热点文章 | 胡洪营教授团队:再生水生态利用的挑战与未来展望


清华大学环境学院胡洪营教授团队在Water & Ecology上发表了题为“Challenges and Future Perspectives on the Ecological Uses of Reclaimed Water”的观点文章。该文章系统探讨了再生水生态利用过程中的关键挑战,如残留污染物带来的生态风险,并提出未来研究方向,包括建立综合评价框架、明确关键风险因子的生态安全阈值、强化生态缓冲区功能以及优化生态系统服务价值与综合效益。文章在上线后即受到EurekAlert!等国际科学媒体的转载。





第一作者:胡洪营

通信作者:胡洪营

通信单位:清华大学环境学院


文章概述

文章围绕再生水的生态利用,系统分析了当前面临的主要挑战与未来发展方向。再生水作为缓解水资源短缺、改善水环境的关键手段,其生态应用日益广泛,但仍存在残留污染物(如微量有毒化学物质、病原微生物、营养盐)带来的潜在生态与健康风险。为此,文章提出了一个涵盖污染度、生态过程、天然度、生态安全与感官愉悦度5个维度的综合评价框架,并强调需明确关键风险因子的生态安全阈值、强化生态缓冲区的水质净化与生态融合功能。同时,文章呼吁加强生态系统服务价值评估与效益优化研究,以推动再生水在生态利用过程的安全、稳定与可持续性。整体而言,文章为再生水生态利用的科研、管理与技术发展提供了系统的策略性视角。



再生水生态利用的评估框架与指标体系


创新价值

再生水的生态利用是全球应对水资源短缺、改善水环境的重要策略。它主要指通过补充自然或人工水体的生态需水量,来改善环境流量、增强水体自净能力和生态系统稳定性,最终实现区域水环境的修复,对维持城市水生态功能和景观娱乐价值起到了关键作用,展现了其巨大的应用潜力和生态价值


1. 再生水生态利用所面临的主要挑战


再生水生态利用仍潜藏着多重风险。首先,处理后的水中可能残留微量有毒化学污染物(如内分泌干扰物双酚A)、病原微生物及抗生素抗性基因,这些物质可在水体中持续存在、积累并通过食物链放大,对水生生物及生态系统健康构成长期威胁。其次,高浓度的氮、磷等无机营养物质可能引起受纳水体的藻类和微生物群落结构变化,引发藻类水华。此外,不同污染物之间可能产生复杂的协同或拮抗作用,加剧生态影响的不确定性,而现有水质标准对这类新兴风险因子的覆盖不足,是制约其安全利用的核心瓶颈。


2.  建立综合评价框架及确保生态安全


为了系统评估和提升生态利用的安全性,文章提出了一个涵盖5个维度的综合评价框架。该框架不仅包括传统的污染度指标(如氮磷、重金属、病原微生物)和生态安全指标(如急性与慢性毒性),还创新性地纳入了生态过程指标(评估处理设施的生态处理效率)、感官愉悦度指标(如色、嗅、浊度)以及天然度指标(如溶解性有机物和硬度,反映水体与自然状态的接近程度)。同时,为了确保生态安全,需依据区域差异制定关键风险因子(如有毒化学物质、营养盐、病原微生物)的生态安全阈值,并深入研究污染物在处理过程中的转化机理,研发能协同去除常规与新污染物的关键技术,从而形成从评价标准到处理技术全链条的安全保障措施。


3. 强化生态缓冲区功能


在再生水排入自然水体前设置生态缓冲区(如人工湿地、生态塘),是实现风险控制和生态修复的关键环节。缓冲区通过植物吸收、基质吸附过滤以及微生物降解等物理、化学和生物的协同作用,能进一步净化水质、削减污染物负荷,并促进再生水与自然水体的生态融合。未来的研究重点需揭示污染物(尤其是新污染物)在缓冲区中的迁移转化规律,阐明植物-基质-微生物复合系统的协同净化机制,并以此指导高性能基质材料的研发与缓冲区运行参数的优化设计。


4. 优化生态系统服务价值与效益


为全面衡量并最大化再生水生态利用的价值,需要建立一套涵盖资源、生态、环境、社会、经济等多维度的生态系统服务价值评估与综合效益评价体系。除了传统的水资源供给效益,更应量化其在水质净化、碳减排、生境提供、气候调节以及滨水景观娱乐功能等方面产生的增值服务。在此基础上,结合区域条件、经济发展水平和水质水量需求,研究如何在碳排放和成本约束下,优化选择技术路径与管理策略,从而实现生态、环境、社会与经济效益的整体最优。



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