杨绍平，梁 敏，王靖岚，王 宾，李开伟

(四川水利职业技术学院，四川 崇州，611231)

1 加拿大流域治理基本情况

1.1 加拿大流域资源

流域，指由分水线所包围的河流集水区。加拿大水域面积世界第一，除了与美国共有的五大湖外，还有自己独有的大湖，分别是第一大湖大熊湖，面积3.1153万km2，第二大湖大奴湖，面积2.86万km2，南部边界最大的温尼伯湖，面积为2.44万km2。此外，加拿大中小型湖泊多不胜数，其中面积3km2以上的有3万余个，100km2以上的有500余个。再加上圣劳伦斯河、马更些河、育空河等大河，加拿大领土中约有89万km2为水域面积，淡水资源总量占世界的7%。因此，作为水域广阔的加拿大，流域污染治理尤为重要。

1.2 加拿大流域治理经验

加拿大曾经也深受流域污染的困扰，但近年来，加拿大污染防治效果明显。加拿大流域污染治理成功主要有几方面的原因：更新管理措施和完善相关法律制度；资金的大量投入，政府及社会机构投入资金研究新技术、改良现有设施、建设污染设施、治理污染；成立专属部门负责监管；社会公众的普遍参与，社会机构参与其中，可以减轻加拿大专项人员不足的短板；及时修改污水排放等相关标准；多方式多工艺治理污染水质，如湿地、污水处理厂、CRI滤池等。加拿大的流域防治，经历了多年技术及管理积累，有不少经验可以为我国流域水污染防治提供借鉴。

1.3 CRI系统原理及其在加拿大的应用

人工快速渗滤处理系统(简称CRI)，是污水处理系统的一种，其主体是快速渗滤池，系统由至少两个装填有一定厚度的填料滤池组成，采用干湿交替的运转方式，滤池内有好氧、厌氧及兼氧性微生物降解污染物，三种微生物在不同的运行阶段分别发挥主要作用，氮、磷、病原体和有机物等都能得到较好地处理。该法在发达国家和我国应用广泛。改良的CRI系统，可根据不同水质、水量对填料种类、填料层次等进行调节，与传统的污水处理方法相比较，该技术建设成本低、运行费用低；应急处理和深度处理能有机结合，出水效果好，不造成投资浪费；不造成二次污染，不对污泥作任何处理，不产生活性污泥；占地面积相对不大，操作简单；抗冲击负荷强、系统稳定性较好。加拿大地广人稀，居住分散，生活污水集中处理成本高，难度大。改良的CRI技术在加拿大的污水处理中应用极为广泛，并取得良好效果。

2 我国流域污染现状及CRI技术的应用

中国是世界上河流最多的国家之一，其中流域面积超过1000km2的河流就超过了1500条。按污染源的排放形式不同，流域污染源可分为点源、面源和内源。点源污染指来自工业及居民生活的污染源;面源主要包括农业种植污染源、畜禽养殖污染源、水产养殖污染源和城镇地表径流污染源；内源主要是底泥污染物释放产生的污染源[1]。目前，我国流域污染的治理措施主要为工程治理、生态治理及加强管理等。其中，减少源头排放、有效控制源头污染对流域污染治理具有重大意义。到目前为止，经济且能有效降低污染的人工快速渗滤系统已在全国具有一定的市场并在多个行业取得不错的处理效果，如城市生活污水、农村污水、工业污水、河流水及雨水等。截至2016年，CRI技术已广泛应用于我国多个省市和地区，仅在重庆地区就有正常运行的人工快渗污水处理项目59座[2]，建成的实用工程处理规模从几十吨/日到十万吨/日不等，涉及领域广泛，包括城镇污水处理、轻微污染河水处理、城市生活污水处理及污水的深度处理等。

