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(jì)，忽略了環(huán)境保護(hù)，導(dǎo)致污染越來越嚴(yán)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(yán)重，生態(tài)越來越失衡。從芝加哥水污染治理策略中，我們得到了一些啟示。
水資源是人類社會(huì)賴以生存的前提，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署預(yù)測(cè)水污染將成為21世紀(jì)大部分地區(qū)面臨的最嚴(yán)峻環(huán)境問題。隨著我國工業(yè)化和城市化進(jìn)程加快，水污染日益加重，截止2015年，全國地表水體受到嚴(yán)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(huì)經(jīng)濟(jì)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(wù)院發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)水污染防治行動(dòng)計(jì)劃的通知》，要求以改善水環(huán)境質(zhì)量為核心，系統(tǒng)推進(jìn)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(xué)、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(shù)，忽略采用集成技術(shù)進(jìn)行綜合治理;有些采用末端治理，黑臭水體反復(fù)出現(xiàn);有些過度強(qiáng)調(diào)生態(tài)與景觀，忽視自然生境的構(gòu)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(jìn)提供借鑒。
概況芝加哥(Chicago)，又稱風(fēng)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(jì)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(zhuǎn)，通過運(yùn)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(gè)溢流口,晴天有0.57t/d污水流入污水處理廠,暴雨時(shí)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(shí)可能達(dá)40倍。芝加哥雨季時(shí)間較為不規(guī)律，有時(shí)五年一次而有時(shí)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。
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(duì)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(yán)重污染。
除了高速的城市發(fā)展，芝加哥的自然地理?xiàng)l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(shì)必然會(huì)給排水帶來困擾。在19世紀(jì)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(jié)構(gòu)帶來了非常巨大的安全隱患。在給水設(shè)施和排水設(shè)施都較為匱乏的時(shí)代，人民普遍使用井深較淺的井水。而不滲水的黏土層會(huì)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(jìn)這些水井中，導(dǎo)致更進(jìn)一步的污染。所以水污染問題被認(rèn)為是導(dǎo)致19世紀(jì)中期芝加哥霍亂與痢疾高發(fā)的主要原因之一。
主要水環(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(huì)，負(fù)責(zé)統(tǒng)籌給排水的所有事物;保證擬修下水道的建設(shè)不影響以后的擴(kuò)展;規(guī)定私用排水管和公共排水管連接的地點(diǎn)、形式、材料和建設(shè)方式以及發(fā)行債券、購買土地、建造建筑等等，同時(shí)也廣泛收集民眾意見。芝加哥地勢(shì)平坦，且不滲水的黏土層會(huì)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(shí)污水也向密歇根湖排放。1854-1860年，芝加哥鋪設(shè)近86.9km的下水道。污水管道的建設(shè)使污水排放量增加，從而導(dǎo)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(yùn)河，引導(dǎo)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(shè)水位提升設(shè)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(zhuǎn)，使其轉(zhuǎn)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(shè)污水廠，以協(xié)助這些供水系統(tǒng)更好地運(yùn)作。到1970年，芝加哥建成當(dāng)時(shí)世界上最大的污水處理設(shè)施。1972年，凈水法(WaterPollutionControlAct)出臺(tái)，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(shí)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(dá)到的時(shí)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(gè)法規(guī)體系。
在美國，聯(lián)邦議會(huì)頒發(fā)基本法規(guī)，流域委員會(huì)根據(jù)河流功能制訂水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，州市政府頒發(fā)實(shí)施細(xì)則或補(bǔ)充法規(guī)。為了指導(dǎo)地方立法，環(huán)境保護(hù)總署制訂了污染源的基準(zhǔn)，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(shù)、經(jīng)濟(jì)條件和河流的功能制訂本地區(qū)的排放標(biāo)準(zhǔn)。水法還要求控制所有的城市工業(yè)水污染。雖然當(dāng)時(shí)90%的污水都已通過污水處理廠處理，但是芝加哥市在面對(duì)大量污水排放和暴雨突襲問題時(shí)，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(shè)。
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(jìn)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(gè)的項(xiàng)目為雨水收集桶(Rain-barrelProgram)，購買這些雨水收集桶的民眾都會(huì)收到補(bǔ)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(yùn)輸污水的費(fèi)用。同時(shí)，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(lì)居民在日常生活中(例如花園、清洗道路)使用這些儲(chǔ)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(dāng)?shù)亟邓繜o關(guān);它們?cè)诟呤杖胱迦旱男^(qū)接受度最高。在雨水收集點(diǎn)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(qiáng)對(duì)于這些綠色項(xiàng)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(xiàng)目，其中一個(gè)是叫做“綠色小道”的項(xiàng)目。