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中图分类号:TM92.4 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)29-0326-01
1 引言
汾河为山西境内最大河流,也是黄河第二大支流,其由北至南贯穿大半个山西,流域面积约39471平方公里。汾河作为山西人民的母亲河,孕育了三晋大地悠久的文化,哺育了无数三晋大地的儿女。时至今日,随着工业化进程不断推进和煤炭资源的大规模开采利用,汾河两岸工厂增多,加上人们环保意识的的淡薄、有关部门监管不力以及历史因素的制约,工业化在带动山西经济大发展的同时,也给汾河造成了严重的污染。汾河污染情况以中下游地区尤为严重,个别地区河水发黑发臭,水生生物大量死亡。针对汾河流域沿岸生态环境的严重恶化,汾河水质的急剧下降,山西省委省政府提出了“千里汾河,清水复流”的口号,并以生态治理、生态恢复为基本手段。
从“生态治理”的基本理念出发,汾河治理应该以汾河流域各区段实际情况为基本出发点,分地区、时区建立相对应人工工程,以引导生态系统自动修复功能的最大限度发挥,而不是毕其功于一役的面子工程,唯此方能成功建立起良性循环、可持续的汾河治理工程。
2 流域概述
汾河为黄河第二大支流,全长713公里,流域面积约39721平方公里,北起山西神池县,一路向南,贯穿大半个山西后,于山西省万荣县汇入黄河。汾河支流众多,流域内各种水利设施星罗棋布,其中大型水库(库容量1亿立方米以上)3座,各N中小型水库、灌区、机电泵站数不胜数,具有灌溉、发电、工业和城市居民用水等多种功能。
汾河上游地区水质相对正常,但是中下游地区的污染问题以及流域内生态环境破坏问题较为突出和明显,应作为污染治理和生态修复的重点地区,通常意义的汾河中下游地区指汾河二库坝下到万荣县入河口,流经太原、晋中、吕梁、临汾、运城五市。本篇主要对山西省吕梁市文水县段实际情况提出针对性治理和修复方案。
文水县境内汾河主要指汾河主要支流之一的文峪河,古称文谷河,又名文水,据历史数据显示,其基本情况见表1。
文峪河流域内地形较为复杂,其中山区3203平方公里,平川区909平方公里,地上地下河污染情况均较为严重,本次调研也得到当地村民(邢家堡村、贯家堡村)的积极响应以及村镇领导的大力支持,当地居民都迫切希望有汾河污染情况得到积极治理和改善。
3 生态环境破坏情况简述
3.1 河水污染严重
汾河在流经太原大同等中大型城市和介休、霍州等工矿城市,每年都要接受大量的工业生活废水达3.33亿吨,占到整个山西省的48%。据2008年时山西省水环境检测中心对汾河水质的评定显示,山西省河流污染程度进一步加重污染形势十分严峻。在评价河段中,84%的河段被严重污染,河流污染主要超标项目为:氨氮、化学需氧量、石油类、溶解氧、挥发酚和生物需氧量等。总体来看汾河上游污染较轻,城市附近和各主要工业城市附近污染较重,且污染项目多、超标倍数大。汾河主要河流水质状况见表2。
3.2 水资源严重短缺
据近几年观测数据显示,汾河中下游地区水流量正在减少,甚至个别地区已经出现断流情况,从汾河流域各区间资料整体对比,汾河河段总体呈衰减演变的趋势,2001-2013年段水资源量较1956-1979水资源量减少近30%,造成这种情况的主要原因有:气候变化导致降水量减少;工业和农业生产对地下水的严重开采浪费;污水处理水平低下,中水回收规模小;中上游植遭到严重破坏,土地蓄水能力下降;煤炭资源的大量开采利用,造成汾河下垫面变化,地下水深度进一步下降。
4 环境生物修复技术的可行性探讨
4.1 环境生物修复技术概述
环境生物修复技术是一门由现代生物技术与环境工程相结合的新型交叉学科,指直接或间接利用完整的生物体或生物体的某些组成部分或某些机能,建立降低或消除污染物产生的生产工艺,也指能够将环境中有害物质吸收并转化为有用物质的人工技术系统。该技术在污染治理方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等显著优点,为从跟本上解决突出环境问题创造了条件。
目前,环境生物修复技术在许多河流流域污染治理已得到应用,并初步取得了一系列成果,针对汾河流域实际污染情况,可综合利用污水生物净化技术(高效微生物固定化技术)、污染土壤生物修复技术和人工湿地技术。
4.2 污水生物净化技术
造成汾河污染的物质主要包括酚类、氰化物、重金属、有机磷、有机汞、有机酸、醛醇等。微生物通过自身的生命活动可以解除污染物的毒害作用,并同时将之转化为有益的无毒物质。现在大多采用的是生物净化技术为固定化酶和固定化细胞技术(高效微生物固定化技术)。固定化酶技术指通过物理吸附或化学键合法和固态不溶性载体结合沉降,而微生物细胞是一个天然固定化酶反应器,该种方法可以高效处理废水中的有机污染物和无机重金属。
此技术在国外成功范例很多,近几年在国内也取得了较大进展,但应用还相对较少,可以通过在汾河各主要河段以及库区建立生物沉降池,同时发挥本省学术优势,在菌种培育方面加大投入。
4.3 污染土壤生物修复技术
由于煤炭等矿产资源的大规模开采利用,汾河许多地区土壤污染严重,已不适合植物生长并进而产生一系列恶劣后果,造成土壤污染的主要的物质为无机重金属盐离子,该物质对活性细胞具有巨大杀伤力。污染土壤的生物修复技术的主要原理为:通过生物作用(如酶促反应)改变重金属在土壤中的化学形态,使之被固定或解毒,降低其移动性,与此同时增加土壤中有机物含量,激发微生物活性,由此改善土壤生态结构,这有助于土壤的固定、遏制风蚀水蚀等作用,防止水土流失。
5 结语
汾河流域存在的河流污染、水资源短缺现和生物多样性急剧下降现象十分严重,针对汾河的大规模治理已经刻不容缓,而综合考虑汾河流域实际情况,环境生态修复技术是最为行之有效的技术手段之一,其中人工湿地具有较强实用性和环境技术优势,可作为主要技术。为实现源头、干流以及各支流的全流域综合治理,应该具体到每一区段环境,合理制定相关的环境生物修复技术方案和规划,针对性落实各项修复工程举措,同时也需要各个部门和各地政府的积极配合,加大环保宣传力度,全社会共同参与,实现“千里汾河浊复清”的总体战略目标。
参考文献
[1] 蔡金丽.汾河河道生态治理思路与措施[J].水利建设与管理,2011(1):73- 74,46.
关键词:河道治理;污染;微生物修复;先进技术
中图分类号:TV85 文献标识码:A 文章编号:
河流是形成一个城市的载体,也是一个城市发展中最重要的资源,它作为整个城市生存、发展的关键因素,极大的影响着城市的风格以及环境。近些年来,我国颁布了一系列的法律法规来防治水污染,但是其效果不甚理想。一些城市的地表水流污染依旧十分严重,河流污染主要原因是城市居民的生活污水以及一些工业排放的废水的排放,这些污水中的有机污染物含量较大,甚至还有一些危害人类健康的污染物质,让城市河流变成黑臭水,不仅使城市的形象严重恶化,还使城市河涌失去了自身应有的功能和价值。此外,河流的污染也会导致附近的居民的身体健康遭到威胁,因此如何快速有效的解决河流污染已经成为了提高城市环境工作的首要问题。
1河涌水质修复技术
1.1河道曝气技术
我们都知道河涌遭到污染以后会出现氧含量急剧下降的特点,河道曝气技术就是针对这一特点对河流水质进行修复的,其主要方法就是通过人工向水体中充空气或者纯氧气,这样就能够使水体加快复氧,有效提高水体的含氧量,为那些好氧微生物提供一个良好的生存条件,它们能够让水体加快净化,从而极大的改善水质。
河道曝气技术已经在国内外得到了广泛的应用,例如德国鲁尔河、英国泰晤士河、柏林运河以及中国北京的清河、上海的上澳塘等。经过大量的实践证明此项技术具有很好的可行性,它能够有效消除水体的黑臭现象,同时还极大的减少了污染负荷,促进河道生态系统快速恢复。此外通过一些相关的试验表明,当水体中的氧含量在1.0mg/L时,不必一直采用连续曝气的方式,可以采取间歇式曝气,同时采取一些人为措施如:河流两侧拦坝等方式,以增加河段污泥的含量,这样能够提高曝气的效果,同时还能够有效降低能耗。
1.2生态技术
对河涌的治理我们还可以采用一些生态方面的技术,如:生态混凝土技术、阿科蔓复合生态技术、生态疏浚以及接触氧化技术,此外我们还可采用一些化学处理和光催化技术对污染水体进行治理。
1.2.1 生态混凝土
我国在1997年就已经开始研究生态混凝土在污水治理方面的作用。在2001年,一套基于生态混凝土的污水净化装置研制成功。其大概的流程是将受污染的水体经过预处理后流入生态混凝处理槽,在处理槽中,污染水经过一系列的物理、化学作用而形成一种生物膜,并且在其内部进行多次厌氧反应,分步骤降解并消除受污染水体中的污染物,然后从处理槽尾部排出,此设备不需要运动部件以及排泥装置,此外为了满足绿化的需要还可以对处理槽进行封闭处理。
1.2.2 阿科蔓复合生态技术
阿科蔓复合生态技术是由美国瑞地安水生科技公司研发的。它早在1996年就被美国等国家广泛应用与水产品以及水环境保护方面,是业界所公认的在这方面最先进的产品。目前,此项技术在全球50多个国家得到推广,如美国密苏里河的水体治理,城市化的快速发展给湖泊等带来了严重的污染,由于一些有机物质的污染致使水体中的生态环境发生了巨大改变,原本的生态系统平衡被打破,鱼类等水生物原有的生存环境被破坏,阿科蔓复合生态技术能够充分利用自然界的微生物对水质的净化作用,有效讲解水体中的有机污染物,脱氮除磷恢复原有的生态系统平衡,保证鱼类有一个良好的生存环境。此项技术在我国也有应用,并且取得了显著的成果。
1.2.3 生态疏浚技术
河流在流经城市的时候流速一般都比较缓慢,所以水中的一些泥沙相对容易沉积,这些水底的淤泥汇聚了许多营养物质,因此它也成为了营养物质的循环中心。如果河水淤泥中含有污染物质则会对水体造成二次污染,生态疏浚技术的主要目的就是对其进行生态修复,将工程与生态环境相结合,以小工程量实现最大限度的清污工作,保持河流的可持续发展,还能为后续的各项治理技术奠定一个良好的基础。
1.3 接触氧化技术
近年来,我国为了有效解决水资源污染问题提出了接触氧化技术,也就是说通过生物方法对受污染河流进行治理,此项技术在国外已经比较成熟,而在国内尚处于起步状态,但是这项技术的发展速度是相当快的。接触氧化技术与其他净化技术相比,较为成熟且效率较高,此外其具有用时短、投资小等特点,已经成为研究水污染治理方法的热点,此项技术的应用能够给自然和社会带来较好的效益。
1.4化学处理与光催化技术
化学处理技术是在传统预处理基础上,在水体中添加较低剂量的化学物质来强化污水处理效果。通过大量的试验表明,在污水中添加聚合氯化铁等制作而成的混凝剂,经过处理后的污水水质有较大的提高,能够达到或者接近国家地面水质标准。