3 CRI技术的具体应用

3.1 CRI系统对河水的处理

滏阳河贯穿邯郸整个市区，不负责任的企业将未经处理的污水偷排、生活污水的排入及河岸生活垃圾的污染，导致水体水质变差，污染物超标。徐越群等[3]采用人工快速渗滤系统对不能灌溉的滏阳河水(劣五类段)进行水处理试验，原水主要污染指标的浓度均值为：CODcr251.2mg/L、NH4+-N20.68mg/L，试验研究了污染物浓度随处理时间、土柱深度及水力负荷周期因素的变化规律。结果表明，该法对污水中主要污染物处理效果比较好。试验考察的几个影响因素的影响规律为：出水污染物浓度随处理时间的延长逐渐降低；出水污染物浓度随着土柱深度的增加而减小，直至在空间分布上趋于平均；干湿比为1∶4时，系统出水主要污染物率去除效果最佳[3]。

张金炳等[4]进行了人工快速渗滤系统处理深圳市茅洲河受污染河水的试验研究，实验中提出了用渗透性能良好的天然砂作为主要渗滤介质，进行现场试验研究，主要考虑因素为水力负荷周期，试验时间为期两年。试验结果表明，通过缩短水力负荷周期，CRI系统对NH4+-N及COD的去除效果都有明显改善，主要理由为：缩短水力负荷周期，会增大CRI系统的复氧效率，提高系统的复氧量，有助于有机污染物的好氧生物降解和硝化作用的进行[5-6]；不改变水力负荷，仅缩短水力负荷周期，增加单位时间内污水投配频率，降低每次投配的污水量，可避免了介质吸附饱及产生污染物穿透的风险，确保系统稳定的出水水质。张金炳等[4]试验结果还表明若使用活性污泥进行微生物接种，可大幅度降低CRI系统到达稳定所需时间；渗滤介质中加入少量红土，CRI系统的水质净化效果会更加好；不过红土的加入也有缺点，如使渗滤介质的渗透性变差，导致CRI系统的水力负荷降低，更严重的是有可能造成系统的堵塞。

3.2 CRI系统处理雨水中污染物

近年来，城镇化率有增无减，伴随而来的是周边区域的生态环境逐渐恶化，其中水资源短缺、水生态损害及其污染问题尤其严重。多部门的配合及多种措施的实施，对雨水污染的治理有了一定成效，对污染原因和途径的认识也有了进一步的提高，但城镇的降雨径流污染仍然是城镇水质变差的主因之一，1990年美国EPA(美国环境保护署)公布的数据表明，工业及农业等污染源对天然水体都会造成一定污染，其中约30%的污染来源于面源污染，城镇雨水径流污染占了约9%。

国内外处理雨水的主要方式有物化处理及生态处理两大类，物化处理包括混凝沉淀、磁絮凝、旋流分离及调蓄等方式；生态处理包括无动力生态减速降污床、绿色屋顶、生物栅、雨水花园、渗透地面、人工快速渗滤系统等方式。

目前，降雨径流的处理常常采用土地渗滤处理系统，其中人工快速渗滤系统由于其投资及运行成本不高、出水水质较稳定、管理简单且容易操作等多个优点被广泛应用。采用渗滤技术处理雨水径流主要有以下两个优点：土壤的吸附、沉淀拦截等作用及土壤中微生物的降解作用自身的净化能力来降低雨水径流中污染物的浓度；改善了传统调蓄池处理能力低、随天气变化闲置及收集的雨水再利用率低的问题。近年来，众多学者研究表明可对渗滤介质进行研究来改善人工快速渗滤系统的出水效果，如对介质进行改性研究等。王沐晴等[7]以控制雨水径流中COD、TP、氨氮、TN等主要污染物为目标，通过实验选择了CRI系统的介质材料，接着在动态实验中考察基质种类及组配两个因素对水中营养元素的出水影响并选出最优条件开展中试实验，最后制备改性介质-壳聚糖改性蛭石，在介质组配和运行工艺条件下进行动态实验验证改性介质的优化效果，在筛选出的最优条件下运行系统，COD、TP、氨氮和TN的去除率均较高，分别为91.8%、90.2%、94.4%和46.5%，效果优于未改性蛭石柱，这为未来CRI降解雨水的发展提供了理论基础和研究方向。

