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20.1.3：减轻水污染

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    可以通过监管、生物修复和流域管理来减轻水污染。

    规则

    在20世纪初，由于废物自由排放到地表水，美国的快速工业化导致了广泛的水污染。 俄亥俄州东北部的库霍加河多次着火，包括1969年引起全国注意的著名大火（图\(\PageIndex{a}\)）。 1972 年，国会通过了美国历史上最重要的环境法之一，即《联邦水污染控制法》，该法案通常被称为《清洁水法》（CWA）。 《清洁水法》和后续修正案的目的是维持和恢复水质，或者更简单地说，使我们的水可以游泳和可捕鱼。 除非获得正式许可，否则将污染物倾倒到地表水中是违法的。 CWA通过制定污染标准（可能存在于水体中或一次释放的每种污染物的最高含量）来规范来自单一来源的污染，例如来自工业或污水处理厂的污染。 结果，美国的水质得到了显著改善，但仍有更多工作要做。

    1969 年 Cuyahoga River 着火了
    图\(\PageIndex{a}\)：1969 年，库霍加河着火。 图片来自美国环保局环境保护局（公共领域）。

    补救措施

    补救是清洁污染的行为。 生物修复（生物修复）是一种废物管理技术，涉及使用植物、细菌和真菌等生物从受污染场所去除或中和污染物。 根据美国环保局的说法，生物修复是一种 “利用天然生物将危险物质分解成毒性较小或无毒物质的治疗方法”。 这种补救措施通常用于有机化学品，但也可用于还原或氧化硝酸盐等无机化学物质。 植物修复是一种生物修复方法，它利用植物随着时间的推移吸收化学物质。

    生物修复被广泛用于处理人类污水，也被用于去除从土壤渗入地下水的农用化学品（农药和肥料）。 某些有毒金属，例如硒和砷化合物，也可以通过生物修复从水中去除。 汞是有毒金属的一个例子，可以通过生物修复从环境中去除。 几种细菌可以将有毒汞生物转化为无毒形式。 这些细菌，例如铜绿假单胞菌，可以将带电形式的汞（Hg 2 +）转化为对人类毒性较小的未带电形式（Hg）。

    将原核生物用于生物修复目的的最有用和最有趣的例子之一可能是清理漏油。 为了清理这些溢出物，通过添加无机营养素来促进生物修复，这些营养素可以帮助环境中已经存在的细菌生长。 碳氢化合物降解细菌以油滴中的碳氢化合物为食，将其分解成无机化合物。 一些物种，例如 Alcanivorax borkumensis，会产生表面活性剂，这些表面活性剂会将油分解成液滴，从而使降解油脂的细菌更容易获得。 在海洋漏油的情况下，往往会进行自然生物修复，因为在泄漏之前，海洋中有消耗石油的细菌。 据报道，在理想条件下，石油中多达80％的非挥发性成分（不易蒸发的组分）可以在泄漏后的一年内降解。 研究人员对其他细菌进行了基因改造以消耗石油产品；事实上，美国第一份生物修复申请的专利申请是针对转基因食油细菌的。

    清理漏油事件（左）和涂有油的鸟（右）
    图\(\PageIndex{a}\)：（a）在阿拉斯加埃克森美孚瓦尔迪兹泄漏事件（1989年）后，工人们清理石油，从海滩上冲走石油，然后用浮动吊杆围栏石油，最后从水面掠过石油。 某些种类的细菌能够溶解和降解油。 (b) 石油泄漏造成的最具灾难性的后果之一是对动物的损害。 （来源 a：NOAA 对作品的修改；来源 b：GOLUBENKOV 对作品的修改，非政府组织：Saving Taman）

    生物修复具有许多成本/效率优势，可用于未经挖掘就无法进入的地区。 例如，碳氢化合物泄漏（特别是漏油）或某些氯化溶剂可能会污染地下水，使用生物修复方法比更传统的方法更容易进行处理。 这通常比挖掘后在其他地方处置、焚烧或其他场外处理策略便宜得多。 它还减少或消除了对 “抽水和处理” 的需求，这种做法在碳氢化合物污染了干净的地下水的地方很常见。 使用微生物对碳氢化合物进行生物修复还具有在分子层面分解污染物的优点，而不是简单地对污染物进行化学分散。

