 項(xiàng)、學(xué)位論文26 篇、科技成果2 篇、會議論文1 篇、報紙報道2 篇。Web of Science 數(shù)據(jù)庫檢索到標(biāo)題中含“低污染水”的外文文獻(xiàn)有11 篇。按年份統(tǒng)計，2010 年之前關(guān)于“低污染水”的研究尚處于起步階段，相關(guān)論文不足10 篇；2010 年之后，該領(lǐng)域研究迅猛發(fā)展，相關(guān)論文增至113篇。

20 世紀(jì)70 年代，我國開始了湖泊水污染治理與富營養(yǎng)化防治，低污染水初步進(jìn)入科學(xué)視野。2007年，盧少勇等[3]對低污染水處理技術(shù)開展研究。2008年，TIAN 等[11]進(jìn)行了膜吸附生物反應(yīng)器與膜生物反應(yīng)器處理低污染水的技術(shù)比較研究。2009 年，《污水處理的人工濕地構(gòu)建技術(shù)》一書中提及低污染水處理。2010 年，金相燦等[4]結(jié)合不同類型湖泊治理實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了以“污染源系統(tǒng)治理+流域清水產(chǎn)流機(jī)制修復(fù)+湖泊水體生境改善+流域管理”為主的湖泊水污染防治理念，其中低污染水的凈化與治理模塊中指出，經(jīng)污染源工程治理后達(dá)標(biāo)排放的水對湖泊而言屬于低污染水。2011 年，“處理低污染水的河道型濕地的關(guān)鍵技術(shù)研究及其應(yīng)用”項(xiàng)目成果公布[12]并于2015 年發(fā)表[13]。2012 年，一些學(xué)者研究了膜反應(yīng)器對低污染水的處理性能。如YU等[14]研究了新型中試規(guī)模的生物硅藻土動態(tài)膜反應(yīng)器在連續(xù)流模式下用于低污染水處理的性能和機(jī)理，MA 等[15]研究了在低溫（10 ℃）下不同濃度粉末生物炭與膜反應(yīng)器結(jié)合對低污染水的處理性能。

近年來，關(guān)于低污染水的研究主要有洱海流域低污染水產(chǎn)生、排放、入河及入湖規(guī)律研究[10]，以及高原地區(qū)初期富營養(yǎng)化湖泊[16]和平原河網(wǎng)地區(qū)富營養(yǎng)化湖泊[17-18]低污染水的水質(zhì)凈化與資源化利用技術(shù)研究。具體包括：①研發(fā)了以固體緩釋碳源作為微生物電子供體和生長載體的地表低污染水強(qiáng)化反硝化脫氮關(guān)鍵技術(shù)，可針對性脫除低污染水中營養(yǎng)鹽[17]；②攻克了低污染水物化/生物強(qiáng)化生態(tài)凈化和資源化利用等成套技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了人工濕地高效穩(wěn)定運(yùn)行和對低污染尾水中氮磷的深度削減[18]；③低污染水處理技術(shù)主要有膜反應(yīng)器[19]、生態(tài)濾池[20]、緩沖帶[21-22]、人工濕地處理技術(shù)及其與生態(tài)修復(fù)技術(shù)的組合[23-29]、河塘庫濕地集成技術(shù)[30]；④人工濕地技術(shù)或其他凈化技術(shù)處理低污染水的脫氮除磷過程機(jī)理研究較多[31-35]；⑤低污染水碳氮比低的問題可通過外加電子供體、植物碳源、生物強(qiáng)化、固相反硝化技術(shù)等進(jìn)行改進(jìn)[36-40]，人工濕地與其他工藝結(jié)合可使?jié)竦氐某鏊|(zhì)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅴ類，如光伏電解技術(shù)[36]、鐵碳微電解技術(shù)[41]和微生物燃料電池技術(shù)[37]。

3 低污染水在水體保護(hù)中的定位

低污染水所攜帶污染負(fù)荷的控制是我國水體保護(hù)的重要組成部分。2011 年，金相燦等[4]提出湖泊綠色流域構(gòu)建的六大體系，其中包括低污染水的凈化與處理體系。保護(hù)水體的關(guān)鍵是削減入湖污染負(fù)荷，尤其是氮磷污染負(fù)荷，低污染水中氮磷的濃度遠(yuǎn)高于湖泊Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)值，不能與受納水體功能良好銜接，低污染水中總氮濃度是水體氮濃度的重要貢獻(xiàn)者之一，嚴(yán)重影響河湖水質(zhì)，尤其是入海河流，一半以上的河流應(yīng)該控制總氮，以減少對近岸海域海洋環(huán)境中無機(jī)氮容量的沖擊。以云南洱海為例，洱海流域北部片區(qū)低污染水產(chǎn)生量最大，為9 750 萬m3·a-1，其入湖徑流量占50%以上[10]。以國內(nèi)9 個重要海灣為例，全國直排海污染源污水排放總量65.7 億t，中度及以上富營養(yǎng)化水體主要集中在遼東灣、長江口、珠江口及山東省、江蘇省、浙江省部分近岸海域，重要海灣中，杭州灣為嚴(yán)重富營養(yǎng)，長江口、珠江口為重度富營養(yǎng)，遼東灣、渤海灣為輕度富營養(yǎng)[42]。第二次全國污染源普查結(jié)果表明，2017 年水污染物排放量中，農(nóng)業(yè)面源的總磷、化學(xué)需氧量大于生活源、工業(yè)源，總氮接近生活源而遠(yuǎn)高于工業(yè)源，氨氮低于生活源而高于工業(yè)源（表1）。低污染水是現(xiàn)階段江河湖海等水體水質(zhì)變差及水體富營養(yǎng)化的重要污染源之一，因此，低污染水中氮磷濃度的進(jìn)一步削減對有效控制水體富營養(yǎng)化、保障飲用水安全、實(shí)現(xiàn)人水和諧具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