光催化技术是用特定波长的光对催化剂进行激发,让电子迁移而产生空穴,同时产生一定的能量。催化剂能够吸附自由移动的电子,并与之发生化学反应,产生大量的高活性自由基,能够有效的改善水体的水质。
2污水治理的对策建议
污水治理并不是一个简单的过程,根据实际情况而采取相应的治理技术非常重要,我们可以借鉴国外在这方面的宝贵经验,在可持续发展方面我们应注意以下几点:
2.1 合理规划,明确目标,建立完善的体制
在城镇的规划方面应当做到科学合理,加强污水处理力度,同时还要对一些企业的污水排放进行限制,保证其排水能够达标,降低其对河流的污染。此外,在治理方案的筛选方面应当择优而取,尽量控制投资成本。加大河流管理力度,建立完善的管理体制,尤其是对行政交接区域河流的管理工作,中央要和地方协同管理,避免出现管理空白。
2.2保护河流空间
我国在防洪方面比较注意,但是在城市内部由于暴雨引起的内涝灾害方面做的不够。一些城市的排涝设施不达标,一旦遇到大暴雨就会引发积水,对城市的正常秩序造成不良影响,同时还会造成严重的经济损失。因此城市管理者应当对城市进行合理规划,原有的河流、湖泊等要尽可能的保留,此外必要时可以建设人工湖等,以提高城市应对内涝的能力,还对城市环境的美化有一定的积极作用。
2.3 以人为本,建设生态河堤
生态河堤是一项现代化的水利工程,它集各种学科于一身,能有效的保护生物的生存环境,这种新概念河堤具有高强度、安全以及耐久等特点,同时它改善了传统的混凝土人工筑建方式,采用水体、土体和植物、生物的结合方式,形成一种仿自然状态的护坡。
结束语:
以上各项技术经过国内外研究人员多年的研究探索已经取得了一定的成果,有效的解决了污染河流的治理问题。然而,并不是所有的技术都已经发展成熟,其中有一些技术还没有得到广泛的应用,需要进一步的研究,以更好的提高污水治理的效果,同时降低成本。
城市河流的生态系统比较复杂,对受污染的河涌的治理工作必须要综合多方面的因素来进行,而且每一个城市的实际情况都不一样,所以在治理过程中要因地制宜,多种技术相互配合,才能保证治理效果。如何将多种技术进行有机结合,将是河涌治理的发展趋势,需要相关人员进行更进一步的研究。
参考文献
【关键词】城镇化 城市河流 污染治理 困境与对策
【中图分类号】TU984.2 【文献标识码】A
城市河流作为城市经济发展的命脉,与人类的发展密切相关,不仅具有供应水源、美化环境等基本功能,而且还具有保护自然生态以及防洪排涝等重要作用。从本质上看,城市河流具有很强的人工开挖特征,在经历长时间演化之后,城市河流已在很大程度上具有自然河流的特点。
《中国城市发展报告》2012卷显示,截至2012年年底,我国的城镇化率已经达到52.57%,与世界平均水平持平,随着我国城镇化进程的加速,城市对水资源的用量需求日益增大,这就使水环境日益遭到人为的破坏,很多城市水质不断恶化。一方面,很多企业和居民把城市河流视作“天然的排污场所”,习惯于把大量的工业污水和生活垃圾直接排入城市河流中,导致河流的水质不断遭到破坏,最终逐渐丧失其生态功能,“缺水危机”的现象随之在城市中频繁出现。另一方面,许多城市在发展过程中忽视城市水环境的保护工作,而是一味强调经济利益的重要性,城市工程建设大张旗鼓地进行,导致一些城市河流被填埋,不仅使城市天然水系逐渐萎缩,而且改变了城市河流原有的地貌及其水文特征,最终对人类赖以生存的自然坏境造成了严重的负面影响。因此,有必要结合我国城镇化进程加速这一宏观背景,对城市河流污染治理过程中面临的主要问题进行分析,再提出相应的治理对策。
我国城市河流污染的总体现状
长期以来,我国对水资源的保护和水资源再生等工作一直较为忽视,水资源一方面被大量浪费,另一方面还遭到严重污染,数据表明①,我国有超过25%的河流和河段由于受到污染而不能满足最基本的灌溉用水需求。根据我国七大水系的408个水质监测断面数据,经过多方努力,目前在总体上呈现逐渐好转的迹象。
尽管如此,随着我国城镇化进程的加快以及土地的开发利用程度加深,很多城市河流逐渐降低了原有的水土保持功能,河流水量时段分布不均的趋势也越来越明显,部分城市河流的污染非常严重,尤其是一些河流,由于“在源头上没有新鲜补给水,同时也不存在地表径流”②,沿岸的企业污水处理不彻底,甚至有少数企业为了节约成本,未进行处理就直接把工业污水排入河流内。并且,在农业生产过程中,随着化肥和农药被不合理地大量使用,导致部分化肥和农药通过农田灌溉或自然降雨等渠道流入农田附近的河流之中,并且大大超过了这些河流固有的自我净化能力。此外,鉴于一些居民在日常生活中缺乏环保意识,随意向附近的河流倾倒垃圾以及排放生活污水,这就导致工业污水、农业污水、生活污水以及各种废弃物不断充斥于河流,使这些河流逐渐成为所处城市的固定排污场所。城市河流变成了污水沟,导致其最终丧失了生态功能,呈现出浑黄甚至深黑的颜色,持续散发出难闻的刺鼻气味,于是对区域经济的发展以及沿河流域的地区(或城市)居民的安全饮水等方面均产生了极大的威胁。
我国城市河流治污面临的主要困境
城市河流的污染在很大程度上来源于人为污染,除了前文提及的企业、居民随意排污等原因之外,笔者认为,还有必要对更加深层次的原因进行分析。
城市化进程引致了对城市河流的负面影响。城镇化不仅是我国社会经济水平提高的重要标志,而且也是人类社会发展的必经阶段。作为我国当前的重要国策之一,推进城镇化的发展在有效推动经济发展的同时,导致我国城市有限的资源出现了相对紧缺的状态,城市生态环境也会随之受到负面影响。对于宝贵的城市河流资源而言,一方面影响了既有的河流生态系统,另一方面改变城市河流的物质生产和循环、信息传递以及能量流动等一系列常态过程,最终改变了河流生态系统原有的稳定结构,不利于河流生态系统的健康发展。除了前文叙述的人为排放污染物这一重要原因之外,还具体表现在如下一些方面:
第一,城市河流生态系统破坏严重。城市用水量的剧增直接导致城市经济用水挤占了河流生态环境用水,加剧了生态环境质量的退化速度。很多时候,人们出于对自身利益的考虑,往往会对河流展开诸如筑坝、河道硬质衬砌、分流等一系列改变河流原有形态的人工操作,这就导致河流的天然水分循环过程被人为地改变,并且,一方面,河流生态环境用水被经济用水挤占过多,另一方面,在工业化大规模生产的格局下,河流容纳的污染物不断累积和增多,这些因素共同作用后导致生态系统原有的服务功能下降,河流生态系统逐渐退化,这样一来,反而“使城市河流失去了原有的保障城市经济发展的作用,甚至还会对城市经济发展形成反作用”③。
第二,城市规模的扩大导致用水需求的剧增,继而导致城市河流生态环境出现用水短缺状况。在我国,很多城市在水资源相对短缺的前提下不得不以定时用水、定额用水以及联片用水等变通的方式来提供水资源,这样一来,不仅对城市的经济发展起到了阻碍作用,而且还降低了城市居民的生活质量。
区域利益分化导致了水资源结构性污染。从我国宏观经济发展的层面而言,全球经济的持续低迷促使我国把发展经济作为当下的第一要务,尤其是各个行政区的地方政府更是如此。由于地方政府肩负着发展当地经济的重要任务,当地的一切生产和生活都要为本地区经济发展服务,于是逐渐漠视了对行政区内的河流水资源采取有效保护措施。再从城市河流的地理位置层面来看,河流的上游地区本身就占据天然优势,并且有些地方政府在发展本地经济的长期规划中,有意或无意地把带有重污染的企业建造在上游河流附近,目的在于方便本地区域排污,过度的排污使上游河流水体受到了严重污染,这些遭受污染的水会顺着河流流入下游地区。再结合我国的法律来看,尽管对“从上游地区流入下游地区的水质指标给予了明确规定”④,但对于下游地区而言,要想保证下游地区流出的水质能够达到国家规定的标准,则需要投入大量的资金对来自上游的污染水进行处理,下游地区出于利益的考虑,往往对此采取拖延态度,久而久之,导致城市河流的水质不断恶化。
对城市河流水资源的合理规划和有效利用认知不足。在经济发展利益驱动下,人们仅仅从经济利益的角度出发,要么埋湖囤地,要么修改河道,对城市水系进行肆意破坏,使城市水系的整体功能不断减弱,并最终丧失了其强大的服务功能。
第一,一味填河围地。城市河流水面随着城市化步伐的加快被人为侵占,或将河道排水改为管道排水,导致城市河流水面积急剧减少,河流溶剂不断下降,城市河流的天然调蓄功能大幅度萎缩,从而显著提升了内涝的发生概率。
第二,盲目硬质化衬砌。天然河道内部蕴藏有大量的生物、植物以及微生物,这些生物都有能够对污染有机物进行降解,因此能够在一定程度上保证河流具有自我净化的能力。一方面,盲目硬质化衬砌会导致原本能够有效阻挡垃圾的植被遭到人为破坏,这样反而更容易加重河流水质的被污染程度,另一方面,很多河道治理工程只考虑河流的防洪功能,片面追求河岸的硬化覆盖,与此同时却淡化了河流固有的资源储蓄和生态功能,破坏了自然河流原有的生态链。
相关职能机构缺乏污染治理能力。整体来看,我国河流水资源的管理机构可划分如下:“一是作为国家环保部派出机构的环保督查中心,二是作为流域管理机构的各流域水利委员会,三是流域水资源保护局。”⑤尽管我国治理水污染的部门众多,但这些部门的职能重叠交叉,并且各部门的职能界定不清晰,总体上依旧体现为“多龙治水”的格局,从而使得现有的流域管理机构在水污染治理方面并不拥有独立自主的执法管理权,在具体执行过程之中,很难对水资源的污染防治工作发挥出应有的职能作用。具体表现在两个方面:首先,作为水利部的派出机构,环保督查中心的主要职能是对河流进行管理,然而,该部门本身只是一个事业部门,并非行政部门,在其实际治理的过程中,很多情况下,由于一个流域往往会涉及两个或两个以上的不同行政区域,每个行政区均有各自不同的地域特点,这就导致不同流域的河道主管部门不会统筹全局,而是更愿意按照自身的地方特点对跨行政区域的河流进行规划和管理。其次,由于不同的行政区域拥有各自不同的地方利益,环保督查中心并没有足够的权力来平衡各方利益,这就导致很多被污染城市河流在具体纠纷处理过程中,处理时间被无限延长,最终不了了之。
我国城市河流污染的治理对策
树立正确的城市河流治污观念。政府、企业和城市居民均清晰地认识到:无论对于哪一座城市而言,城市水系都是其生存和发展的重要基础。并在这一观念的指导下,或吸收国外的成熟经验,及时出台水资源保护政策,或严格自律,不让自己做出不良行为,从而造成负外部性。当然,经济的发展和环境的保护从来都是一对矛盾,换言之,在多种客观因素的影响下,无法完全避免污染物进入城市河流,对于此,政府可以设置一条排污底线,这样就能保证城市河流中的水体始终能够维持正常的自净化功能。
