欧美环境改善离不开科学治污

2020-02-04刘国伟

环境与生活 2020年9期

刘国伟

精准治污：定位污染源助洛杉矶空气达标

20世纪50年代，美国接连发生了多诺拉烟雾事件、洛杉矶光化学烟雾等大气污染事件，造成大量人员伤亡，也让美国政府意识到空气污染的严重程度。为了解决问题，让政府更好地履行职责，20世纪60年代以后，美国联邦政府陆续制定和修订了以《清洁空气法》为主的联邦法律，组建了美国环保署（EPA）作为一个独立的行政机构。

铅是《清洁空气法》管控的危害公众健康和环境的污染物。2008年，美国环保署提高了铅的大气质量标准。但根据2007至2009年的监测数据，洛杉矶部分地区不达标。因此洛杉矶地区必须迅速行动起来，保证在2015年底前达标。为此，在2012年的洛杉矶地区大气治理计划中，当局制定的关于铅治理的措施首先就是精准定位污染源。

通过大量的监测和实地调查，监管部门发现了当地污染超标的主要地区以及污染来源。洛杉矶大气质量不达标的主要原因是当地的两个大型电池回收设施，即埃克塞德科技公司和魁米泰克公司。从1972年就在洛杉矶投入运营的魁米泰克公司每天能回收600吨铅酸电池，储存了大量危险废物，从此该公司和埃克塞德科技公司就成为洛杉矶环境监管机构的重点关注和管理对象。

除此之外，洛杉矶针对传统铅排放源也采取了相应措施，如大量淘汰使用含铅汽油的车辆，对于金属加工工业的工艺进行改进，对加工流程实施严格把控；建立全面的区域排放监测网络和规则，更对铅酸电池回收行业制定长期的专项治理策略。经过一系列组合拳出击，监测表明，洛杉矶地区大气中的铅含量自1975年以来已降低了两个数量级，取得了较好的效果。

值得一提的是，此前作为重度污染源登上“黑名单”的魁米泰克公司，后来就没过上好日子。有报道称，2018年11月，该公司由于违反了29项州危险废物法规被起诉。2019年2月19日，洛杉矶当局否决了该公司扩张铅酸电池回收产能的计划。这一案例除了直接说明“治污要害在精准”，也侧面反映出洛杉矶在空气质量监管上不是“一阵风”。

人工智能预测湖水藻类爆发

虽然现代意义上的污染治理是比较晚近的事情，但人类似乎很早就不约而同地发现了同一种解决方案——稀释。传统的治污方式因此大多是稀释：把烟尘排入空中，让脏水流入江河湖海。这么做的前提是人们认为稀释空间几乎是无限的。在以生存为第一要务的人类早期岁月里，因为人口密度低、排放物比之现代经常更为温和，这种治污方法百试不爽。但在世界各国对环境保护日益重视的当下，老方法显然不再行得通了。

如今，我们已经知道了各种各样的污染物汇聚在地球的湖泊、河流、溪流、地下水及海洋中。例如，当农业和工业生产活动向河道中注入过多的氮和磷等养分时，这些养分通常会助长藻类大量繁殖（即藻华现象），然后形成一片死气沉沉的低氧区域，令鱼类和其他水生生物无法繁衍。虽然各大陆上为数不少的湖泊受到藻华危害，可是2009年中美洲最深的湖泊阿蒂特兰湖水面有一半被藻类覆盖时，从当地人到各国的环境学者们都感到极为震惊。

危地马拉的阿蒂特兰湖形成于8.4万年前的火山爆发，其优美的景色使之被誉为世界上最美的湖泊之一，它为居住在湖边附近的居民提供清洁的饮用水。英国著名作家奥尔德斯·赫胥黎不吝溢美之词地称阿蒂特兰湖“实在是美得过分”。但本世纪以来，藻华不断在如诗如画的湖面出现，规模最大的一次出现在2009年，以至于美国宇航局的“泰拉”卫星从太空中捕捉到了这一明显变化。

藻华给人类带来的健康和经济影响超出大多数人的想象。它不但会引起皮疹和其他疾病，同时其令人不快的外观和气味会让许多旅游地的收入减少，营养物质过多导致水中的硝酸盐含量高，对婴儿尤其有害。

美國在防治藻华上有着不错的技术保障，为了预测得克萨斯州和佛罗里达州沿海地区的有害藻华，美国国家海洋和大气管理局（NOAA）有卫星报告做技术支持。但由于在危地马拉尚没有技术基础设施来警告当局的藻类繁殖的发生，《美国国家地理》杂志为其提供了帮助。

