他山之石 | 芝加哥水污染治理策略六點啟示

　　水資源是人類社會賴以生存的前提，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署預測水污染將成為21世紀大部分地區(qū)面臨的最嚴峻環(huán)境問題。隨著我國工業(yè)化和城市化進程加快，水污染日益加重，截止2015年，全國地表水體受到嚴重污染的劣Ⅴ類水體所占約10%，一線城市的水污染問題尤其突出，其中許多甚至出現(xiàn)了季節(jié)性和常年性水體黑臭現(xiàn)象。河流污染已經(jīng)成為制約社會經(jīng)濟發(fā)展，影響城市形象和生態(tài)安全的重大環(huán)境問題。2015年4月，國務院發(fā)布了《關于印發(fā)水污染防治行動計劃的通知》，要求以改善水環(huán)境質(zhì)量為核心，系統(tǒng)推進水污染防治。目前，全國興起了黑臭水體治理的熱潮，但是缺乏科學、系統(tǒng)的治理思路，陷入了“頭痛醫(yī)頭腳痛醫(yī)腳”的誤區(qū)；有些注重單一的技術，忽略采用集成技術進行綜合治理；有些采用末端治理，黑臭水體反復出現(xiàn)；有些過度強調(diào)生態(tài)與景觀，忽視自然生境的構建。本文研究了芝加哥水污染治理模式，以期為中國水污染治理管理體系的改進提供借鑒。

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　　概況

　　芝加哥（Chicago），又稱風城，芝城，是世界著名的旅游勝地。芝加哥位于密西西比河（MississippiRiver）水系和五大湖水系的分界線上，東部毗鄰北美五大湖之一，也是唯一全部屬于美國的湖泊——密歇根胡（Michiganlake）。境內(nèi)有兩條河流，芝加哥河（ChicagoRiver）流經(jīng)市中心，卡拉麥特河CalumetRiver）則穿過城市南部的工業(yè)區(qū)。兩條河流原來都流入密歇根湖，20世紀初，為了讓芝加哥河的城市污水不再繼續(xù)污染密歇根湖水，芝加哥河水流方向被倒轉，通過運河向南匯入密西西比河水系。芝加哥雨水充足，年平均降水量為965mm，夏季為降水最多的季節(jié)，降水通常是雷雨或陣雨的形式，少有持續(xù)的降水。冬季則降水最少，通常都是下雪的形式。1981年，芝加哥人最稠密地區(qū)包括芝加哥市71km2內(nèi),有53%是合流制下水道，全長8050km，有640個溢流口,晴天有0.57t/d污水流入污水處理廠,暴雨時雨水挾帶污水排入河道,其中有世界上最大的西南污水處理廠,處理能力為0.50t/d。雨天流量經(jīng)常是污水量的5倍,大雨時可能達40倍。芝加哥雨季時間較為不規(guī)律，有時五年一次而有時一年五次，極易造成水漫溢倒灌千家萬戶的地下室,路面積水，交通斷絕。

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　　主要環(huán)境問題

　　19世界下半葉，美國城市高速發(fā)展，清潔水需求和污水排放成為困擾美國城市發(fā)展的突出問題。芝加哥作為城市化的典型代表，不可避免地需要面對人口的快速增長和工商業(yè)的發(fā)展帶來的問題，使得為城市主要水源的密歇根胡及湖邊區(qū)域在此期間受到嚴重污染。

　　除了高速的城市發(fā)展，芝加哥的自然地理條件也為城市的發(fā)展帶來挑戰(zhàn)。芝加哥僅略高于密歇根湖湖平面，低平的地勢必然會給排水帶來困擾。在19世紀污水排放系統(tǒng)建立之前，居民只能直接將污水、廢水倒于地表，水分只能被蒸發(fā)或者被土壤吸收。而芝加哥位于淺層沙地上，沙地下是不滲水的黏土層，所以使芝加哥的地面像沼澤一樣，常處于泥濘不堪的狀態(tài)。

　　這樣的地理結構帶來了非常巨大的安全隱患。在給水設施和排水設施都較為匱乏的時代，人民普遍使用井深較淺的井水。而不滲水的黏土層會使污水回流到這些較淺的水井中，影響井水水質(zhì)，成為傳染病的媒介。在降雨較多的夏季，路面堆積的垃圾也容易被雨水沖刷進這些水井中，導致更進一步的污染。所以水污染問題被認為是導致19世紀中期芝加哥霍亂與痢疾高發(fā)的主要原因之一。