设立流域综合管理机构。流域综合管理机构可以在跨行政区的河流管理和保护方面起到重要作用。从目前来看,国家水利部的职能在于更好地利用河流水资源,国家环保部的职能则体现在有效保护水资源,多个部门分工合作,协同发挥职能。然而,目前我国却并未针对跨行政区域水污染的防治设立一个拥有充分执法权力的专门机构,而是仅仅拥有一个流域水资源保护局这样的事业单位,因此无法顺利开展水污染防治工作。具体而言,水资源除了具有流动性特征外,另一个显著的特征体现为整体性。对于跨行政区域的河流水资源这一整体,我国均由不同的部门从最开始的规划、过程的配置一直到最后的污染防治等各个环节进行管理。基于这一分散式管理体制,各个部门均无法顺利开展污水防治工作,由此会产生如下两种情况:当利益出现时,各个部门会争夺管理权,而当问题难以解决时,各个部门则会对此唯恐避之不及,出现相互推诿的局面。
基于此,通过立法来建立一个强大的流域综合管理机构是解决这一状况的有效方法。我国应该摒弃“只有在水利部授权下,流域管理机构才能行使相关职能”的传统观念,依法设立一个流域综合管理机构,赋予该机构充分的权限,并指定该机构成为唯一拥有跨行政区域河流水资源执法权力机构。这样一来,就可以把原本分散的权力聚集在一起,集水资源规划、水资源配置和水资源污染防治等各项职能于一身,能够在权责明确的前提下统筹全局,更好地开展工作。
预防为主,防控结合。在开展河流污染治理工作的整个过程中,应该始终贯穿“预防为主、防治结合”的思想。第一,预防为主。对于那些已经完成治污的河流或者洁净河流,为了防止它们的重复污染或首次污染,政府部门应该及时制定和采取有效的预防性措施;对于那些已经处于轻度污染状态的城市河流,为了及时防污染重度化和污染物的蔓延,政府则应当立即对其实施应急预案,据此控制其污染恶化程度;对于那部分已经被重度污染的城市河流,政府则应对治污方案做出多套详细规划,并通过比较来从中选择最优方案,再通过多部门联动,采取综合措施来有序开展治污工作。第二,防控结合。控制的关键在于控制到位,具体表现为要对各类污染源进行全方位控制,一方面要对河道实施定期清理,从而减轻或消除河道内污染源对水体功能产生的负面影响,另一方面则要严格开展日常监测工作,严密防止河道外污染源进入河道。
建立科学合理的城市河流生态系统修复模式。城市河流生态系统修复模式的建立是一个庞大的系统工程,要考虑到很多方面,具体可尝试通过如下步骤来建立一套操作性强的修复模式。
第一,有效控制污染源。通过合理规划社会经济发展布局、调整和优化产业结构来节约有限的水资源,同时提高植被覆盖面积,由此进一步保护水资源。大力倡导城市清洁生产,积极推进工艺革新,从而减少各类污水、污染物等污染源的产生和排放。降低对城市河流生态系统的威胁强度,减少过去那种大强度开采水资源的粗放式做法。加强环境审计管理工作。第二,截留并处理城市污水。作为河流水质恶化的重要因素之一,城市污水一直是人们密切关注的问题,截留并处理城市污水由此成为改善水质最为有效的手段。因此,需要对汇入城市河流的污水实施生态截留或工程截流,并将城市污水集中处理。第三,清除水体中的污染底泥。一般来说,有两种情况会导致城市河流底泥中污染物释放出来,一是外来动力源发生变化(或被切断),二是水体的其他动力条件发生改变。为了给河流生态系统的修复创造一个良好的条件,就需要利用专业设备,将水体中的这些污染底泥及时转移和清除。这样一来,不仅可以把大量的底泥作为河道两侧护岸及堤防加固的填土材料,实现废物再利用,而且还有助于增强航运能力。第四,增加河流水体容积。要减少城市生产用水和生活用水的浪费,不能再像以前那样过多地挤占城市河流生态环境用水。要在适当的时候,提高对城市河流生态系统必需的生态环境用水的分配额度。利用各种有效方法来增强河流对污染物的稀释及自净能力。通过适当提高河流水流流速的方式来使河流中水流与河岸基质以及地下水之间加强物理交换。第五,加强鱼道建设。应该使河流成为生物多样性的汇集场所,充分考虑水生生物的生存需求,在这一观念的指导下,一方面要促进边滩和浅滩的发育,并有效保护与恢复河道内水生物的栖息地,另一方面还要加强鱼道建设,为这些水生物提供更加开阔的人工自然营栖地。第六,建设亲水景观。通过亲水景观的建设,一方面能够提高河流生态系统的休闲娱乐价值,另一方面还能满足城市居民的亲水愿望,从而进一步提高居民对环境质量的诉求。
综上,无论是政府、企业还是城市居民,针对城市河流生态系统日益退化的严峻问题,应该面对现实,树立起正确的治污观念和环保意识,企业不再向城市河流中排放工业废弃物,居民不再向河流中乱扔生活垃圾,政府则出台起赏罚分明的惩戒制度,三方合力,共同保护稀缺的水资源。
(作者单位: 北京大学环境与能源学院)
【注释】
①徐祖信:《河流污染治理技术与实践》,北京:中国水利水电出版社,2013年,第57页。
②盛连喜主编:《环境生态学导论》,北京:高等教育出版社,2002年,第152页。
③任海,彭少磷编著:《恢复生态学导论》,北京:科学出版社,2002年,第207页。
④王磊,刘智,陈晓东:“北方人工湿地植物选择与调控的实验与应用研究”,《环境科学导刊》,2008年第3期。
关键词 中小河流;淤泥;资源化利用;山东东阿
中图分类号 X522 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2012)10-0272-02
随着山东省中小河流治理5年攻坚战拉开序幕,各地中小河流治理工程纷纷开工。清淤挖除的淤泥含水率高,泥量大,污染严重的淤泥在中间自然干化与最终消纳的过程中无法控制二次污染的释放,且消纳占地面积广,可能引发大范围的污染扩散,消纳场地的落实也十分困难,将泥浆直接排入大水体更造成严重的环境隐患[1-2]。因此,清淤最大的难题是如何实现淤泥的资源化利用。处理中小河流或河道的淤泥,对其进行彻底的处理与控制,可避免对环境产生二次污染,这也是目前淤泥资源化利用亟待解决的问题。特别是中小河道普遍淤积严重,遵循减量化、稳定化、无害化、资源化原则处置淤泥,对城市的环境可持续发展具有重要意义。
1 东阿县河道淤积概况
由于资金、技术等资源条件的限制,我国2/3的中小河流在建造时没有达到严格的防洪标准,对引发的水域污染治理造成困难。中小河流整治严重滞后,存在一些明显的薄弱环节[3]。东阿县有中心河、巴公河、赵牛新河等21条排涝河道,由于建设基础差、人为破坏、区域水土流失严重等因素影响,当前这些河道流域产生大量的淤泥,由于治理不佳,导致水域流向受阻,水质污染严重[4]。全县约215.1 km河道淤积总量已达1亿m3。以2010 年8 月8 日晚间至8月11日为例,聊城市普降暴雨,局部特大暴雨,东阿县最大3 d降雨量超过200 mm,为 200年1遇。此次降雨是东阿县30年来的最强降雨,降雨过程强度大,历时短,范围广,致使东阿县11个乡镇、办事处的农作物受灾,玉米、棉花倒伏严重,蔬菜发生严重渍涝,造成全县农田大面积积水,大部分积水深度在30 cm 以上,部分积水50 cm 以上,有的积水近1.0 m,主要排涝河道淤积抬高洪水位,降低排洪能力,形成局部地区的严重内涝,灾害损失严重。河道水环境已经不能适应全县社会经济发展和人民生产生活的需要[5-6]。应以疏浚清淤、配套建筑物和堤顶硬化绿化为重点,将中小河流流域治理项目作为全县十大民生项目实施。本着资源利用化原则,减少耕地的占用范围,对淤泥进行减量化、无害化、资源化处理。
2 中小河流淤泥处理技术
2.1 堆肥处理技术
堆肥化是利用自然界广泛存在的微生物,有控制地促进淤泥废弃物中可降解有机物转化为稳定的腐殖质的生物化学过程。河道淤泥中含有丰富的有机物和氮、磷、钾等营养元素以及植物生长必需的各种微量元素钙、镁、铁等[7]。如果将这些淤泥进行合理处置并用于农业生产中,具有培肥地力的作用。当前,淤泥的土地利用能耗低,是一种符合我国国情的安全积极的淤泥处置方式之一。土地可持续利用将是建设资源节约、环境友好社会的必然趋势,但是淤泥中也含有大量病原菌、寄生虫(卵),铜、锌等重金属和二恶英、放射性元素等难降解的有毒有害物,如果处理不善会引发二次污染。淤泥要用作农田处置,必须经无毒无害化处理(采用高温堆肥),将河道淤泥经过科学处理制成农作物有机肥使用[8]。
2.2 淤泥低温干化技术
淤泥低温干化是通过低于污泥燃点的外来热源将污泥中水分蒸发的过程。然而淤泥干化是能量净消耗的过程,能耗费用通常占淤泥处理总费用的80%以上,热电厂或水泥厂排放的烟气量很大,排放的烟气温度一般在120~200 ℃,其中蕴藏的巨大潜能正是污泥低温干化最理想的热源。利用烟气余热进行污泥干化,可以彻底克服淤泥干化的能耗瓶颈,降低运行成本[4];利用烟气余热干化污泥,污泥不仅吸取热量而减轻热污染,而且吸附了烟尘和部分二氧化硫而减轻对大气的污染负荷,能更好地达到节能减排的效果。干化后淤泥可作为燃煤的辅助燃料使用,具有非常显著的环境、社会和经济效益。
2.3 淤泥制砖技术
淤泥制砖是在黏土中掺入60%的淤泥,制成的红砖外观标准和各项技术指标均能达到标准要求。随着农业产业结构调整,土地整理范围进一步扩大,可利用的地表黏土资源越来越少,其生存危机越来越明显。直接利用淤泥制砖是一种变废为宝的处理方法,不但减少因堆放而侵占耕地,同时缓解了砖瓦厂土源紧张和对农田的取土破坏,社会效益显著。
2.4 其他河道淤泥处理技术
单纯的河道产生的淤泥,含有丰富的有机物和一定量的氮、磷、钾等营养元素,经过高温堆肥和生化处理后,如物理脱水、祛除有毒物质、固化处理等,可用作农业覆土、垃圾堆场覆盖土、城市绿地用土、河堤路基填土,对于提高河道淤泥的综合利用效率、降低生产成本具有重要意义;对于没有条件可用作低洼地填高或抬高河道两岸农田高程,河道淤泥(平原河网)可加高加固堤防[9]。
3 结语
目前,中小河流是东阿县主要的行洪排涝河道。对区域内的河流淤泥污染进行处理,使水域行洪顺畅,兼顾河流生态环境,实施堤防护岸加固和建设、河道清淤疏浚和排涝工程为主的综合性治理工程,可有效地保障区域的防洪安全、用水安全,对环境、生态系统也会产生深远的影响。对大部分淤泥采用简单的处理方式,可用于河道加固加高堤防;多数情况下,弃淤泥量大,对河流淤泥进行资源化利用时,要以淤泥稳定化和无害化处理为基础。如果政府在河流污泥处理环节的服务采购实施得当,就能够支撑污泥资源化所需要的外部条件[10]。部分地方污泥资源化处置实施的外部经济条件并不成熟,就需要政府进行合理的引导和规划,如可实施补贴,确保河流清淤过程的顺利进行。总而言之,合理处置中小河流的淤泥,可使中小河流沿线群众的生产生活条件和居住环境得到明显改善,达到“水清、河畅、岸绿、景美”的目标。
4 参考文献
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关键词:现代流域管理体系;应用;分析
流域是指地面上以分水岭为界限划分的河流的干流和支流所流经的整个水系覆盖的区域。每条河流都有它自己的流域,我国水系庞杂,有大到长江流域、黄河流域、珠江流域、淮河流域、松花江和嫩江流域以及小到太湖流域、洞庭湖流域等不同的水系流域体系。