表1 2017年工業(yè)、生活、農(nóng)業(yè)源的水污染物排放量（萬t）Table 1 Water pollutant emissions from industrial,domestic and agricultural sources in 2017（104 t）

4 低污染水處理及回用技術(shù)體系

不同流域不同類型的低污染水在物理特征（如懸浮顆粒物等）、化學(xué)特征（如污染物組成等）和降解難易性方面差異顯著，因此需要搭建不同的處理技術(shù)體系，融合塘、前置庫、礫石床、生態(tài)溝渠、水陸交錯帶、人工濕地等單元，與農(nóng)村生活排水處理設(shè)施出水、種植業(yè)排水、污水廠出水、污染河水等有機(jī)銜接，把“水進(jìn)人退”-水質(zhì)凈化-水資源化利用-水生態(tài)改善-水經(jīng)濟(jì)提升-精細(xì)化管理這一體系要素有機(jī)結(jié)合。例如，我國云南、江蘇、湖南等南方地區(qū)的常年無水河床通常較窄，因此建議建設(shè)旁路凈化人工濕地/塘系統(tǒng)，使凈化后的水再進(jìn)入河道，對局部生態(tài)改善有一定的作用。在這些省份建設(shè)人工濕地工程需要重點(diǎn)考慮可用地面積和初期雨水徑流對濕地的沖擊。在山東、寧夏、河北等北方地區(qū)，常年無水河床通常較寬，因此建議利用河灘地建設(shè)人工濕地系統(tǒng)，既能節(jié)約用地又可為河道提供生態(tài)流量。在這些省份建設(shè)人工濕地工程需要重點(diǎn)考慮行洪安全、濕地堵塞、冬季效果提升等。我國目前已經(jīng)開展的處理低污染水的人工濕地工程建設(shè)與運(yùn)行情況簡要概括如下：

（1）云南省開展了大量人工濕地實(shí)踐：①2014年，楊逢樂[30]針對高原湖泊低污染水處理提出河塘庫濕地集成技術(shù)，即河道原位旁路凈化技術(shù)、前置庫塘調(diào)蓄沉淀及凈化穩(wěn)定技術(shù)、濕地水質(zhì)改善和生態(tài)修復(fù)技術(shù)，構(gòu)成了過程與末端相結(jié)合的入湖污染綜合防治體系。②“十二五”水專項(xiàng)期間，學(xué)者針對流域低污染水的處理技術(shù)開展了系列代表性研究，在云南洱海從流域?qū)用嫦到y(tǒng)考慮低污染水處理，形成以河流濱岸帶、庫塘濕地等近自然體系為骨架，以強(qiáng)化生態(tài)工程濕地為輔助的低污染水處理體系[16]，上承低污染水排放，下接受納區(qū)域環(huán)境要求或受納水體功能，健全了流域污染治理工程，解決了洱海水質(zhì)持續(xù)改善的難題。③在滇池流域，針對嚴(yán)格控源截污后的河流、上游雨污溢流污染、城郊城區(qū)面源污染和低污染的回補(bǔ)水問題，楊逢樂[43]研究開發(fā)了以穩(wěn)定固相反硝化脫氮技術(shù)為核心，集成旁路雨季調(diào)蓄、旱季凈化，岸帶立體攔截，城郊城區(qū)及河口全過程減污的清水修復(fù)治理技術(shù)體系。