“綠色小道”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(gè)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(huì)有教育用的宣傳欄、標(biāo)識(shí)來為民眾解釋這些桶的功能，并且教導(dǎo)他們?nèi)绾伟褍?chǔ)存在桶里的雨水利用在日常生活里，以及他們這樣的行為會(huì)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(zāi)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(xiàng)接近地表的聚水構(gòu)筑物，4座泵站和5個(gè)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(jìn)行：第一期工程有隧道176.3km，豎井和聚水構(gòu)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(gè)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(gè)城鎮(zhèn)有關(guān)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(shí)，污水會(huì)被引流入TARP豎井內(nèi)。豎井所連接的蓄洪隧道可儲(chǔ)存運(yùn)輸高達(dá)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(chǔ)存地下水庫中，在污水處理廠壓力較小時(shí)，可將所儲(chǔ)存的污水通過泵站被運(yùn)輸?shù)轿鬯幚韽S進(jìn)行處理。
圖2 TARP運(yùn)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(jì)上最有效的方法達(dá)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(shí)會(huì)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(gè)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(gè)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(shí)。經(jīng)過處理的污水最終都將被排回到河流里，實(shí)驗(yàn)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：
收集并將生活、商業(yè)污水運(yùn)輸至七個(gè)污水回收處理廠。
一級(jí)處理：以物理方式將大片的會(huì)損傷水泵的廢物、垃圾篩出。
二級(jí)預(yù)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(huì)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。
二級(jí)處理：優(yōu)化處理缸中有一組旋轉(zhuǎn)撇渣板，可以有效地將那些較輕的污染物排出，并進(jìn)一步地排出固體污染物。
三級(jí)處理：利用活性污泥曝氣池進(jìn)行三級(jí)處理?；钚晕勰嗥貧獬刂械奈⑸锟梢赃M(jìn)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(jī)物及能導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的無機(jī)物。
最終處理：處理后的液體會(huì)在這一階段被排放至河道中，余下的固廢會(huì)被運(yùn)送去固廢處理廠進(jìn)行下一步處理。
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(jì)，忽略了環(huán)境保護(hù)，導(dǎo)致污染越來越嚴(yán)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(yán)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。
縱觀上下。19世紀(jì)的管道建設(shè)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(yīng)急處理當(dāng)時(shí)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(shè)應(yīng)與城市建設(shè)發(fā)展規(guī)劃相輔相成。
因地制宜。芝加哥并非一味地單純復(fù)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(shè)符合自身?xiàng)l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。
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(hù)。除去基本的水網(wǎng)建設(shè)外，芝加哥政府也大力開展其他項(xiàng)目，以使其給排水系統(tǒng)更加完善(如“綠色小道”項(xiàng)目)，這些項(xiàng)目與芝加哥自身氣候條件結(jié)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(shí)也為發(fā)揮了一定的教育意義。
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(biāo)準(zhǔn)。詳細(xì)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(shí)無法完成的項(xiàng)目，也會(huì)通過法令酌情推遲完成時(shí)間。
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(wù)局對(duì)芝加哥供水有著嚴(yán)格的監(jiān)督機(jī)制，水的pH、氯離子、金屬離子濃度等都會(huì)被嚴(yán)格監(jiān)控，以確保達(dá)標(biāo)。水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)、治理目標(biāo)、采取的工程措施，以保證實(shí)現(xiàn)本地區(qū)河段的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，并由流域委員會(huì)進(jìn)行監(jiān)督。此外，為了保護(hù)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(jī)動(dòng)船舶行駛，防止油污染。對(duì)自來水取水口，更是嚴(yán)加保護(hù)，白天用攝像頭監(jiān)視，晚上也有巡邏機(jī)制。
同舟共濟(jì)。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(jìn)展。環(huán)境保護(hù)總署在華盛頓建立了一個(gè)大型數(shù)據(jù)庫，已經(jīng)儲(chǔ)存了數(shù)據(jù)九千多萬個(gè)，包括全國的水文、水質(zhì)檔案和污染源檔案。任何一個(gè)水質(zhì)管理機(jī)構(gòu)，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，就可以在當(dāng)?shù)仉S時(shí)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(cè)的現(xiàn)代化，推進(jìn)了環(huán)境管理的現(xiàn)代化。
水污染治理是人類需要面對(duì)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(shí)實(shí)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(jìn)取反而會(huì)讓自己迷失方向，看不清弊端，導(dǎo)致日后需要為前頭的急躁誤棋付出更大的代價(jià)。
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