随着现代经济的不断发展,工业化水平的不断提高,对流域的过渡开发和水系的污染问题日益严重,流域管理就提上了议事日程。它绝不会只限于针对水系流域内水资源的保护问题,还包括流域治理和监测预警、行政管理等各方面。流域管理体系的应用对于科学、精确的管理流域体系,实现流域内生态保护、资源利用的科学化、合理化和高效化起到了极其重要的作用。
现代流域的管理体系的应用很广泛,有以下几个方面:
一、实现对流域内的资源管理和利用
近年来人们对流域内的水资源进行开发和利用过度的现象屡见不鲜,有的已经严重超出生态警戒线,对河流生态体系的危害极其严重。现代流域管理体系的使用可以让我们科学合理地开发和利用水系流域内的水资源,对水资源的开发进行严格的控制,特别是对地下水的开发和利用要合理调配,采取适度措施进行或增加水资源的补给,让流域内已经遭到破坏的水生态系统逐步得到治理和恢复。现代流域管理体系的应用也体现在对生活用水和工业用水、城市用水和农业用水的布局配置、统筹协调上面,要做到用水有主有辅,结构科学合理,以免出现轻重不分,结构失衡的局面。同时节约用水也是现代流域管理体系应用的一个目标。
二、实现对流域内的生态保护
水系流域内的生态环境是影响水系生态环境的重要因素之一,具有改善空气质量、调节流域温度、湿度、恢复和保护生态环境等作用。现代流域管理体系的应用主要体现在实现对水源涵养林的养护,对水土流失的治理,对湿地的功能修复和水生、陆生生物的保护以及河床沙化的治理等方面。近年来我国水土流失的治理和湿地环境的恢复以及沙化的防治工作都很有成效。退耕还林,空气好了,湿度大了;退耕还牧,生态环境好了,生物的种类多了。流域内的生态问题得到了一定的解决。
三、加强对流域的环境治理和保护
流域内的环境治理主要是对水源质量的保护和治理。工业污水的排放,农药的污染、生活污水的排放和无处理都是流域内水源受到污染的原因。水源的质量影响着千家万户,是我们对流域治理需要面对的严肃问题。
我们可以应用现代流域管理体系实现对污染物的控制,实现对流域内工业用水的治理和管理以及实现生活用水的安全。要实现这一目标,现代流域管理体系应用了生态修复技术和检测预警机制,建立了对环境质量的评估和检测的体系,具备了相应的检测功能并可进行有效的科学的考核和评估。我们可以采取行政措施加强对工业污水的排放的管理,关、停、并、转那些高污染、高耗能而低效益的工厂和企业,或者对他们提出限期整改的要求并定期核查;我们可以运用先进的污染治理技术对工业污染进行控制和治理,实现工业污水的零排放。对于生活垃圾和生活污水的处理可以生态利用和污水处理两步走。一方面利用生活垃圾进行高科技生物处理,如建立沼气池既可处理生活垃圾也可用来生活用气或发电。也可进行合理规划,利用高科技技术进行污水的集中处理,做到污染治理和资源利用的两不误。
现代流域治理体系的建立需要立法的支持和制度的不断完善。没有立法的保障和管理机制的参与,无法真正做到对水系流域内环境的保护和治理。而行政管理体系在现代流域治理体系的实施上起着重要的作用。这些行政单位不仅担负着对其所在领域内的水源流域体系的环境监察责任,还同时赋有管理的职能。各行政单位应该协调合作,不断探索,以实现对流域环境保护的目的。
现代流域治理体系的应用还需要财政的支持和技术的保障。对各流域进行治理既要有财政上的保障来实现地方利益的调整和责任的分配,也需要高科技生物技术和环境治理技术的研发和推广。财政的激励措施和代偿机制的建立可以发挥财政的杠杆作用,提高节能减排和污染治理的积极性和配合程度。没有高科技技术的支持也无法真正做到污水和环境的治理。
四、结语
科学合理的应用现代流域管理体系对我国生态文明社会的实现有重大意义,其体系的完善和实行还需要各个部门共同努力。
参考文献:
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关键词: 江汉平原;水资源;水污染;国外经验
中图分类号:F301.24;X52文献标识码:A文章编号:1006-4311(2012)08-0318-03
0引言
江汉平原水资源的来源由大气降水、地下水以及江河流水3部分构成。处于亚热带季风区的江汉平原,降水量充沛,年降水1100-1300毫米,年均1180毫米,折合平均降水量2193亿立方米。气温较高的4-9月降水量约占年降水总量的65%-75%。汉江是长江中游最大的支流,从陕西省河县进入本省郧西县,流经全省13个县市,在武汉汇入长江。全省每年过境客水资源约6300亿立方米,其中长江干流约为4000亿立方米,洞庭湖水系流入近2000亿立方米,汉水流入300亿立方米,然而,每年平均出境水量则超过7000亿立方米,其中基本都由长江干流出境。具体到平原区,每年平均过境客水资源5500亿立方米,地表径流资源总量1500亿立方米。丰富的水资源为江汉平原区工商业发展和人民生活带来极大便利,但在社会经济基础发展的同时,江汉平原水质污染也时有发生。本文试图对国外水污染治理的先进经验进行梳理,来找寻江汉平原水污染治理的措施。
1江汉平原水污染概况
随着江汉平原社会经济的不断发展,工业化、城镇化水平的不断提高,人类的活动使大量的工业、农业和生活废弃物排入水中,水体污染逐渐加剧。通过调查,江汉平原沿江城市江段部分断面水质超过国家规定标准,岸边污染带严重。长江湖北段沿岸排污没有得到有效控制,形成多条污染带。其中个别断面的个别项目有超标现象,如天门以下至武汉河口段水质在枯水期多有超标现象。汉江大部分支流受到污染,唐白河、蛮河、小清河等主要支流水质曾一度超过五类标准,连农田灌溉水质标准都达不到。另外,平原区域内70%的湖泊、80%的中小河流存在不同程度的污染,水质日趋富营养化。水污染事故频发,特别是流域性的水污染事故时有发生,污染范围广、危害大,直接影响人民群众的饮水安全。
平原里最常见的水污染是有机污染、富营养污染、重金属污染以及这些污染共存的复合性污染。主要来源于工业污水、农业污水和生活污水。据调查,长江流域每年废污水排放总量达300亿吨,其中生活污水约占l/3,工业废水约占2/3。湖北省长江流域历年来污水排放量如表1所示。
数据来源:2001-2010年湖北省水资源公告.
1.1 工业污水、生活污水的排放江汉平原企业以乡镇作坊居多。其特点是规模小、布点散、行业杂、发展猛,由于我污水处理厂覆盖率较低,处理力度有限,这些作坊基本没有配套的环保设施,带来了“三废”污染――废水、废气、废渣,乡镇工业对农业环境的污染严重。
废水危害主要来自于造纸、印染、电镀、化工和食品加工业。其污水常呈酸性或碱性,直接排入河流和湖泊,使水资源遭到重金属和氰化物等有毒物质的污染。废气污染主要来源于土法炼硫、炼焦、窑业以及小化肥等行业,污染物以二氧化硫和氟最为严重。这些含硫废气排入环境,形成酸雨降落到地面,使地面水体受到污染,造成农业减产,给农业生态环境造成非常严重的影响。废渣污染主要来自于采掘业,由于有的向湖泊、江河、洼地倾倒,对土壤、水体和大气都造成了不同程度的严重污染。此外,大量未经处理的生活污水也是直接排入河流,严重污染了水质环境。
1.2 农业污水的排放农业污染不像工业排污、生活污水一样,不能量化的统计。然而,它却是人类健康的隐形杀手。江汉平原以农业为主,而农作物的生产中使用了大量的农药和化肥。在使用中,凡未被植物吸收利用的都在土壤中积累或转入地下水引起水体污染,最终导致对人体的危害,危害的传播途径如图1所示。
江汉平原区农村大量使用化肥及农药,湖泊和城市内湖富营养化加剧,水污染已经使相当多的地区出现水质型缺水,严重影响到当地居民的生存和农业可持续发展,水资源污染问题亟待解决。另外一方面,随着南水北调工程的启动,过境水量将会减少,减弱了水系的自身调节能力。我们可以预计在不远的将来,拥有丰富水资源的江汉平原将会面临日益突出的问题。
2国外典型流域水污染防治的经验
“先污染后治理”的局面先后在国外两大流域上演。欧美发达国家经过近一个多世纪的努力,其流域水污染防治的内容和形式已经发生了重大变化,同时也积累了许多宝贵经验。对于我江汉平原水资源污染防治方面具有重要的参考价值。
2.1 英国泰晤士河流域水污染治理经验泰晤士河位于英国伦敦南部。三个多世纪以前,泰晤士河水产丰富、风景如画,是世界上著名的鲑鱼产地。但是自19世纪60年代工业革命开始,泰晤士河水资源就遭到了严重污染,水质迅速恶化,同时也成为世界上污染最早、后果最严重的城市河流之一。
英国控制水污染主要采用环境质量目标法,即将工业企业排放的污染水水质与承纳水体的环境功能相结合,以控制污水不产生水体污染为目的,来制定水质标准。泰晤士河是英国水质管理模式的缩影,1974年英国政府规定了泰晤士河各河段的水质目标和排放标准。目前泰晤士河两岸排放的污废水都经过三级处理,处理后的污泥经管道用泵抽入船中,运至北海倒入海中。
英国政府成立了治理专门委员会和泰晤士河税务局(公司),对泰晤士河流域进行统一规划和管理,提出水污染控制政策法令、标准,有充分的治理保障。在泰晤士河的治理中,高度重视科学技术的作用。尤其是泰晤士河的第二次治理,是在有关科学研究的指导下进行的。科学研究帮助水务局制定合理的、符合生态原理的治理目标,根据水环境容量分配排放指标,及时跟踪监测水质变化。
泰晤士河属于潮汐河流,面临着两方面的污染。一是人为污染(主要是工业和生活污染,首先从近海口的下游开始);二是自然污染(咸潮入侵)。要解决自然污染,目前常用的有效办法是,增加上游水量,使下游有足够的清水径流下泄,以限制咸潮入侵。上游来水多了,也可提高下游水体对污染物的推移、稀释、扩散能力,从而对控制人为污染也是有好处的。
为此,泰晤士河在上、中游大量修建水库,在丰水季节拦蓄清水(兼有防洪作用),在枯水季节调节增加下游逸流,实行“以丰补枯”。泰晤士河全流域有主要水库三十六座,蓄水量达2.5亿立方米,相当于伦敦市九十天的用水量。据泰晤士水管理局统计,目前日开发地下水186万吨,相当于全流域日用水量的百分之41%。但在丰水季节,及时回灌,尽量做到抽用与回灌平衡。为了严格限制咸潮向清水区入侵,泰晤士水管理局在清水与潮水交界处坦丁顿建立堰闸。同时为了充分利用清水资源,在全河建立了六十八个船闸,以节制迁流,防止清水过快流失。
由此可见,英国政府针对泰晤士河的特点,采用环境质量目标法,对工业污染全过程进行控制;同时征收水污染税以及兴修水库的措施对该流域水污染的防治也起到了积极作用,对江汉平原水污染治理工作的开展起到了借鉴作用。
2.2 美国特拉瓦河流域水污染治理经验特拉瓦河流域,既有著名的纽约、费城工业区的点污染源,又有来自农业、森林落叶腐植质的非点污染。因此,在本世纪四十年代,水质被严重污染。六十年代开始,花了十年时间治理,现在全流域工业污染负荷已去除百分之九十,城市污染负荷也已去除百分之八十九,因而水质良好1979年,美国环境质量委员会(CEQ)对309个历史较长、资料比较完整的河流水质监测站进行了调查,溶解氧指标等于或大于5毫克/升(适宜鱼类生存繁殖)的,占百分之九十五[1]。