（2）江蘇省也有不少人工濕地實(shí)踐：①在太湖流域，針對農(nóng)田徑流、農(nóng)村分散性生活污水、村落無組織地表徑流等不同類型低污染水，呂錫武[44]研發(fā)了“農(nóng)村生活污水厭氧-跌水曝氣-濕地生物生態(tài)組合技術(shù)”“功能強(qiáng)化型生化處理+階式生物生態(tài)氧化塘污水組合技術(shù)”及“村落無序排放污水收集處理及氮磷資源化利用技術(shù)”，以適應(yīng)不同排放類型農(nóng)村生活污水的處理需求。②楊柳燕[18]針對污水廠尾水型低污染水，提出改性生物炭強(qiáng)化人工濕地和光伏電解人工濕地脫氮除磷技術(shù)，集成物化/生物強(qiáng)化人工濕地高效脫氮除磷技術(shù)和水生植物季節(jié)性交替維穩(wěn)與資源化技術(shù)，形成了全年高效運(yùn)行的低污染水強(qiáng)化人工濕地深度脫氮除磷和碳循環(huán)利用成套技術(shù)體系。③在太湖流域蠡湖區(qū)域，黃曉峰[17]研發(fā)了集“陸域面源攔截-河道清水廊道構(gòu)建-湖濱水域生態(tài)修復(fù)”于一體的“高速發(fā)展的城鎮(zhèn)濱湖流域水質(zhì)改善與生態(tài)修復(fù)綜合整裝成套技術(shù)”。

低污染水的水質(zhì)凈化應(yīng)與再生回用、資源化利用充分結(jié)合，尤其在缺水地區(qū)，低污染水可直接回用，或治理后回用，或分質(zhì)回用。低污染水直接回用是依據(jù)其水質(zhì)特點(diǎn)，直接作為自然水體的補(bǔ)充水源、要求不高的景觀用水[45]或農(nóng)業(yè)灌溉水等[46]。農(nóng)業(yè)灌溉回用既能充分消納氮磷，又能減少農(nóng)田化肥用量，減輕水體污染，達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生態(tài)環(huán)境治理雙重效益[47]。一些低污染水可能需經(jīng)一定處理或生態(tài)修復(fù)后才可進(jìn)一步回用[46]：如污水處理廠尾水需經(jīng)膜技術(shù)組合工藝、活性炭技術(shù)組合工藝、氨吹脫和臭氧氧化技術(shù)或人工濕地技術(shù)等深度處理[46]；雨水徑流需經(jīng)生物滯留池[48]或人工濕地[49]等處理；農(nóng)業(yè)徑流可引入生態(tài)攔截和人工濕地等治理措施[50]處理。低污染水經(jīng)深度處理后可用于生態(tài)景觀用水、城市雜用水（廁所沖水、道路噴灑、消防等），或供給相應(yīng)工業(yè)用戶（電廠、鋼鐵廠、石化、化工廠等），用于工業(yè)生產(chǎn)冷卻用水、洗滌用水、鍋爐補(bǔ)給水等[46]。根據(jù)城市雜用水（GB/T 18920—2002）與工業(yè)冷卻用水（GB/T 19923—2005）、河道類觀賞性景觀用水（GB/T 18921—2002）的水質(zhì)要求，低污染水經(jīng)人工濕地等工藝凈化后出水水質(zhì)至少達(dá)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)限值。

低污染水回用一方面可緩解我國水資源短缺問題，將低污染水“變廢為寶”，減少自來水消耗量，另一方面可減少低污染水對受納水體的污染，降低河湖污染物濃度，減輕水體富營養(yǎng)化程度，改善水體環(huán)境。

5 展望

“十二五”以來，對低污染水的處理技術(shù)、管理體系等方面的研究越來越多，但在示范和推廣應(yīng)用中，管理、制度與機(jī)制方面還不完善，工程技術(shù)的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會效益未充分體現(xiàn)。低污染水具有量大面廣、部分水碳氮比低及可生化性差的特點(diǎn)，這對處理技術(shù)提出了較高的要求。然而我國地域遼闊，海拔、氣象、耕作制度、水資源稟賦等的差異較大，目前學(xué)界對低污染水的產(chǎn)生、排放和進(jìn)入水體的規(guī)律尚不十分清楚，對低污染水水質(zhì)凈化技術(shù)的耦合和集成研究還不足，對工程措施適用性、不同技術(shù)組合集成應(yīng)用對低污染水凈化影響的研究尚不充分，需要形成源頭-過程-末端-資源化相結(jié)合的低污染水污染防治及資源利用技術(shù)體系，并大規(guī)模推廣應(yīng)用。

隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們對水環(huán)境、水生態(tài)、水資源、水安全、水文化提出了更高需求，作為水環(huán)境質(zhì)量改善與可利用水資源的重要組成部分，低污染水的處理與管理意義重大。鑒于低污染水的處理技術(shù)主要包括生態(tài)溝渠、塘、人工濕地等，亟需推動發(fā)布人工濕地低污染水水質(zhì)凈化技術(shù)指南，規(guī)范人工濕地水質(zhì)凈化工程的設(shè)計、施工、質(zhì)量驗(yàn)收、環(huán)保驗(yàn)收和運(yùn)行維護(hù)，使?jié)竦厮|(zhì)凈化工程的環(huán)境、生態(tài)、社會及經(jīng)濟(jì)效益得到有效保障。