弗洛雷斯就是11位获得“国家地理计划”资助的专家之一，2018年他们获得了数百万美元的资助，以开发有助于保护自然环境或生物多样性的人工智能计划。按照计划，弗洛雷斯和危地马拉地方当局在接下来的几年中绘制藻华图，开发新的人工智能软件，帮助当地更好地预测湖水藻类何时何地爆发。她希望新技术还可以帮助当地的非政府组织和环保组织锁定污染物的来源。目前，他们知道农业径流和未经处理的污水都会导致藻华，但是湖泊受影响的地方和强度仍然是个谜。她说：“当我们确定持续导致藻类大量繁殖的关键变量时，就会开始采取行动。”

弗洛雷斯认为，使用人工智能来识别藻华起源的好处之一，就是收集信息变得成本更低、速度更快和共享更轻松。此类人工智能技术的使用场景还包括监视非洲日益增长的农业，绘制老旧的水坝，甚至通过快速分析视觉和声学监测中的信息以跟踪动物种群。美国微软公司首席环境办公室负责人卢卡斯·乔帕认为：“人类的创造力与人工智能带来的速度、力量和规模相结合，是我们为地球及每个人创造更美好未来的最佳选择。”

科学治污：河岸缓冲带技术惠而不贵

美国与我国一样，是大江大河纵横交错的国度。建国200多年来，美国在工业化、农业现代化、城镇化不断推进的过程中，河流污染的问题日益突出，在20世纪中后期变得尤其严重。总体来说，导致美国水污染的主要原因是面源污染，即污染物被雨水或融化的雪携带着流过地面，污染物大多含有来自农场和家庭的化肥、农药、石油、牲畜粪便和垃圾等污染物。

治污的关键在科学，找到惠而不费的科学技术更是关键中的关键。河流污染治理的技术不计其数，又好又省才是王道。作为美国常见的一种河流污染治理技术，河岸缓冲带技术在操作、维护方面显得较为简单易行。

河岸缓冲带，即在毗邻于水体处设立的天然或人工植被区，可减少雨水污水径流、有害物质过度沉积，防止河流侵蚀土壤，还有助于地下水补给，并可为野生动物提供栖息地和走廊，改善生物多样性。鉴于河岸缓冲带可观的环境收益，它已成为美国非常普遍的环保和治污措施。

为了在美国私有土地上推广河岸缓冲带，当局采取了很多措施，鼓励土地所有者在水体面源污染几率大且容易受水系侵蚀的区域设置河岸缓冲带。如内布拉斯加州为私人建设河岸缓冲带提供施工费、签约奖励等。这些激励与联邦农地保护与储备计划（CRP，有些类似我国实施的退耕还林工程）结合起来，效果颇佳。因为实行CRP后，私人土地停产肯定会造成经济损失，而在收益差、容易受到侵蚀的土地上建设河岸缓冲带能够得到当局的补偿。

从长期可持续性来看，只需进行很少的维护即可使缓冲区保持良好状态。缓冲带的草木长成后，它们会自然再生并起到更有效的缓冲效果。就治污成效而言，美国佐治亚大学花了9年时间进行的一项研究表明，河岸缓冲带能够从河流中去除至少60%的氮和65%的磷。看来，不仅发达国家对河岸缓冲带有需求，在缺乏资金却又想在中小城镇安装水处理和供水系统的发展中国家，河岸缓冲带也不失为保护水生生物多样性和水质的有效方法。

河岸缓冲带技术相对简单易行，但并不代表其没有技术含量。根据马里兰州和内布拉斯加州的相关技术文件，典型的美国河岸缓冲带通常包含三块区域。在外围区通常种植大型本地树种，这些树种虽然吸收污染物最少，但是生长迅速，能早日发挥缓冲作用。中间区也种植本地树木，它们能为野生生物提供栖息地。该区域还可以吸收核心区遗漏的杂质，是林木和草本植物之间的重要过渡。核心区紧邻河畔，是抵御河水污染和侵蚀的第一道防线，主要由天然草丛组成。对于各区域内种植的草木种类，当局甚至提供了专门的文件给予指导。

此外，美国国家农林业中心开发了一种名为“缓冲带建设者”的设计工具，这是一种基于地理信息系统（GIS）的计算机程序，用于设计缓冲带中的过滤植物，利用地形分析来解决问题。

依法治污：英德颁布多项法律

治污路径在依法。几十年来，发达国家在治理环境污染的过程中用过许多手段，很大程度上要归功于针对污染源头的监管和法律行动。下面我们以英国和德国这两个重要的欧洲国家为例，简要说明其如何依法治污。