美国的环境保护,都从立法开始,治理河流也不例外。美国从四十年代起陆续颁发了保护水质水源的法规,有净水法,安全饮用水法、海洋保护法、农药法、毒物管理法、水资源回收利用法等。联邦政府控制水污染的历史可以追溯到1899年的《垃圾管理法》,该法是出于防止企业向航运河道倾倒排放大量废物。明确处理常规水污染的第一个联邦立法是1948年的《水污染控制法》,此法授权联邦政府向州和地方政府提供财政资助以解决水污染问题,贷款给各个地方政府建设污水处理厂,鼓励他们去清洁他们的水源。1956年的《联邦水污染控制法修正案》所具有的一个重要特征是制定一项由联邦政府直接向地方政府拨款以分担建设污水处理厂费用的规定,份额是联邦政府承担55%。1965年的《水质法》是联邦政府参与水污染控制行动的一个重要体现。但是自1972年《联邦水污染控制法修正案》开始,联邦政府才真正在制定和指导水污染控制计划中担任关键角色,该法的立法目标是恢复和维护国家水域的化学、物理和生物的完整性,它是美国规制向水域排污的基础性架构。1987年的《水质法》要求在1991年以前逐渐淘汰联邦建设拨款计划,由联邦政府提供州管理的周转型水污染控制基金来取代[2]。这些法规的颁发执行,对推动水环境的保护工作起了重大作用。其在实践中已逐步建立起一套健全的法制:涵盖范围全面,目标任务明确具体,且上下形成一个整体法规体系。
排污许可证制度是各国水污染防治法所普遍采用的一项法律制度,对于水污染的有效控制和水环境质量的改善起到了重要的作用。从世界范围看,美国的水污染物排放许可证制度是极富特色和卓有成效的,在美国水污染防治法律中地位显著,是美国水污染防治法的核心,对美国水环境的保护与改善发挥了显著的作用。
在法律地位上,从排污许可证制度的法律依据看,美国联邦法律《清洁水法》规定了水污染物排放许可证制度,第402条规定,任何人从一个点源排放任何污染物进入美国的水域(waters),必须获得“国家污染物排放清除系统”(the National Pollutant Discharge Elimination System,以下简称为NPDES)许可证,否则,即属违法。在规范对象上,NPDES许可证的规范对象包括“污染物”、“点源”和“水域”三个要素,且《清洁水法》对于这三个要素作了明确的界定,清晰明了。且随着时代的发展,NPDES的使用也不断出现新趋势,顺应了社会经济的发展。美国NPDES许可证的种类分一般许可证和个别许可证两种形式,颁发的根据在于排污设施的排放性质、类型、排放水体的水质要求等因素。一般的许可证主要颁发给具有某种共同性质的特定排污点源设施,而对不具有共性性质的排污者特殊对待,颁发个别许可证,对其使用特殊的条款和要求[3]。
法规制定后需要有一个强有力的监督执法系统。在美国,联邦环境保护总署,地区分署,流域委员会和州、市等地方政府的有关部门,都在根据法规管理环境。各级环境保护机构还设置了执法处,配备许多律师,监督执行法律,并研究执行法律过程中情况和问题,使法律得以顺利贯彻。
同时,在美国,凡是在人口集中的地方都建有污水处理设施。每一个污水厂都有明确的服务人口和服务面积的指标。美国的污水处理厂处理的都是工业和生活混合污水,但是工业污水都要经过预处理达到一定标准后才允许送入城市污水厂,否则污水厂是不接受的。预处理的要求,主要是去除重金属和生物难以降解的一些有毒有害物质,在美国有专门预处理法,对各行各业都规定了具体要求。在美国建设污水处理厂的投资主要来自四个方面:一是联邦政府拨款,二是地方财政,三是罚款收入,四是污水收费。凡是排向污水厂的污水,不仅对工厂要收费,对排出污水的居民也要收费。所有污水都处理了,再加上其他一些措施,河流水体的质量,自然就能得到保证。
综上可以看出,美国在流域水污染防治方面有着丰富的经验,其关于水污染防治法律法规的制定和实施在世界范围内也处于领先地位,值得我国借鉴。美国兴修废水处理厂的办法也深得人心,该方法同样适合处于水污染现象严重的中国。
3江汉平原水污染防治的建议与措施
以上几个流域都经历了“先污染、后治理”的过程。从中可以看出,河流污染后,治理的过程十分漫长,治理费用也十分高昂,这一点并不符合我国国情。国外治理流域水污染的经验对江汉平原目前进行的水污染治理虽然有一定的借鉴意义,但更重要的是要结合江汉平原区的实际情况及其社会经济发展的特点,从保护与利用相结合的思路出发,采取相应的对策和措施。
3.1 江汉平原水污染防治的总体思路――保护与利用并举江汉平原水污染防治应以“三个代表”重要思想为指导,全面落实科学发展观,加大江汉平原经济结构调整力度,注重用改革的办法解决制约水环境保护的体制、机制问题,遵循保护与利用并举的原则治理水环境,从而促进经济社会的协调发展。基本思路如下:
3.1.1 对水资源进行合理的开发和利用要制定和完善水法规和政策,严格实施取水许可制度和水资源费征收、使用制度,实现水资源的合理开发、高效利用、优化配置,加强对水资源统一开发和管理。
3.1.2 在水资源开发利用的同时,要做好水资源的保护不仅要保护好水源头的生态环境,加大小流域的综合治理力度,控制地下水超采,防止水土流失和水资源枯竭;还要尽快实施水功能区划制度,划定水功能区,按照水功能区划进行纳污总量和污染排放总量的控制,建立入河排污口审批制度,保护好饮用水的质量,减少污染,确保城乡居民饮水安全。
3.2 江汉平原水污染防治的具体措施
3.2.1 采用土地处理污水方法的措施目前美国力求采用土地净化法来净化污水,以改变现行的需要耗费大量经费的污水处理方法。日本、荷兰等国也采用了该法。土地处理污水包括低速灌溉法、高速渗透法和地面漫流法,所需经费很低。美国密执安州一座17万人口的城市,采用低速灌溉法处理生活污水,所需费用还不到净化厂三级处理的20%。在低速灌溉法中,为防止农田受污染,先将污水进行二级处理或经氧化塘氧化后再用于灌溉。由于土地处理和氧化塘投资低、耗能少和技术简单易于维护,因此很适合江汉平原现实情况,应大力推广。具体说,就是把污水有控制地投配到土地上,利用土壤-植物-微生物复合系统的物理、化学、生物学和生物化学特征对污水中的水、肥资源加以回收利用,对污水中可降解污染物进行净化的工艺技术。土地处理污水法是污水生态处理技术的基础,是污水土地处理系统的进一步发展。以土壤介质的净化作用为核心,在技术上特别强调在污水污染成分处理过程中植物-微生物共存体系与处理环境或介质的相互关系,特别注意对生态因子的优化与调控,是生态学四大基本原理在水资源领域的具体运用。
3.2.2 实行工业污染全过程控制英国泰晤士河采用的质量目标分析法对其流域水质管理与治理起到很好的积极效果,江汉平原也应结合其自身特点对当地工业污染的全过程进行管理控制。工业污染4个控制途径如源削减、综合利用、净化处理和贮存的综合运用称为全过程控制。它分为3个层次:①低层控制,即从生产组织到储运等生产全过程的污染控制;②中层控制,即从基本建设、技术改造、工业生产以及供销活动的工业再生产过程的全过程控制;③高层控制,即生产、流通、分配、消费等各领域中的经济再生产全过程控制。
3.2.3 兴建城市废水处理厂,实施废水资源化美国特拉瓦河流域在人口集中区域兴建污水处理厂的措施受到了很好的效果,在江汉平原区水污染治理的过程中也应积极吸取这一经验,多渠道筹措资金,加大城市废水处理厂的投资力度,城市的排水管网应与废水处理厂同步建设,全面推行征收城市废水处理费,解决城市废水处理厂的运行维护资金问题;对个别水资源短缺的地方,还应将处理后的出水作为稳定的水资源加以利用。
3.2.4 征收水污染税的措施我国在2003年修订并颁布了《排污费征收使用管理条例》(以下简称《条例》),该条例以行政法规的形式确立了市场经济条件下的排污收费制度,规范了排污费的征收、使用、管理,但从多年的征收实践来看,效果并不理想。
随着水污染问题的日益严重,世界各国,尤其是西方一些发达国家,纷纷采取措施来保护水环境,改善水质。在诸多的保护措施中,征收水污染税已被证明是一种行之有效的新举措。在我国,水环境污染已相当严重,加剧了水资源的供需矛盾。因此,借鉴国外先进经验,开征水污染税,在不断完善防止水污染的法律法规的同时,充分发挥税收杠杆的调节作用,是我国治理和保护水环境的有效途径。有关行业税率的制定可以借用庇古税的想法,根据污染造成的危害程度对排污者进行征税,以弥补排污者的私人成本和社会成本之间的差距,使两者相等。为使全部的社会成本内在化,适应的环境税率应该能够使得污染削减的边际成本等于社会损害,这里用治理相应污染所需费用来衡量排污造成的货币损失[4]。
3.2.5 水污染防治法规应做相应改进中美两国有关水污染物排放许可证制度存在较大差异,借鉴美国的经验,建议对我国的《水污染防治法》做出如下修改:其一,在《水污染防治法》中明确和提高排污许可证制度的法律地位,在水污染防治领域全面推行排污许可证制度,确立其在水污染防治法中的核心地位和重要作用。其二,完善排污许可证的规范对象,《水污染防治法》应对“排污者”、“水体”、“污染物”“点源”、“面源”等概念加以明确的法律界定;使用排污许可证规范暴雨排放及颁发以流域控制。其四,完善许可证的形式,突出科学性与灵活性、强调个性与共性的结合;有关许可证的内容,应增加有关被许可人的监测和报告的义务等内容。
4结语
流域水资源污染的防治工作不仅是河水管理的重要组成部分,更是流域水资源环境与社会经济和谐发展的重要条件。相对于一些欧美发达国家而言,我国的水污染防治工作起步较晚,但国外已经成功的水污染防治的经验无疑将对江汉平原水污染的防治工作提供极其重要的借鉴意义。我们应该结合江汉平原的现状特点以及我国社会经济的发展特点,不断探寻行之有效的水污染防治对策和措施,并号召全民参与水环境保护的工作中,为人类美好家园的建设添砖加瓦。
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关键词:生物 生态 修复技术 内涵 外延 应用
1 概念、定义及主要特点
何谓“生物-生态修复”,它的内涵和外延应该如何确定,以及不同技术措施的作用、效果和联系如何,等等。回答这些问题对推进和实施河流生物-生态修复工作具有重要意义。
1.1 河流生物修复
生物——系指有生命的物体。一般指动物、植物和微生物。有时专指微生物,如生物制剂、生物制品等等。污水生物处理和河流生物修复中的“生物”,一般专指“微生物”,不包括“植物”和“动物”。广义的生物修复也包括“动物”和“植物”修复。
生物修复——是指利用微生物的生命代谢活动减少存于环境中有毒有害物质的浓度或使其完全无害化,使污染了的环境能部分或完全恢复到原始状态的过程。它包括:①污染土壤的生物修复;②污染河流的生物修复;③污染湖泊的生物修复;④污染地下水的生物修复;⑤污染海洋的生物修复;⑥污染大气的生物修复;⑦固体废物污染的生物修复等。