3.3 改良CRI对面源农田废水的处理

农田废水是水污染中面源污染的重要组成部分，其原因在于灌溉过程中产生的污染，农田耕作中使用的化肥、农药等的污染，农田排水过程中剩余的营养物质、残留农药带来的污染。农田废水中的污染物质既包含有机物也有无机物。这些物质除了会污染水体，还会造成农田中氮磷营养元素的流失。目前，农田废水主要采用灌溉水回用、人工湿地处理、生物滤池处理、生态沟渠法等方法处理。

朱孝文[8]针对传统人工快速渗滤系统存在的有机负荷较低、滤床易堵、水中磷的去除率效果较差等主要问题，研究开发了改进系统，改进后的系统改善了传统系统的缺点。朱孝文主要对人工快速渗滤系统做了几点研究：采用不同结构的系统处理农田废水，对比其出水污染物浓度；研究了磷(P)素在改进系统中的降解路径及从酶、微生物群落方面考察了改进系统对农田废水处理机理，结果表明，在不同的层间结构中，进水污染物浓度及水力负荷不同时，污染物的去除率不同，实际运行中，可灵活调整系统构成得到良好的去除效果。

3.4 改良人工渗滤处理稀土开采高氨氮废水研究

稀土开采在我国南方大多数采用硫酸铵灌注法，因此，在开采离子型稀土元素过程中，山体中大量的SO42-和氨氮被降雨带入水体，使废水中具有硫酸铵含量高、盐分高、pH较低(酸性)等特点，常规水处理工艺对此类水中氨氮难以获得良好处理效果[9]。

ZHOU等人利用循环藻类生物膜反应器(RAB)处理酸性硫酸盐废水，该工艺需光照下3d培养藻类，且需外加水量防止蒸发，消耗过大[10]。稀土开采高氨氮含量废水还可采用反渗透、电渗析、蒸发、MBR等工艺，但这些工艺普遍存在造价及运维成本较高的问题，并且废水进入工艺前的预处理也较复杂。因此，可靠、成熟、经济的治理技术成为离子型稀土开采废水行业急迫的要求。

常规CRI虽对生活污水、雨水等低氨氮含量的废水有较好的去除效果，但对TN的处理率较低，且对高氨氮含量废水的研究较少，更未见对硫酸铵废水的处理报道。诸多学者都曾对CRI系统填料种类，层间结构等多方面进行改进强化研究，一些改进型CRI在处理养殖废水厌氧消化液、垃圾渗滤液等高氨氮废水中，取得了不错的效果[11-12]。谢颖等[13]以模拟硫酸铵废水为实验对象，采用改良人工渗滤系统为处理工艺，加入新的无机材料、构建新的层间结构，提高了系统吸附性能，强化了系统传质能力，以出水COD和NH4+-N、TN含量等为考察指标，分析系统内微生物群落的分布及NH4+-N去除机理，并结合实际案例考察该系统对废水的处理效果。实践证明，与传统工艺相比，处理性能有所提高。

3.5 强化人工快速渗滤系统处理乡镇生活污水

乡镇生活污水主要包含厨房排水、洗浴用水及厕所用水等，水量随时间及季节波动大、成分较复杂、间歇性排放、水质变化幅度大。乡镇生活污水一直是我国水处理的一个难题，其原因主要有：污水的有机负荷和污染负荷差异大，难以准确评估；污水源分布散落，污水收集管网短缺，雨污合流甚至与工业污水合流致使污水处理难度增大，效率低；经费不足，技术落后，缺乏有经验的技术人员，工艺运行不稳定，设备维护困难[14]。