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　　主要環(huán)境治理策略

　　3.1 治理歷程

　　1851年，芝加哥通過法案成立芝加哥污水排放委員會，負責統(tǒng)籌給排水的所有事物；保證擬修下水道的建設不影響以后的擴展；規(guī)定私用排水管和公共排水管連接的地點、形式、材料和建設方式以及發(fā)行債券、購買土地、建造建筑等等，同時也廣泛收集民眾意見。芝加哥地勢平坦，且不滲水的黏土層會使地面污水回流、囤積，因此造成路面常年泥濘不堪，而積水也容易造成水質(zhì)污染、蚊蟲滋生。

　　1852年，芝加哥通過提高街道、建筑高度來保障排水管有足夠的高度，利用地心引力保證排水。密歇根湖是提供芝加哥飲用水的湖泊，但同時污水也向密歇根湖排放。1854-1860年，芝加哥鋪設近86.9km的下水道。污水管道的建設使污水排放量增加，從而導致密歇根湖湖水逐漸被污染。芝加哥政府后期通過挖湖底隧道來完善供水系統(tǒng)，改善供水質(zhì)量；另一方面通過深挖伊利諾伊-密歇根運河，引導水流沖刷芝加哥河，從而減輕水污染，完善排水系統(tǒng)。1900年，芝加哥通過建設水位提升設施和閘門限流，將原本流入密歇根湖的芝加哥河的流向倒轉，使其轉而向南流入伊利諾河。從此，城市的污水不再注入密歇根湖。1910年，芝加哥城區(qū)開始逐漸建設污水廠，以協(xié)助這些供水系統(tǒng)更好地運作。到1970年，芝加哥建成當時世界上最大的污水處理設施。1972年，凈水法（WaterPollutionControlAct）出臺，凈水法明確規(guī)定了在1983年7月1日以前，全國河流都要實現(xiàn)能養(yǎng)魚和游泳。在執(zhí)行中發(fā)現(xiàn)有困難，所以在1977年，通過法律手續(xù)把達到的時間推遲到1984年7月1日。凈水法的推行使芝加哥上下形成一個法規(guī)體系。在美國，聯(lián)邦議會頒發(fā)基本法規(guī)，流域委員會根據(jù)河流功能制訂水質(zhì)標準，州市政府頒發(fā)實施細則或補充法規(guī)。為了指導地方立法，環(huán)境保護總署制訂了污染源的基準，以不影響人體健康和環(huán)境生態(tài)為前提的環(huán)境中允許的最高含量，各州、市根據(jù)技術、經(jīng)濟條件和河流的功能制訂本地區(qū)的排放標準。水法還要求控制所有的城市工業(yè)水污染。雖然當時90%的污水都已通過污水處理廠處理，但是芝加哥市在面對大量污水排放和暴雨突襲問題時，這些污水廠仍不足以解決問題，于是新的蓄洪隧道和地下水庫工程（DEEPTUNNEL）開始建設。

　　3.2 開展工程

　　3.2.1 雨水收集桶

　　除了使用傳統(tǒng)的污水系統(tǒng)進行雨水收集外，芝加哥也在試行低影響開發(fā)模式（LowImpactDevelopment;LID)。其中芝加哥政府大力推廣一個的項目為雨水收集桶（Rain-barrelProgram），購買這些雨水收集桶的民眾都會收到補貼。這些桶的作用就是分流雨水，減輕污水系統(tǒng)的壓力和運輸污水的費用。同時，這樣的雨污分離也可以在一定程度上減緩道路泥濘程度。此外，政府鼓勵居民在日常生活中（例如花園、清洗道路）使用這些儲存的雨水，提倡節(jié)約用水的生活方式。

　　根據(jù)調(diào)查，雨水收集桶的受歡迎程度與當?shù)亟邓繜o關；它們在高收入族群的小區(qū)接受度最高。在雨水收集點和“綠色小道”附近的居民區(qū)更愿意接受雨水收集桶。因此，政府可以加強對于這些綠色項目的宣傳，更好地推廣居民化的雨水收集。