英国在1963年颁布了《水资源法》，又于1973年通过制定基本的《水法》及专项法律来完善水法体系。在泰晤士河流域治理上，根据《公共健康法》《防污染法案》《污染控制法》等法律法规，规定各工厂的废水需自行处理，符合一定的水质标准后才能排入泰晤士河中。英国是以“环境-经济-水环境-投资-效益”为一体化的环境决策模型。在流域层面实施的是以流域为单元的综合性集中管理，即在环境部下设水务局，水务局下面有西北水务公司和泰晤士河水务公司等10个分公司。这些水务公司是对河流进行统一规划与管理的权力性机构，有权提出水污染控制政策法令、标准，有权控制污染排放，在经济上也有独立性。英国采取“使用者支付”和“污染者付费”的经济管理手段，如今已经被越来越多的国家奉为治污的“金科玉律”。

德国目前实行的是1996年修订的《水资源管理法》，该法律关于水资源管理和保护的规定详尽到了具体技术细节，它对城镇和企业的取水、水处理、用水和废水排放标准都有明确的规定。德国自1970年以来，还与法国、荷兰、瑞士和卢森堡草拟了三个国际条约，确定了向莱茵河排放污水的标准。德国成立了专门的流域管理机构，加强流域沿岸地区的合作，共同承担污染治理责任，该机构确立了流域水环境保护的原则。经济调节是德国保护和治理水环境的重要手段。其主要经济手段包括：规定自来水价格、征收生态税和污水排放费，以及对私营污水处理企业减税等。德国境内有多条跨境流域，与邻国合作也是德国进行水污染治理的手段。

近几年来，欧盟及其成员国每年花费在治理污染土壤与污水的资金投入已超过60亿欧元。根据欧盟环境署的报告，到2025年欧盟土壤污染面积可能增加25%， 20%的水生态系统将受到污染的严重威胁。在危机感的压迫下，由欧盟工业界主导、众多创新型中小企业参与的欧洲创新机构，长期探索纳米技术在污染土壤与污水治理中的應用，部分科技创新成果已成功商业化。这些纳米材料主要包括纳米零价铁材料、纳米碳铁复合材料、纳米铁氧化物材料、纳米铁沸石材料和生物纳米铁磁复合材料等，可应用于各类污染土壤与污水的治理，又可避免不必要的二次污染，是欧盟很有代表性的治污技术。

发展中国家需要低成本治污技术

长期以来，发达国家在污染治理技术研发和创新领域占有绝对优势，掌握的创新资源显著超过发展中国家，后者在包括环保治污等高端技术领域不得不长期依赖发达国家的技术转移和技术支持。因此，成本更低、更易推广的技术很多时候更容易在发展中国家的污染治理中发挥作用。美国工程院院士、加州大学伯克利分校的阿肖克·加吉尔教授的电化学除砷技术（ECAR），就是这样一种治理水污染的新锐技术。

金属离子是地下水中最为普遍的污染物，铬、砷、铀、汞等重金属离子一旦浸入水中，就很难降解，从而产生持久性污染。以砷为例，其各种化合物均有毒性。在中国、美国的不少地区，都存在地下水砷含量超过世界卫生组织规定的饮用水水质标准的现象。处理砷污染的常规方法操作起来非常复杂，需要很高的资本和运营成本。阿肖克·加吉尔教授团队从电化学水处理技术和电容去离子技术着手，使用低压电溶解铁电极，从而生成氧化铁（铁锈）。铁锈颗粒吸收砷，产生较大的颗粒，然后将其从溶液中滤出，该过程主要采用重力沉降加明矾的方法来减少沉降时间。

阿肖克·加吉尔教授团队使用的技术受到赞赏，不仅因为其创意新颖，更在于其成本低廉和在农村地区的实用性。该技术主要适用于社区一级的组织，如2000人以下的农村地区。经过印度西孟加拉邦现场试验，结果显示通过该技术可将地下水中的砷浓度从266微克/升降至约5微克/升，远低于世界卫生组织规定的饮用水水质标准（即砷浓度<10微克/升）。在前期设备安装完成后，后期运营主要消耗的是明矾，只需每人每天花费约两毛钱人民币就能喝上安全的饮用水，不再担心砷污染。

为治理好水、土、气的污染，主要发达国家数十年来历经曲折，在治理技术、管理机制和法律保障等方面进行了大量探索。尽管期间多有挫折，政治风向时常发生变化，但如今他们还是依靠“精准治污、科学治污、依法治污”取得了显著成绩，其做法和经验说明，中外在治理污染方面可谓异曲同工。