乡镇污水处理工艺应考虑处理水量、进出水水质、经济成本及出水用途。不同的出水用途则有不同的出水标准，如若出水用作备用水源，则污水标准要求更高，所以，在选择和设计乡镇污水的处理工艺时需对所在区域环境、经济等条件进行综合考虑。目前，我国乡镇污水进水浓度不高，通常选用城市生活污水的生物好氧处理传统工艺进行处理，这些工艺基建及运行费用较高，对管理人员和运行人员要求也高且一旦运行不稳定有二次污染环境的可能。所以，运行稳定、成本低、出水水质高的污水土地处理能解决我国小城镇污水传统处理工艺的问题。人工快速渗滤系统具有土地处理和天然湿地的优点，管理简单，越来越受到水处理市场的重视。目前，已有大量学者对该系统进行了深入研究，有成熟的理论体系，如强化型人工快速渗滤系统(SCRI)改善了传统系统TN、TP去除率低，系统周边生态性差等问题。SCRI系统改善的具体措施为：在非饱水层中添加一定比例的碱性物质和吸附性较强的物质及在饱水层添加一定比例外加碳源，可提高TN的去除率；在填料层表面栽种四季常青植物，既能提高处理效果，还能起到美化环境的作用。

张杰斌等[15]2021年也对传统CRI系统主要营养元素去除率较低的问题进行了研究，实验中他以五种填料构建新的改良系统，以生活污水为试验进水进行周期为20d的试验，主要对比不同水力负荷条件下的出水效果。试验结果表明，当系统运行到16d时，主要出水指标已趋于稳定，且出水指标能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标限值，该研究成果为乡镇污水的治理提供了理论基础。

4 结语

传统及改良的CRI系统应用广泛，对特定水质处理效果良好，对流域污染治理具有一定成效，且具有成本低、维护简单、性能稳定等优点，有很大的应用前景。但根据众多学者的研究表明，CRI工艺要想对特定水质处理良好，需先进行试验研究，考虑如水力负荷、滤料性质、滤层结构及微生物的接种方式等多种因素。除此以为，我国还可从以下几方面改善流域污染现状。

4.1 研究新的治理方法

加拿大之所以流域污染治理小有成就，及时调整和研究新的处理方法功不可没。建议改变我国的简单治理模式，采用多种方法、多种工艺联合的治理方法。

4.2 带动社会资源

我国社会资源丰富，政府应积极扩大环境相关管理和研究机构的数量，共同解决水污染问题，发挥企业、非营利组织、社会公众等治理主体的作用，完善相关政策，建立合作机制，一致行动，协力治理。

4.3 及时监测水质变化

应及时根据水环境容量分配排放指标，及时跟踪监测水质变化，综合治理，建设规模更大的污水处理厂，对原有污水处理厂提标改造，并加强工业污水偷排漏排的监管和处罚，多手段多方面综合治理。

4.4 调整执法力度

及时调整执法力度，寻求多方监管方法，政府、团体、社会公众参与，如开发各种简单方便的APP，公众可监管或投诉；加大资金投入的同时应加强资金监管，专款专用。

4.5 加强各部门合作

我国《水污染防治法》中水污染防治涉及多个政府部门，政府部门之间的有效沟通和合作尤为重要，因此，合作协调机制决定流域水污染防治的成败。

4.6 发挥河长制制度的功效

目前，国家已经全面实行河长制，河长制正从有名向有实有能转变，水利部相继出台了《河长湖长履职规范(试行)》《河湖健康评价指南》等制度，辽宁省、四川省、重庆市、泰州市等省市出台了地方法规《河长制湖长制工作条例》，福建出台了地方标准《河湖长制工作管理规范》，进一步明确了河长工作职责，通过各级河长努力，从流域水质监测数据来看，流域水污染问题得到明显改善。在河长制全面实施的背景下，对我国流域水污染治理驱动机制进行深入探索研究，能更好地推动流域污染防治工作。