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德国水资源管理的水域水质处理技术及政策框架

发布时间:2018/2/28 14:01:00

——以黑森州达姆施塔特市为范例

德国达姆施塔特工业大学IWAR研究所负责人  马丁•瓦格纳

  目前地球总的水量是13.8亿立方千米,其中海水占97.4%,人类真正可以用的淡水只占2.6%。在这些淡水中,对人类生存最重要的可饮用水只占总水量的0.3%。从比例关系上可以知道,地球的可饮用水并不多。地球是一个水循环的体系,水循环中有很多环节,如蒸发、降水、冰雪融雪和地下径流等。水治理的任务就是保证水质,避免水资源受到污染。这是一项艰巨的任务,目前德国有很多科学家和科研工作者正致力于此。

  德国联邦统计局2013年的数据显示,在德国有限的可用水资源中,通过公共设施系统的供水为500万立方米,非公共设施的供水2800万立方米,另外还有一部分是没有使用的水资源。从1990年到2013年,德国的采水量变化不大,略有下降,但水资源消耗量呈逐渐减少的态势。主要原因在于德国采取了一系列节省水资源、重视水资源再利用的政策措施。其中,德国居民在节水方面作出了很大贡献。为什么他们会有这样的节水动力?主要原因是水价不断提升,用水成本提高。

  从全球范围来看,2010年人均每天用水量德国是122升,法国是164升,而美国是400升。美国确实在节水方面做得不太理想。目前中国居民的平均用水量比较高,大约每人每天467升,很大一部分原因在于中国管道存在很多渗漏的情况,造成了用水量的提高。

  德国政府推行了很多与节水相关的法律和政策。

  首先,响应国际倡议。与节水相关的重要国际倡议包括1992年里约原则、联合国“21世纪议程”,2000年联合国千年宣言,2002年约翰内斯堡行动计划,2010年联合国提出的每个人都享有安全饮用水和卫生设施的人权等。

  第二,实施欧洲范围内的相关法规。欧盟法规的形式有规章、指令和决定。其中,指令对所有成员国都有约束力,但仅要求成员国达到指令所要求的目标,实施指令的方式和措施由各成员国机构自行作出选择。2006年欧盟发布了“水资源保护指令”。这个指令对排放到社区中危险物、污染物的种类制定了限定标准。此后又颁布了“市政污水处理指令”,规定市政污水需要经过相应的标准程序处理才可以排放。在工业领域,颁布了“欧盟工业排放指令”,专门规定来自工业的废水和污水排放程序。我们还出台了相应的行动准则和政策,即在水政策领域建立社区行动框架(水框架指令),更多着重于如何将已经出台的指令、政策落实到社区行动上。水框架指令设定了地下水、地表水的生态参数和化学定量参数,希望通过这些参数的设定,帮助管理流经多个国家的整个水域。通过以流域为观察单位,将不同的水流、不同的流域按照统一的参数管理体制进行管理,并以流域为界限进行梳理,观察水质是否达标。所有这些指令都向我们传递一个重要信息:我们都必须要有保护水资源的决心和能力,让水资源能够可持续地为人类所用。

  第三,建立德国国内的法律体系。在德国,水管理方面的法律涉及三个层级:一是德国联邦及各个联邦州的立法;二是涉及行政权的条例以及一般行政法规;三是各个私立协会和联合会的标准和指令,比如德国标准化学会,德国工程师协会,德国水管理、废水和垃圾注册协会,德国燃气与水工业协会等。这与中国的情况比较相似,中国也出台了类似的法规。但关键在于执行,德国的这些协会在法律和指令的执行过程中都起到了监督和促进作用,帮助政府严格跟踪每一条规定和标准,以合理的方式在每一个层级得到落实。

  德国与水资源保护相关的法律包括《联邦水法》《州水法》《污水处理税收法》《污水条例》《地下水保护条例》和《刑法典》相关条款等。其中,由德国标准化研究所负责制定相关的参数和标准的工作。除了联邦层级的比较宏观的法律之外,德国在较为细分的条例中也会有相关细节的法律条文。比如,明确规定排放的标准,规定如果社区没有污水处理设施,没有满足污水排放标准,相关社区或者企业会受到相应处罚,缴纳相应罚金等等。

  目前在德国,还有很多河流需要进一步整治。地表水评级可以分成五类:一类是状况非常好,五类是非常差。从我们的数据可以看到,德国境内的河流水质其实还不是非常好,特别是在化学状况方面,还有很多可以提升的空间。我们对地表水质还有很多细化的衡量标准,包括生物品质成分(鱼类、无脊椎动物、水生植物等)、化学品质成分(流域特定污染物,如塑料粒子等)、理化品质成分(温度、pH酸碱值、氧气含量、营养素等)、水文形态品质成分(水平衡、通畅度、潮汐等)。比如,在生物方面,我们除了观察水域中是否有鱼类以外,还会观察是否包含非脊柱动物、水生植物;鱼类是否有巡游的困难等。