    化学补救利用引入化学物质来去除污染物或减少其危害。 一个例子是活性屏障，即地下或排放点的可渗透墙，与水中的污染物发生化学反应。 由石灰石制成的活性屏障可以提高酸性矿山排水的pH值，使水的酸性降低，更具碱性，从而通过沉淀将溶解的污染物去除为固体形式。 物理修复包括去除受污染的水，然后用过滤器对其进行处理（也就是抽水和处理），或者将其处置。 所有这些选项在技术上都很复杂、昂贵且困难，而物理修复通常是最昂贵的。

    流域管理

    流域管理包括减少施加在流域土地上的化学物质（流入水体）和这些化学品的径流（图\(\PageIndex{b-c}\)）。 这种策略对于非点源污染比制定污染标准（就像CWA那样）更有效，因为它不要求确定每种污染源。

    多条水道上方有云的鸟瞰图。
    图\(\PageIndex{b}\)：虽然有些流域相对较小，但其他流域则占地数千平方英里，可能包含内陆数百英里处的溪流、河流、湖泊、水库和底层地下水。 这里显示的是德雷克斯湾的鸟瞰图，德雷克斯湾是加利福尼亚托马尔斯-德雷克分水岭的一部分。 图片和说明（修改）来自加州海岸办公室（公共领域）NOAA 渔业西海岸地区 Brian Cluer。
    分水岭中不同的水库
    图\(\PageIndex{c}\)：分水岭示意图，即排入水体的区域。 流域边界定义了分水岭的边缘。 降水落在分水岭上。 有些通过蒸发或蒸散返回大气层。 水聚集在较小的溪流中，然后流入较大的河流。 此外，地表水可以作为通过管道或运河进口的水进入分水岭（地表水流入）。 地表水通过管道输出的水从分水岭流出（地表水流出）。 同样，地下水流入进入系统，地下水流出流出系统。 地下水储存在地下含水层中，地下水位标志着含水层中地下水的上层。 图片来自 R.W. Healy、T.C. Winter、J.W. LaBaugh 和 O.L. Franke，2007 年，《水预算：有效水资源和环境管理的基础：美国地质调查局第 1308 号通告》。

    维护或恢复河岸区域（河岸区）是流域管理的关键（图\(\PageIndex{d}\)）。 这些区域距离水域足够近，足以受到该水域的影响，例如，河流周围茂密的植被区域。 河岸地区提供许多生态系统服务，可改善水质和限制污染。 植被吸收了本来可能导致富营养化的养分。 它还可以提供遮阳，保持水的凉爽并提高其容纳溶解氧的能力。 植被的根部粘附在土壤上，对抗侵蚀。 此外，根系和低洼植物会减缓径流的流动，促进渗透。 高渗率有几个好处：（1）减少了向河流、湖泊或海湾带来污染的径流；（2）污染物在径流浸入地下时会被过滤掉；（3）含水层得到补充。

    河岸地区有茂密的植被和水汇集在一起
    图\(\PageIndex{d}\)：河岸地区通过吸收养分、保持水冷、限制侵蚀和促进渗透来减少水污染。 图片由 BLM（公共领域）提供。

    流域管理计划通常将未受干扰的河岸植被直接留在水体附近（图\(\PageIndex{e}\)）。 接下来（远离水域），可以是管理森林，然后是农业。 集约程度最高的农业应该离水体最远，尤其是在使用杀虫剂和肥料的时候。

    未管理的森林离河流最近，其次是有管理的果树和灌木，然后是经过管理的木质花卉和树枝。
    图\(\PageIndex{e}\)：尽管河岸森林缓冲区通常主要是为了改善水质而设计的，但这些做法也可以包括提供坚果、水果和装饰性木本花卉等产品的木本物种。 这些是非木材森林产品的例子。 最靠近河流的区域 1 是非管理森林。 区域 2 包含受管理的坚果树或果树和灌木。 第 3 区包含受管理的木质花卉和花束。 （Forbs 是非木本植物，不包括草。） 图片和说明由美国农业部国家农林业中心（公共领域）提供。

    在城市地区，也可以精心构造以限制水污染。 建筑物旁边的雨花园是指土壤和植被促进渗透的区域。 可渗透的人行道允许水通过，还可以促进渗透并减少径流，从而减少水在肮脏的街道上冲刷而获得污染物的机会。

    归因

    由 Melissa Ha 从以下来源修改：