河流生物修复——是指用微生物或微生物菌群来降解河流水体中的有机物或有毒有害物质,如COD、BOD5、有机氮或氨氮、石油类、挥发酚等,或使这类物质变成无毒的、无害的,如二氧化碳、氮气或水等,从而使河流水质得到改善,河流生态得到恢复或修复。生物修复已成功应用于土壤、地下水、河道和近海洋面的污染治理。
河流生物修复工程——是指利用生物修复技术在河道内或河道傍侧修建或实施的旨在改善河流水质、治理河流污染的工程或非工程的技术手段。它包括:河道或水库内,以及坝、陂前的增氧曝气工程,用于改善或处理河流水质的河流傍侧工程、河流底部工程,以及直接向河道内投放特种、高效菌种或利用特种、高效菌种直接净化河流水质的工程技术等。
1.2 河流生态修复
生态——指生物在一定自然环境下生存和发展的状态,也指生物的生理特性和生活习性。此概念下的“生物”,一般不包含“微生物”。
生态修复——是指利用生态工程学或生态平衡、物质循环的原理和技术方法或手段,对受污染或受破坏、受胁迫环境下的生物(包括生物群体,下同)生存和发展状态的改善、改良或恢复、重现。其中包含对生物生存物理、化学环境的改善和对生物生存“邻里”、食物链环境的改善等。
河流生态修复措施主要包含:①工程措施。如:生态河道、生态堤岸、人工湿地和人工产卵场、越冬场、育幼场、回游通道,以及河道内增氧曝气等等;②生物措施。如:植物生态修复措施,动物生态修复措施,生物增殖、放流技术等;③综合措施。如:微生物修复与植物、动物修复的结合,微生物修复与生态河道、生态堤岸的结合,生态、生物修复与保育、管理措施的结合,河道内生态修复与河道外湿地修复的结合,陆地水土保持、生态修复与河流生态修复的结合,等等。
1.3 河流生物修复与河流生态修复的异同
目标和对象不同:河流生物修复的对象是水质;目标是改善河流水生生物生存、生活和繁衍、发展的水质条件。河流生态修复的对象是水生生物生存和发展的整个环境,包括水量、水质、水位、流速、水深、水温、水面宽度,涨水、落水时间,以及产卵场、越冬场、育肥场、回游通道的修复或恢复等等;目标是为水生生物或特有的生物种群提供良好的生和发展环境。
所采用的技术和手段不同:生物修复的技术核心是微生物及微生物使用和利用等。生态修复的核心技术是生态工程学和生物、生命科学等。
两者的共同点和不同点:生态修复可以包含生物修复,生物修复可以是生态修复的一个部分或一项主要内容;两者的共同点或共同目标都是改善或改良生物的生存和发展环境。不同点是:生物修复是针对水体污染的修复,生态修复是针对水生生物及其生存环境的整体修复。
对于污染严重,并有产卵场、育幼场、越冬场或回游通道损伤及破坏的河流,一般应首先采取生物修复技术恢复河流水质,然后采取生态修复措施恢复河流生物栖息地和回游通道等。
1.4 河流生物修复工程与城镇污水处理厂的异同
相同点和不同点:河流生物修复是利用微生物净化污水的特点和规律,对受污染水体(河流)进行净化处理的技术;城镇污水处理厂是利用微生物净化污水的特点和规律,对用管道收集到的社区污水进行净化处理的技术。城镇污水处理厂的出水可排入河流,也可用作市政回用、冲厕、农灌等等;河流生物修复工程处理过的河水一般必须重新流入河道。两者的相同点是技术内涵完全一致,不同点是工作对象的来源和工作成果的服务对象。
由于污水处理厂工程和生物修复工程所处理或针对的水源不同和处理后的水量所服务对象不同,从而导致了污水处理厂工程与河流生态修复工程在建设地点、规模、工艺流程、产品形态、表现形式等诸多方面的差别。一般情况下,城市污水处理厂的进水污染物浓度高、变化小,河流生物修复工程所针对的河水浓度相对较低、变幅很大;在水量方面,河流生物修复工程面临的变化更大。因而,在工艺设计中,一般要求河流生物修复工程具有更强的耐冲击能力和防堵塞能力等。
1.5 河流生物修复与河湖污染直接净化和“就地生物处理”的异同
除了河流生物-生态修复之外,河湖污染直接净化、“就地生物处理”等词语也经常被有关专家推崇和一些学者“炒作”。笔者认为:河湖污染生物修复工程技术与河湖污染生物直接净化工程技术、河湖污染“就地生物处理”工程技术,在内涵和外延方面没有明显的区别,其实质都是利用生物处理技术就地治理河湖水质污染,其表现形式也是相互包含或完全一致的。
1.6 河流生态修复与传统河流整治工程的异同
河流生态修复工程的目标是:修复或恢复受到污染、破坏或工程胁迫的水生生物的生存和繁衍的物理、化学和水文环境,及其“邻里”依存和食物链的关系。传统河流整治工程的目标是:防治洪水决堤、漫溢和确保人类社会、经济和生命财产安全;或者是保证河流的航运能力等经济功能。两者的直接目的和目标虽然相差甚远,但其工作的对象却完全一致,即都是将工程的措施作用于河流或河道。因而两者的设计和实施过程,必然会存在着诸多的不同、对立和矛盾。这种对立和矛盾必须通过目标分析和不同学科人员之间的沟通、协调和共同努力进行解决。因为两者的最终目标都是为了人类自己。
为此,从20世纪70年代开始,发达国家科技界和工程界针对水利工程对河流生态系统的负面影响,开发研究了河流生态恢复的理论和技术。从而,确立了解决这种矛盾和对立的基本方法和规则。河流生态工程在德国称为“河流生态自然工程”,日本称为“多自然型建设工法”,美国称为“自然河道设计技术”。与之相应,一些发达国家在河道整治工程和堤防工程设计、施工规范中增加了河流生态建设的内容,或者颁布了专门的河流生态工程设计导则。依据这些导则和方法,河道水利工程在满足防洪、防灾和经济目标的同时,可以兼顾河流生态修复和恢复需求。 2 不同技术措施的适应性评价及其合理使用
2.1 对受污染河流的适应性
河流污染治理一般应从源头做起。但源头治理能力也是有限的。以深圳河(含深圳湾,下同)的污染治理为例,截止2003年底,该流域已建污水处理厂四座,设计污水处理能力为142万m3/d,比当年实际污水排放量125万m3/d高 16.6%。然而,深圳河水质依然黑臭,常年处于劣Ⅴ类的状态。通过分析认为:污水截流不彻底和深圳河纳污能力过小是主要原因,除此之外,还有城市面源和部分城区尚未截流等原因。一般认为,对于类似深圳市自然环境和社区经济布局的城市,污水截流管网健全,城市污水截流率可以达到90%,最高很难超过95%。深圳市河流枯水期的污水量远远大于径流水量,有10%的未截流污水,加上面源污染等因素,河流依然黑臭,应该是在情理之中的。除此之外,还有城市污水管网收集不到的边缘村镇污水,以及城市污水处理厂对氨氮、总氮、总磷的去处能力十分有限等,也是需要实施河流污染生物-生态修复的主要原因。
河流污染生物-生态修复与城市污水处理厂相比,主要优点在于:①不需要占用城区土地或优质耕地;②不需要高于城市污水厂投资数倍的管道网络及其维护;③距城市居民区一般相对较远,不扰民或者较少扰民等。然而,河流污染生物-生态修复在治理污染方面,仅仅是对城市污水处理厂的补充,而不能代替城市污水处理厂。因为大量、高浓度城市污水采用污水处理厂治理比采用河流生物-生态修复治理经济的多。
在河流生物-生态修复措施中,对于污染相对严重的河流,使用生物(微生物)修复比生态修复工程措施要优越得多。在生物修复工程中,河底工程和河道傍侧工程一般有微生物固定化的措施,比采用没有微生物固定化措施的河中曝气或直接投加微生物的效果好得多。在使用的微生物菌种方面,使用有针对性的高科技微生物菌种,比使用自然微生物菌种的效果好得多。
2.2 对富营养化水体的适应性
湖泊、水库和河口、海湾、近海的富营养化,是人类社会的一个难题。城市污水处理厂和河流生物修复的办法,对有机污染物的治理效果十分显著,但当有机物被氧化、分解和挥发、无害化之后,总是仍有相当部分已经无机化的氮、磷营养物质不能得到去除。对于无机磷污染物,采用化学的办法基本可以得到有效;对于无机氮污染物,目前还没有比较好的处理方法。这些营养物质进入湖泊、水库、河口、海湾、近海等缓流水体后,在适宜的环境条件下,会使水体中某些藻类或植物疯长,产生水华、赤潮和富营养化,从而导致严重的生态灾难和水生生物死亡,以及造成湖泊水面萎缩、甚至消失等。
氮、磷元素是植物生长必需的营养物质。因而,治理氮、磷最好办法是植物生态处理或植物生态修复。对于城市而言,土地是制约植物生态处理和修复的重要因素。充分利用河滩、湖滩、海滩、海湾及其它湿地,以及荒地、林地、草地等治理氮、磷污染是重要的。对专门用于治理氮、磷污染的湿地而言,在海滩、海湾、河口和浅海,以红树林和海带植物比较好;对陆域湿地,以芦苇、茭草、蒲草、茭白等植物比较好。对河、湖、水库、海湾、海岸进行生态修复,必须满足防洪、防潮和景观等要求。
2.3 对水利工程胁迫的适应性
水利工程对河流生态的胁迫主要表现在两方面:一是河道、航道整治使自然河流渠道化,从而破坏水生生物的产卵场、栖息地和河流形态的多样化,以及减弱河流的自然净化能力和破坏岸边生态系统;二是水坝建设使自然河流非连续化,从而淹没生物产卵场、栖息地和阻断鱼类的回游通道,以及降低河流的自然净化能力和破坏河流形态的多样性等等。对此,可采用河道、河型多样化的生态修复措施,设置人工产卵床,建设人工产卵场、栖息地和回游通道,以及人工放流等措施缓解。水利工程对河流生态的胁迫主要是生物生境和生态条件的改变,因而,修复的措施以河流生态水工学和水生生物增殖、放流措施为主。
3 河流生物修复的技术类型及其应用
3.1 河道底部生物处理修复工程
以深圳市大沙河河底式生物处理工程为例。该工程坐落在深圳市南山区大沙河大学城河段,设计污水处理能为4000m3/d,设计水流停留时间4.8h。采用的处理技术为日本 “自然循环方式水处理系统技术”。该技术的创新特点是利用自然土壤和水田对污水净化的原理,不使用任何化学药品,通过使用石头、木炭、塑料球以及经过特殊加工的木炭(生物炭),作为净化过滤材料达到综合净化污水的目的。
该工程的主要设施由6个单元组成,分别为污泥储存单元、水量分流单元、接触沉淀单元、接触曝气单元1、接触曝气单元2和出水整理脱色脱臭单元等。通过这几个单元的组合,可以高度去除污水中的BOD、COD、SS和LAS(阴离子界面活性物质),同时,也能有效去除氨态氮。处理效果见表1。 3.2 河道傍侧生物处理修复工程
北京二道河傍侧生物处理与修复工程。该工程坐落在北京市顺义区首都机场附近,设计日处理污水量1.7万m3/d,采用的处理技术为固定化高效微生物—曝气生物滤池(简称I-BAF)。该工程属实验工程,仅有一个长100m、宽6m、有效水深5.5m的长条形曝气生物滤池,有效池容3300m3,停留时间4.7h。滤池内填装网状悬浮大孔载体,载体高度3.2m。工程的前处理部分仅有一个格栅和一个用堆石坝拦截污水形成的回水区,依次起到稳定取水和沉淀泥沙的目的。处理效果见表2。