　　3.2.2 綠色小道

　　除了雨水收集桶，政府還大力支持了其他項目，其中一個是叫做“綠色小道”的項目?！熬G色小道”是使用許多雨水收集桶組成的道路，是由蓄水桶、入水池、草地、透水地面組成的一個系統(tǒng)。它除去基本的分流雨水功能，還有教育功能。綠色小道上會有教育用的宣傳欄、標識來為民眾解釋這些桶的功能，并且教導他們?nèi)绾伟褍Υ嬖谕袄锏挠晁迷谌粘Ｉ罾?，以及他們這樣的行為會帶來怎么樣的積極的環(huán)境影響。

　　3.2.3 蓄洪隧道和地下水庫工程

　　芝加哥蓄洪隧道是目前世界上最大的隧道工程之一，此工程的目的是解決芝加哥市長期以來的污水和暴雨突襲成災的問題。該隧道長211km，深45~91m，直徑2.7~10.8m。還有252座直徑1.2~5.1m的截水豎井，645項接近地表的聚水構筑物，4座泵站和5個蓄水量共1.55億m3的蓄水庫。如圖1所示。

圖1 隧道及水庫圖

　　工程分三期進行：第一期工程有隧道176.3km，豎井和聚水構筑物，可截流85%造成污染的合流下水道的水量；第二期工程包括余下的隧道346km，蓄水庫、泵房，收集整個市區(qū)的雨水，主要是防洪；第三期工程是市區(qū)及附近52個城鎮(zhèn)有關的配套工程。

　　TARP工程所挖的蓄洪隧道（深45~91m），旨在分流芝加哥市在暴雨季節(jié)的過大污水排放量。在污水過剩時，污水會被引流入TARP豎井內(nèi)。豎井所連接的蓄洪隧道可儲存運輸高達870萬m3的污水并與地下水庫相連。過剩的污水通過蓄洪隧道被儲存地下水庫中，在污水處理廠壓力較小時，可將所儲存的污水通過泵站被運輸?shù)轿鬯幚韽S進行處理。

　　圖2 TARP運行示意圖

　　TARP工程總目的：防止雨污水倒流入密歇根湖；消除合流下水道的溢流污染水體；提供治水的出路；履行聯(lián)邦和州政府頒布的環(huán)保法令；用經(jīng)濟上最有效的方法達到上述目的。

　　TARP在防洪和污染控制上取得了巨大的成功，而且如果有蓄水量更大的地下水庫投入使用時會更加的高效。在TARP投入使用后，污水溢流的天數(shù)從每年100天降至每年50天。2015年，在Thornton水庫投入使用后，污水溢流情況基本不再出現(xiàn)。密歇根湖的水質(zhì)也得到了大幅度提升，更加多的魚類出現(xiàn)并且寄居于密歇根湖。TARP的巨大成功為世界上其他的城市提供了一個很好的模板，現(xiàn)在很多城市正在模仿建造相似的蓄洪隧道和地下水庫工程。

　　芝加哥的污水回收處理系統(tǒng)每天處理529萬m3的生活和商業(yè)污水，這些污水被分包給七個不同的污水廠。污水處理廠通過模仿自然界中河流的凈化過程，使得原本需一到兩周的污水自然凈化過程縮減到八小時。經(jīng)過處理的污水最終都將被排回到河流里，實驗證明，95%的雜質(zhì)在經(jīng)過污水回收處理后可被移除。污水回用流程如圖3所示。

　　圖3  污水回收工作流程示意圖

　　污水回收系統(tǒng)可分為6大步驟，具體如下：

　　(1) 收集并將生活、商業(yè)污水運輸至七個污水回收處理廠。

　　(2)一級處理：以物理方式將大片的會損傷水泵的廢物、垃圾篩出。

　　(3)  二級預處理：在曝氣沉沙缸中通入氣泡，使輕的污染物（如油脂、灰塵）漂浮在水面上，而較重的物質(zhì)如沙石、泥土則沉積在底部。缸中的收集器會收集沉淀下來的沙石泥土等較重的物質(zhì)并排出至固廢處理池。

　　(4)  二級處理：優(yōu)化處理缸中有一組旋轉撇渣板，可以有效地將那些較輕的污染物排出，并進一步地排出固體污染物。

　　(5)  三級處理：利用活性污泥曝氣池進行三級處理。活性污泥曝氣池中的微生物可以進一步分解和沉淀未被排出的固體懸浮顆粒，包括難以降解的有機物及能導致水體富營養(yǎng)化的無機物。