  下面,我以德国黑森州达姆施塔特市为例,分析德国水环境的现状和面临的挑战。

  从历史上看,莱茵河原本是非常美丽的河流。但20世纪中期以来,随着工业的高速发展和工业区的建立,莱茵河水体遭到一系列污染。特别是1986年的巴塞尔化学事故,使莱茵河受到更严重污染。此后,我们投入了大量资金进行河道治理。目前的状况虽然有很大好转,但是又面临很多新的挑战。比如,在莱茵河畔一片诗情画意的田园风光表面之下,其实河中漂浮着许多塑料粒子。这些塑料粒子来自我们很多日常用品,如化妆品等。如果这些塑料粒子进入水中,被鱼类吃下之后,就会进入整个生态循环系统,最终对人类产生有害影响。目前,我们根据欧盟公布的范围,已对45种有害物质进行了量化测算。

  按照刚才所述五类评级法,对整个黑森州达姆施塔特市地表水生态进行评价可以发现,有一些地方做得非常不错。比如鱼类巡游方面,因为河流通畅,并与周边植物、植被很好地结合,保持自然的生态,十分适合鱼类自由地从一地游到另一地。但是其他一些方面,比如水中的磷含量过高,还需要进一步整治。水中有害物质含量虽然较低,但水体质量方面,还有很多水域有待提高。如果用数据进行量化评价的话,目前黑森州达姆施塔特21%的水质情况属于很不错,还有将近40%属于不达标的状况。主要原因在于黑森州达姆施塔特市周围有很多传统工业区,对环境造成了很大影响。

  黑森州达姆施塔特市99%的人口处于污水处理厂管网范围内。这些污水处理厂与中国很多污水处理厂的情况是一样的,并无特殊之处。根据德国《污水条例》,我们有很多城镇污水排放的指标,如化学需氧量、生化耗氧量、脱氮平均值、除磷平均值等。我们根据这些指标,对水质进行量化评价。

  黑森州达姆施塔特市目前地表水情况不错,但近年来地下水的水质有所下降,特别是在化学状态方面。对此,我们采取了很多措施,降低对地下水的污染。比如,我们通过持续监测地下水的硝酸盐含量来指导地下水管理工作。地下水体硝酸盐含量的极限值规定为50毫克/升,超过这一极限值说明土壤对硝酸盐的吸收能力不足。如果监测到硝酸盐含量超标,我们可以通过以下几种方式降低土壤中的硝酸盐含量,达到土地可以承受的水平。一是用泵补给地下水,排解地下水污染元素及污染物;二是通过过滤装置控制农业用地中的硝酸盐含量;三是通过生物手段来消化农业用地中的硝酸盐。

  其实,水体修复措施包含很多方面,如城镇污水处理厂的新建和改造,架设水域保护屏障,减少养分物质输入,减少采矿抽水,改善岸边的栖息地等。为了能够采取针对性更强、性价比更高的水体修复措施,黑森州达姆施塔特的市政机构会同当地的协会、联合会、大学与研究机构以及不同利益方的代表,讨论多种规划方案后,协商决策。最终,在兼顾城市规划、城市历史、城市生态、土地使用、工程成本等因素后,黑森州达姆施塔特市政机构决定采取了贴近自然的河流治理修复方案。方案内容包括:修复溪流,还其原貌;池塘清淤;控制流量,建立防洪设施;雨水管理等。针对溪流修复的具体措施包括:在溪流源头通过吸附手段消除源区的磷;恢复与溪流连接的原始流经路线,重新设计上游原始自然的溪流流经路线等。池塘修复改造措施包括:清淤;修剪树木;提高水位。针对一些社区及花园的改造措施包括:将原本管道敷设的溪流扩建成曲折的草甸小河,恢复更符合原生态的河道;对池塘进行翻新。针对工业区的措施包括:在主要公路和轨道下使用既有的管道线路;让流经工业区的溪流改道,离开中央污水处理厂的地块,不与污水有所接触;污水经过污水处理厂处理后排入莱茵河。雨水管理包括:雨水渗透管理和雨水储存使用。现在黑森州达姆施塔特市的市中心区域和外围地区,都已经配置了相应的雨水储备设施。雨水储备设施将雨水以比较经济的方式收集后,净化再利用。德国有比较先进的雨水再利用技术,可以有效地提升水资源的利用效率。当然,方案中还涉及河水的信息管理、管网建设和管网修理等内容,成本虽然不低,但都在市政可以承受的范围内,在此不再赘述。

  通过这一系列措施,我们在黑森州达姆施塔特市建立了一个综合性的水管理体系,城市的自然水系出现了令人鼓舞的水质提升现象。所有这些措施单个看上去都很微小,每个措施起到的作用可能微不足道,但所有这些小的措施集聚起来,却对整个城市水环境产生了非常显著的影响。

  以上,我以黑森州达姆施塔特市的案例,向大家介绍了德国在水环境治理方面的一些经验。希望通过我的介绍,能为大家提供一些新的思路,找到新的综合利用水资源的技术可能。

  (根据会议现场记录整理)