另外,日本江户川支流坂川古崎净化场,韩国汉江支流良才川水质净化厂等河道傍侧工程的处理效果也很好。
3.3 河道内曝气和高效微生物处理修复工程
河道水体人工曝气复氧是一种有效的河流生物-生态修复技术。20世纪60年代起,国外已有不少国家应用人工曝气复氧改善河流水质和生态环境。如,德国的鲁尔河、莱茵河,英国的泰晤士河、特伦物河,美国的福克斯河、佛博河及威斯康星河等,均有成功的工程范例。在国内,上海环境科学研究院对苏州河水体进行了实验室研究,结果表明,即使黑臭程度高的河水,在有氧条件下20小时后臭味也可基本去除,水体颜色明显改观,COD、BOD浓度大幅下降。
微生物作为河流生物修复技术的核心,国外的开发研究很多。美国、英国、加拿大、日本、巴西等国家,已有上百种商品化的微生物制剂可供选用。根据实验结果,在处理特种废水方面,高效微生物比普通微生物高几倍到十几倍,而且还能够处理普通生物法不能处理的废水。在城市污水方面,使用高效微生物除具有良好的COD、BOD5去除效果外,还具有良好的脱氮除鳞效果。将高效微生物直接用于河流水质修复,成本较高,容易造成流失和浪费,目前国内使用的不多。但通过微生物固定化技术或生物滤池技术,使用高效为生物的实例国内已有许多。
4 河流生态修复的技术类型及其应用
4.1 山区河流的生态修复
山区河流比降大、水流急,宽深比小,来沙量远远小于挟沙量,河床往往有大石块和不均匀的麻砂组成。经过自然发育后,往往形成阶梯—深潭结构的河道形态。阶梯-深潭结构稳定了河床,从而稳定了岸坡,在一定的温度和降雨条件下两岸有发育良好的植被,河流底栖动物密度比邻近的具有同样气候水文条件但不发育阶梯-深潭结构的河流高出1000多倍,生物多样性指数也大得多。这是由于阶梯-深潭创造了多样性的生物栖息地的缘故。
目前,德国、日本和我国的台湾等,都在模拟使用阶梯-深潭结构治理山区河流和修复河流生态。 4.2 生态护岸工程
生态护岸的目的在于为野生动物提供栖息地和隐蔽场所,保障自然环境和人居环境的和谐统一,对河岸进行加固,防治河道淤积、侵蚀和下切等。生态护岸材料主要有:石头、木材、多孔混凝土构件和自然材质制成的柔性结构等等。在设计新材料护岸时,应确保水流作用下的结构安全,选择能够适应河流长期演变的结构形式,与河滩地和丁坝组合在一起保护护岸稳定。
我国深圳市已建人工湿地生态修复与处理工程数座,对COD的去除率一般可达70%~80%,对氨氮的去除率一般可达50%~60%。每1m3/d处理能力的占地面积大约为3m2。
4.4 人工产卵场、栖息地和回游通道工程
过鱼设施的基本原理是利用鱼类的向流(逆流)行为,人工创造更大的流速,将鱼诱入进口,让鱼类自行溯游过坝,或运用各种手段运送过坝,主要有鱼道、鱼闸、升鱼机、集运鱼船等。
人工模拟产卵场、栖息地是指在坝下附近的支流或人工渠道内,模拟产卵场、栖息地要求的环境,让鱼类自行进入产卵场或栖息地(下图为某河流上的鱼类洄游通道)。
4.5 人工增殖站和生物放流工程
人工繁殖放流是指建立人工产卵场,收集和培育亲鱼,人工催青,人工孵化育苗,培育鱼种,将一定规格的幼鱼放入坝下河流,让其下海生长。目前国内外都十分重视设置人工增殖站,开展人工增殖、放流工作,用于解决水坝对水生生物的阻隔。
水库修建后,营养物质在库内富集,浮游生物迅速生长,如果不能很好利用,将会自然死亡,恶性循环,从而造成富营养化和水质污染等。按照生态平衡原理,合理投放食用不同浮游生物的鱼种进库,进行生态修复,用产品的形式让富营养物质出库,既能清洁水库,又能收获鱼产,可以做到一举两得。所有这些,都需要有生命科学和生物、生态技术作为支撑。
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1.1洱源县畜禽污染现状
洱源县是畜禽养殖大县,畜禽在地区农业经济结构中扮演着十分重要的角色。2016年洱源县全县奶牛存栏41101头,黄牛和水牛存栏52421头,马、骡、驴存栏8290匹以上,生猪存栏235167头,山绵羊存栏109360只,禽存栏487661羽,是一个典型的养殖大县。而洱源县紧靠洱海利于,如此大量的动物在饲养过程中会产生大量粪便和污水,按奶牛日排粪便31kg、黄牛和水牛日排粪便19kg、马骡日排粪便19kg、猪日排粪便6kg、羊日排粪便4.5kg、禽日排粪0.1kg测算,全县畜禽日粪便产生总量5400多t,这些粪污如果不经处理直接排放,导致滋生蚊虫,导致疾病传播,对农村居民身体健康造成不利,另外大量的粪便随着雨水污水进入沟渠河流,畜禽养殖动物粪便中含有大量的氮、磷会对水体造成富营养化,对洱海源头水质造成十分严重的污染。
1.2洱海流域养殖业污染治理取得的成果
近年来,洱海流域地区政府按照“高效、生态、优质、环保”的现代畜牧业发展思路,以畜禽养殖污染无害化处理和资源化利用为重点,高度重视洱海流域畜禽养殖污染治理工作,着力推进畜禽标准化、规模化养殖,全州洱海流域畜禽养殖污染治理取得新进展。以加快推进畜禽标准化、规模化、生态化养殖为抓手,强化科技支撑,大力实施畜禽粪便无害化、资源化处理工程,完善对顺丰有机肥厂收集处理畜禽粪便的补助机制,鼓励企业应收尽收,扩大生产规模。从源头上控制畜禽养殖对洱海污染。在洱海流域扶持发展标准化规模奶牛养殖场(300头以上)4个、存栏2141头,生猪标准化养殖场(年出栏300头以上)33个、存栏10571头。加强圈舍改造、粪污治理及养殖场(户)沼气工程建设,提高规模化养殖场畜禽粪便综合利用率。目前,改造畜厩8万m2、粪污处理池1万m3,沼气5469口,新希望蝶泉乳业建成1000m3的大型沼气池1个、顺丰肥业建成27m3的小型沼气池1个;建成畜禽粪便收集站48个、生物有机肥生产厂3个。2016年,收集处理畜禽粪便6.09万t,极大地缓解了洱海流域养殖污染治理压力。
2洱海流域养殖业污染防治对策
2.1明确洱海流域养殖范围和对象
对洱海流域的养殖区域进行科学划分,将流域主要入湖河流周边200m,洱海及主要湖库周边500m和城市建成区划定为规模化畜禽禁养区。禁养区内严格禁止新建(改、扩)畜禽养殖场,现有养殖场(户)必须在规定时间内完成搬迁,手续不全的一律关停取缔。关停取缔。对于禁养区内已有的生猪(常年存栏5头以上)、水禽(鹅、鸭常年存栏50羽以上)和牛养殖场全部关停取缔,其他畜禽养殖场(肉鸡、蛋鸡、羊等)若建有污染防治配套设施,或委托他人对畜禽养殖废弃物进行综合利用和无害化处理,且不影响周边居民生活的,可以予以保留,否则一律关停取缔,并逐渐将禁养区内养殖场向着洱海流域以外地区搬迁。将洱海两侧各500~1000m区域设置成限养区和适度养殖区。这两个区域内实行总量控制,规范审批程序,养殖场应具有与之配套的粪污处理设施或可以消纳粪污的农田,并办理相关手续。对限养区和适度养殖区内养殖污染严重、无粪污处理设施且不具备改造条件的生猪、水禽、牛养殖场一律予以关停取缔。
2.2加强宣传、疏堵结合
各乡镇、村要充分认识全镇畜禽养殖污染整治工作的重要性和必要性,要依法依理做好宣传发动工作,认真宣传《畜禽规模养殖污染防治条例》等法律政策,切实提高广大农民自觉治理的环保意识。养殖污染治理疏堵结合,对排污达不到《畜禽养殖业污染物排放标准》的养殖场严肃处罚,处罚后仍达不到要求的实施强行关闭。对新、改、扩建养殖场,不履行规范审批程序的视作违章建筑,将予以。同时,大力推广农牧结合、循环利用模式,指导畜禽养殖场清洁生产,鼓励采取粪肥还田、制造有机肥等方法,对畜禽养殖废弃物进行综合利用。
2.3长效管理、规范养殖
整治工作完成后,各地要加强畜禽养殖的监管,建立畜禽养殖长效监管机制,将监管纳入镇对村的考核范畴,群防群治,形成镇、行政村、自然村三级监管体系,监管责任层层落实,特别是要加强落实村级监管责任,并建立考核办法,定期督查考核,形成镇、村自觉抓畜禽养殖监管的自觉性。严格把关审批环节,对适度养殖区内新、改、扩建的养殖场,必须按规定程序办理实施,建设治污设施或委托他人处理污粪;未通过环评、不满足动物防疫条件、不符合用地等要求的新、改、扩建畜禽养殖场,一律不得开工建设和生产。一旦出现反弹回潮或者擅自违规建设的畜禽养殖场,坚决予以取缔并进行问责。
作者:张晓娟 单位:云南省大理白族自治州洱源县畜牧工作站
关键词:跨界水污染;公地悲剧;地方政府;博弈分析
DOI:10.13956/j.ss.1001-8409.2016.XX.XX
中图分类号:F205 文献标识码:A 文章编号:1001-8409(2016)00-0000-00
Abstract: Water pollution is a typical form of transboundary environmental pollution, and the water pollution treatment also is the focus and difficulty of environmental treatment in our country, but the empirical study is less about the problem at the present stage. Firstly, the paper constructs the game model of transboundary water pollution treatment, indicates that the transboundary water pollution treatment investment of Nash equilibrium optimal is smaller than the Pareto optimal, both presents the departure from the state, and the deviate degree increases with the participation areas of transboundary water pollution treatment, leading to the "prisoner's dilemma" and "tragedy of the commons" situation. Secondly, the paper empirically tests the influence of the quantity local government on water resources quality, verifies the theoretical hypothesis by using the 62 major reservoirs and lakes in 2012. Finally, the paper puts forward policy suggestions to improve the quality of water.