　　(6)  最終處理：處理后的液體會在這一階段被排放至河道中，余下的固廢會被運送去固廢處理廠進行下一步處理。

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　　啟示

　　芝加哥的水環(huán)境經(jīng)歷了先污染后治理的歷程，早期過度發(fā)展工業(yè)經(jīng)濟，忽略了環(huán)境保護，導致污染越來越嚴重，生態(tài)越來越失衡。目前中國也在走西方國家的老路，河流污染越來越嚴重，生態(tài)越來越失衡。從芝加哥水污染治理策略中，我們得到了以下的啟示。

　　一

　　縱觀上下。19世紀的管道建設規(guī)劃使得密歇根湖既是供水源，也是污水接收者。雖然前期這樣的做法能夠應急處理當時的問題，但這也加劇了后期城市發(fā)展的矛盾。由此可見，不從大局規(guī)劃出發(fā)、不從流域整體出發(fā)，孤立地治理局部河段的污染，是難以奏效的。水管建設應與城市建設發(fā)展規(guī)劃相輔相成。

　　二

　　因地制宜。芝加哥并非一味地單純復制其他城市的供水、污水系統(tǒng)，而是根據(jù)自身的環(huán)境條件去建設符合自身條件的給排水系統(tǒng)。包括提高房屋高度以保證有足夠的重力去排水、改變污水排放流向等措施。

　　三

　　薪盡火傳。治水從來就不是一蹴而就的事情，需要一代一代人民的共同努力和用心維護。除去基本的水網(wǎng)建設外，芝加哥政府也大力開展其他項目，以使其給排水系統(tǒng)更加完善（如“綠色小道”項目），這些項目與芝加哥自身氣候條件結合，既提高了雨污分離效率，減緩了暴雨季節(jié)污水廠的壓力，同時也為發(fā)揮了一定的教育意義。

　　四

　　循規(guī)蹈矩。沒有規(guī)矩，不成方圓。芝加哥早在1972年就頒布了凈水法，讓水污染治理有了方向和標準。詳細的法令讓事情都有了執(zhí)行的模塊，并且水法較為人性化，若是在法令要求范圍內(nèi)確實無法完成的項目，也會通過法令酌情推遲完成時間。

　　五

　　明法審令。若規(guī)章無人遵守，那法律也不過只是一紙空文。芝加哥水務局對芝加哥供水有著嚴格的監(jiān)督機制，水的pH、氯離子、金屬離子濃度等都會被嚴格監(jiān)控，以確保達標。水質(zhì)標準確定以后，一般具有法律效力。在美國，由地方政府貫徹執(zhí)行，即根據(jù)本地區(qū)污染源情況，制定排放標準、治理目標、采取的工程措施，以保證實現(xiàn)本地區(qū)河段的水質(zhì)標準，并由流域委員會進行監(jiān)督。此外，為了保護水質(zhì)，他們還規(guī)定：未經(jīng)處理過的污水，不得直接排入清水區(qū)，在水庫中不許機動船舶行駛，防止油污染。對自來水取水口，更是嚴加保護，白天用攝像頭監(jiān)視，晚上也有巡邏機制。

　　六

　　同舟共濟。一人之力終有限，而就算只有裨將之智，只要眾志成城，定能成就青山綠水的美好愿景。美國在建立數(shù)據(jù)庫方面有較大進展。環(huán)境保護總署在華盛頓建立了一個大型數(shù)據(jù)庫，已經(jīng)儲存了數(shù)據(jù)九千多萬個，包括全國的水文、水質(zhì)檔案和污染源檔案。任何一個水質(zhì)管理機構，通過計算機網(wǎng)絡終端設備，就可以在當?shù)仉S時調(diào)用各種數(shù)據(jù)資料，供規(guī)劃或管理工作用。水質(zhì)監(jiān)測的現(xiàn)代化，推進了環(huán)境管理的現(xiàn)代化。

　　水污染治理是人類需要面對的難題，但污染容易治理難，水污染治理需要一步一腳印，踏踏實實地往前邁步，芝加哥的水污染治理更能深切地告訴我們這一道理，急切進取反而會讓自己迷失方向，看不清弊端，導致日后需要為前頭的急躁誤棋付出更大的代價。

編輯：王媛媛