Key words: transboundary water pollution; the tragedy of the commons; local government; Game Analysis
环境污染所具有的外部性和我国行政区域的划分,使得我国环境恶化程度的加深突出表现在各行政管辖区之间跨界环境纠纷的增加上,水污染是典型的跨界环境污染问题,如何对跨界水污染进行有效规制始终是中央政府与地方政府面临的一个难题。造成跨界水污染问题如此严重的一个重要原因就是流域涉及到多个省级、市级和县级行政区域,这些地方政府在以GDP为核心的政绩考核体系和财政分权制度下,倾向于将努力投入到能够带来政绩的经济增长上,降低水污染治理投入,这使得水污染治理规制不能有效地执行,多数情况下,地方政府倾向于采取机会主义方式逃避本应承担的环境污染治理成本,采取“搭便车”行为将不易监测的环境污染跨界转移出去,将成本外部化。这种现象充分揭示了个体理性与集体理性的冲突带来的公共事务治理困境,因此,强化跨界环境污染治理规制,实现全局经济的可持续发展和公共利益最大化的根本措施就是要提高地方政府克服“囚徒困境”和“公地悲剧”的能力,改变地方政府仅重视短期经济利益的行为选择倾向。
1文献综述
d’Arge较早关注了环境的跨界污染问题[1],而早期的相关研究主要集中在探讨不同国家之间对跨界水污染、大气污染以及固体废弃物污染等方面的国际合作上,认为不同地方通过协商谈判进行区域合作是解决该问题的主要手段[2][3]。相关研究基本上是围绕跨界环境污染治理博弈展开的,Maler首次将博弈论引入到跨界环境污染治理分析中,对欧洲各国酸性物质沉积问题进行了分析,认为合作治理环境污染的前提是各国的单边支付,并模拟测算了不同合作形式下的净收益[4]。Silva和Caplan分析了联邦跨界污染控制环境政策的有效性问题,认为中央政府是跨界污染治理领导者时能够获得更大的社会效益,而当地方政府是跨界污染治理的领导者时,中央政府的最优政策是对地方政府的环境治理行为提供有效的激励,并通过欧盟的环境政策设计实施验证了结论的科学性[5]。Barcena-ruiz对跨界环境污染税征收的顺序和两个同级政府作为领导者和追随者的博弈问题进行了分析,认为在跨界污染较小的条件下,税收是战略互补的,同时征税时领导者和追随者都能够获得福利,但先征税的领导者获得的福利更大,在跨界污染较大的条件下,税收是战略替代的,先征税的领导者政府能够获得福利,每个政府都会努力避免成为税收的追随者[6]。Yanase运用微分博弈模型研究了双寡头国际环境污染博弈策略,认为严格的环境控制政策提高了外国公司的竞争力,会产生静态的“租金转移”效益,而国外也会享受到全球环境改善带来的好处,即免费搭便车,因此在非合作博弈中,环境政策水平会偏离社会最优水平,产生更多的污染和低福利[7]。Zhao等通过构建包括政府和居民在内的典型的Stackelberg博弈模型,提出了一种考虑流域结构的转移税(Model of Transfer Tax, MTT),用来计算一个地区最佳的污染物转移税率,同时也认为转让税率可作为生态补偿标准,加强区域减排合作,实现整个流域的减排成本最小[8]。
国内关于跨界环境污染的研究主要集中于跨界水污染治理方面,马中和吴健认为法律政策和权利安排的缺失致使没有形成地方政府的环境规制激励是跨行政区环保难见成效的主要原因[9];易志斌以跨界水污染为例对地方政府环境规制失灵的原因及解决途径进行了总结[10];汪小勇等采用消元法对跨流域、市界、省界和国界四个层次的单边和多边环境保护和污染治理的管理条约进行了评估和比较,为构建跨界水污染冲突的协商机制提供政策建议[11]。此外,还有学者以不同流域和湖泊的跨界水污染为例对污染成因、解决途径等进行了案例分析,如太湖[12][13]、珠三角[14]。
可以看出,国内外学者对跨界环境污染治理问题进行了广泛深入的研究,取得了大量的研究成果,但多数都集中在理论分析、政策建议以及案例分析方面,实证研究不足。本文在理论分析地方政府行为选择和跨界水污染治理博弈基础上,分析个体利益最大化与集体利益最大化的冲突并推出待检验命题,随后采用我国2012年62个主要水库和湖泊数据对理论假说进行验证,最后提出针对性政策建议。
2 地方政府跨界水污染治理博弈分析
本部分对多个地方政府行为选择偏离社会最优选择的状况进行理论阐述。在跨界水污染中,同一流域周边的各地方政府都以最大化自身经济利益为目标,排放超标污染物,在缺乏激励约束条件下,必然使环境污染问题愈演愈烈。
假设总共有 个同质地区参与跨界水污染治理行动,第 地区的自愿治理水污染的投入为 ,因此,总的水污染治理投入为 ,在整个排污量一定的条件下, 越大,水资源质量越好。令 为第 地区在其他方面的投入,每一地区的效用都取决于本地区在其他方面的投入和整体的水污染治理投入,进一步假设第 地区的效用函数为 ,该效用函数满足: , , , , 。根据经济学原理可知各地区在其他方面的投入和水污染治理投入的边际替代率递减,即存在 是 的减函数。
(10)式表明,整体帕累托最优均衡时的环境治理投入要大于个体最优的纳什均衡时的环境治理投入,即各个地区如果从最大化本地区效用出发而自愿提供的水污染治理投入会小于从集体效益出发而提供的水污染治理投入。同时由(10)式也可以看出,两种投入之间的差距随着参与地区个数 的增加而增大,这也反映了个体利益与集体利益的矛盾与冲突。从水资源的公共性来看,集体最优也即帕累托最优状态对所有参与地区来说是最好的结果,但是个体和集体的利益冲突必然会导致“公地悲剧(The tragedy of commons)”的出现,最终造成各个地方政府在有限资源下无限追求最大化本地区利益,每一个地方政府都希望减少水污染治理投入,将水污染会治理成本转嫁给所有地方政府(中央政府)。所以,本文提出以下理论假说:水库和湖泊周边的地方政府数越多,污染排放量越大,距离希望的社会最优越远,水资源质量越差。
此外,在分析中我们假设每个地区的预算投入是相等的,但在实际情况中,各个地区的经济发展水平和经济规模是有很大差异的,经济发达地区的预算投入要远远大于落后地区的预算投入。Olson通过两人博弈认为,高收入者比低收入者更愿意提供公共物品,而低收入者更倾向于搭便车[15],这个结论同样适用于跨界水污染治理分析中,现阶段的经济发达地区的经济发展过程往往走的是“先污染后治理”的道路,因此其治理环境污染的外部性较小,而落后地区治理环境污染的外部性较大,所以经济发达地区能够从环境污染治理中获得更多的效用,这时的博弈可能变成一种“智猪博弈”。
3 实证分析
以我国水库和湖泊相关数据为研究样本,经验分析地方政府数量对水质的影响,对理论假说进行验证。
3.1模型设定和数据分析
3.1.1模型设定
式中, 表示水库和湖泊,在现实中,跨界水污染还包括大量的河流,但本文未加入河流作为样本,这是因为跨界的河流较长,水质难以平均,同时又包含多个支流,行政区难以界定,更重要的是,河流水污染治理难题在于上下游之间的协调,行政区数量对其影响可能不大。 表示第 水库或者湖泊的水质状况; 表示第 水库或者湖泊周边的行政区数量,该变量是模型的核心解释变量,本文在选取时,主要选取周边的县级和市级行政单位数量,每一个水库和湖泊涉及到的省级行政单位多数为1个,最多有两个,其统计分析意义不大,因此不对省级行政单位对水质的影响进行分析。 表示影响水质的控制变量,主要包括:水库和湖泊周边行政单位的GDP、第二产业增加值、人口状况、以及水域面积等变量; 为随机项。
3.1.2水库和湖泊水质状况
在2012年《中国环境状况公报》的淡水环境分析部分中,共给出62个国控重点湖泊(水库),其中,Ⅰ-Ⅲ类水质的比例为61.3%、Ⅳ-Ⅴ类水质的比例为27.4%,劣Ⅴ类水质的比例分别为11.3%。主要污染指标为总磷、化学需氧量和高锰酸盐指数。具体状况如表1所示。
由表1可知,水库和湖泊的功能定位差异也是影响水质的重要原因,水库多为水源区,提供的水多用于饮用,其水质要求要高于湖泊,因此总体上来看水库的水质要好于湖泊的水质,水库水质达到Ⅲ类及以上的比重约为92.59%;而湖泊水质达到Ⅲ类及以上的比重约为40.63%;而三湖水质都在Ⅲ类以下。因此,本文为考虑水库和湖泊二者之间的差异,在对总体展开进行回归分析后,再对水库和湖泊进行分类回归。
3.1.3数据的统计性描述
通过62个水库和湖泊的地图可以得到相关周边地区的市级、县级(区)的数量,然后对行政单位的控制变量指标进行加总,得到具体数值,控制变量相关数据来源于《中国城市统计年鉴》(2013)、《中国区域经济统计年鉴》(2013)。水域面积数据来源于《中国环境统计年鉴》和环保部监测数据。所有数据的描述性统计如表2所示。
3.2回归结果分析
采用本文构建的回归模型对上述数据进行回归分析,结果如表3所示。
由表3的回归结果可知,水库和湖泊周边的行政单位数量的增加会显著恶化水质状况,市级行政单位数量对总体水质的影响系数为0.127,对水库和湖泊水质的影响系数分别为0.114和0.107。县级行政单位数量对总体水质的影响系数为0.077,对水库和湖泊水质的影响系数为0.143和0.513,但对水库水质的影响未通过显著性检验。这表明本文的理论假说是成立的,也即流域周边地方政府越多,各地方政府最优的水污染治理投入与帕累托最优的水污染治理投入差距越大,水污染状况越严重。水库和湖泊的功能定位是影响水质的重要原因,水库多为水源区,提供的水多用于饮用,其水质要求要高于湖泊,因此,地方政府的增加对水库水质的影响要低于对湖泊水质的影响。
对于其他控制变量,周边的GDP以及第二产业的增加值提高会显著加剧水污染,降低水值,特别是对湖泊来说更是如此,因此可以认为现阶段我国经济增长与水质处于“两难”状态,也即经济增长会加剧水污染,保证水质也会降低经济发展水平,地方政府要在二者之间进行权衡;农村人口数量对水质的影响未通过显著性检验,而城市人口数量对总体水质和湖泊水质的影响是显著的,随着城镇人口的增加,生活污水会随之增加,同时因消费需求的增加也会增加生产污水的排放,这加剧了流域水质的恶化;水域面积的增加能够缓解水污染状况,这是因为水域面积越大,其自净能力越高,能够相应的降低水污染。
4 结论及政策建议
本文首先讨论了地方政府在发展经济和治理水污染两方面的行为选择,通过构建发展经济和治理水污染的博弈模型,分析多个地方政府间的水污染治理博弈行为,认为跨界水污染治理投入的个体纳什均衡最优小于整体帕累托最优,偏离程度随地方政府数量的增加而增加。然后采用我国2012年62个湖泊和水库数据对进行实证分析,对理论假说进行验证,结果表明显示,随着流域周边地方政府越多,各地方政府最优的水污染治理投入与帕累托最优的水污染治理投入差距越大,水污染状况越严重,同时水库和湖泊的功能定位也是影响水质的重要原因。随后进一步从水资源治理外部性、政绩考评制度和水资源保护监管和惩罚制度等方面对造成地方政府行为选择的原因进行分析。
减轻地方政府“搭便车”行为引发的“囚徒困境”和“公地悲剧”局面的方法主要有道德约束和制度约束两种方式,环境资源作为典型的公共资源,必须要有专门的主体对其利用进行协调和约束,中央政府作为全民的代表责无旁贷,其除努力建立符合科学发展观的道德规范外,更应制定合理的制度规范,协调好个体和集体的利益冲突。本文在制度规范方面的政策建议为:
第一,改进以GDP为核心的政绩考核体系,将生态环境保护状况、自然资源使用和环境破坏指标纳入到政绩考核体系中,平衡地方政府在生态保护和经济增长之间的倾向,增强地方政府环境保护的积极性。政绩考核标准对地方政府和地方官员行为选择具有导向作用,当中央政府以GDP为绩效考核核心时,地方政府必然为获得短期经济利益而忽视长期的生态效益以满足任期内自身利益的最大化,因此,降低地方政府挪用环境保护资金的首要制度措施就是改变以GDP为核心的政绩考核制度,提高环境保护和污染治理在绩效考核中的比重。
第二,增进环境治理和监管部门的独立性。地方环境监管部门在人事权和财权方面实际上隶属于地方政府的领导,使得地方政府理所当然的采用行政手段干预环境治理,“土政策”、“开绿灯”和“行方便”大行其道,基本不会主动要求对地方经济做出巨大“贡献”的污染企业整改或者关停,同时还会采用一些措施阻挠或者禁止环保部门不经请示就对企业的排污进行检查,为企业提供特殊保护,纵容了企业的环境违法违规行为,造成了环境监管部门执法中的盲区,也极易造成的寻租问题。因此,中央政府应尝试将环境规制部门从地方政府中剥离出来,减轻地方政府的影响和干预。
第三,明确各地方政府环境保护体系权限。中国虽然在大多数流域设立了流域管理机构,但这些机构基本上无权过问地方政府的行政及经济事务,其主要任务是编制流域水资源的利用规划,而地方的水利部门也拥有同等的权力,他们会以本地区利益最大化为目标考虑水资源的管理,在这种格局下,各地区的水资源保护和水污染治理问题往往无法做到全流域的统一规划和管理,导致经常会出现“公对公,一场空”、“谁都该管,谁都管不了”的局面,造成了环境保护的低效率。因此,应改变多部门分别对地方生态环境保护进行管理的现状,中央政府可以尝试将环境保护和监管相关负责机构从原有的国土部、农业部和林业部等部门以及地方政府中剥离出来,成立由国务院主管资源环境和生态文明的副总理负责、由环保部统一管理的环境保护和监管体系。
第四,明确跨界环境污染治理行为的宗旨和规范,加强环境规制的考核力度和违规惩罚威慑力,中央政府的监管和考核威慑力是地方政府行为选择的最主要影响因素,但现阶段中国环境保护违规惩罚威慑力明显不足,这主要表现在两个方面:一是环境违规惩罚力度不够;二是环境违规惩罚执行不严。这直接影响了中央政府惩罚环境违规行为的承诺性,一些对地方生态环境破坏负主要责任的政府官员在受到行政处罚后,一部分会通过一段时间的运作官复原职或者易地任职,这都极大的削弱了中央政府对官员惩罚的威慑力。只有当中央政府加大监管和惩罚的威慑力,地方政府“越雷池一步”就会受到严厉的惩罚时,以本地区利益最大化为原则的理性地方政府才会做出加大环境保护力度的选择。
第五,建立专门的合作组织定时或者不定时的环境信息,提高环境污染及治理信息的公开透明度和公众的理解能力,通过社会公众的监督和地区之间的竞争来约束环境责任规避行为。使其成为中央政府监督地方政府环境污染治理行为、减少信息不对称的信息渠道和长效手段。
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