歐美環(huán)境改善離不開科學(xué)治污

劉國偉

精準(zhǔn)治污：定位污染源助洛杉磯空氣達(dá)標(biāo)

20世紀(jì)50年代，美國接連發(fā)生了多諾拉煙霧事件、洛杉磯光化學(xué)煙霧等大氣污染事件，造成大量人員傷亡，也讓美國政府意識到空氣污染的嚴(yán)重程度。為了解決問題，讓政府更好地履行職責(zé)，20世紀(jì)60年代以后，美國聯(lián)邦政府陸續(xù)制定和修訂了以《清潔空氣法》為主的聯(lián)邦法律，組建了美國環(huán)保署（EPA）作為一個(gè)獨(dú)立的行政機(jī)構(gòu)。

鉛是《清潔空氣法》管控的危害公眾健康和環(huán)境的污染物。2008年，美國環(huán)保署提高了鉛的大氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。但根據(jù)2007至2009年的監(jiān)測數(shù)據(jù)，洛杉磯部分地區(qū)不達(dá)標(biāo)。因此洛杉磯地區(qū)必須迅速行動(dòng)起來，保證在2015年底前達(dá)標(biāo)。為此，在2012年的洛杉磯地區(qū)大氣治理計(jì)劃中，當(dāng)局制定的關(guān)于鉛治理的措施首先就是精準(zhǔn)定位污染源。

通過大量的監(jiān)測和實(shí)地調(diào)查，監(jiān)管部門發(fā)現(xiàn)了當(dāng)?shù)匚廴境瑯?biāo)的主要地區(qū)以及污染來源。洛杉磯大氣質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的主要原因是當(dāng)?shù)氐膬蓚€(gè)大型電池回收設(shè)施，即?？巳驴萍脊竞涂滋┛斯?。從1972年就在洛杉磯投入運(yùn)營的魁米泰克公司每天能回收600噸鉛酸電池，儲存了大量危險(xiǎn)廢物，從此該公司和?？巳驴萍脊揪统蔀槁迳即壄h(huán)境監(jiān)管機(jī)構(gòu)的重點(diǎn)關(guān)注和管理對象。

除此之外，洛杉磯針對傳統(tǒng)鉛排放源也采取了相應(yīng)措施，如大量淘汰使用含鉛汽油的車輛，對于金屬加工工業(yè)的工藝進(jìn)行改進(jìn)，對加工流程實(shí)施嚴(yán)格把控；建立全面的區(qū)域排放監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和規(guī)則，更對鉛酸電池回收行業(yè)制定長期的專項(xiàng)治理策略。經(jīng)過一系列組合拳出擊，監(jiān)測表明，洛杉磯地區(qū)大氣中的鉛含量自1975年以來已降低了兩個(gè)數(shù)量級，取得了較好的效果。

值得一提的是，此前作為重度污染源登上“黑名單”的魁米泰克公司，后來就沒過上好日子。有報(bào)道稱，2018年11月，該公司由于違反了29項(xiàng)州危險(xiǎn)廢物法規(guī)被起訴。2019年2月19日，洛杉磯當(dāng)局否決了該公司擴(kuò)張鉛酸電池回收產(chǎn)能的計(jì)劃。這一案例除了直接說明“治污要害在精準(zhǔn)”，也側(cè)面反映出洛杉磯在空氣質(zhì)量監(jiān)管上不是“一陣風(fēng)”。

人工智能預(yù)測湖水藻類爆發(fā)

雖然現(xiàn)代意義上的污染治理是比較晚近的事情，但人類似乎很早就不約而同地發(fā)現(xiàn)了同一種解決方案——稀釋。傳統(tǒng)的治污方式因此大多是稀釋：把煙塵排入空中，讓臟水流入江河湖海。這么做的前提是人們認(rèn)為稀釋空間幾乎是無限的。在以生存為第一要?jiǎng)?wù)的人類早期歲月里，因?yàn)槿丝诿芏鹊?、排放物比之現(xiàn)代經(jīng)常更為溫和，這種治污方法百試不爽。但在世界各國對環(huán)境保護(hù)日益重視的當(dāng)下，老方法顯然不再行得通了。

如今，我們已經(jīng)知道了各種各樣的污染物匯聚在地球的湖泊、河流、溪流、地下水及海洋中。例如，當(dāng)農(nóng)業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)向河道中注入過多的氮和磷等養(yǎng)分時(shí)，這些養(yǎng)分通常會助長藻類大量繁殖（即藻華現(xiàn)象），然后形成一片死氣沉沉的低氧區(qū)域，令魚類和其他水生生物無法繁衍。雖然各大陸上為數(shù)不少的湖泊受到藻華危害，可是2009年中美洲最深的湖泊阿蒂特蘭湖水面有一半被藻類覆蓋時(shí)，從當(dāng)?shù)厝说礁鲊沫h(huán)境學(xué)者們都感到極為震驚。

危地馬拉的阿蒂特蘭湖形成于8.4萬年前的火山爆發(fā)，其優(yōu)美的景色使之被譽(yù)為世界上最美的湖泊之一，它為居住在湖邊附近的居民提供清潔的飲用水。英國著名作家奧爾德斯·赫胥黎不吝溢美之詞地稱阿蒂特蘭湖“實(shí)在是美得過分”。但本世紀(jì)以來，藻華不斷在如詩如畫的湖面出現(xiàn)，規(guī)模最大的一次出現(xiàn)在2009年，以至于美國宇航局的“泰拉”衛(wèi)星從太空中捕捉到了這一明顯變化。

藻華給人類帶來的健康和經(jīng)濟(jì)影響超出大多數(shù)人的想象。它不但會引起皮疹和其他疾病，同時(shí)其令人不快的外觀和氣味會讓許多旅游地的收入減少，營養(yǎng)物質(zhì)過多導(dǎo)致水中的硝酸鹽含量高，對嬰兒尤其有害。

美國在防治藻華上有著不錯(cuò)的技術(shù)保障，為了預(yù)測得克薩斯州和佛羅里達(dá)州沿海地區(qū)的有害藻華，美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）有衛(wèi)星報(bào)告做技術(shù)支持。但由于在危地馬拉尚沒有技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施來警告當(dāng)局的藻類繁殖的發(fā)生，《美國國家地理》雜志為其提供了幫助。

弗洛雷斯就是11位獲得“國家地理計(jì)劃”資助的專家之一，2018年他們獲得了數(shù)百萬美元的資助，以開發(fā)有助于保護(hù)自然環(huán)境或生物多樣性的人工智能計(jì)劃。按照計(jì)劃，弗洛雷斯和危地馬拉地方當(dāng)局在接下來的幾年中繪制藻華圖，開發(fā)新的人工智能軟件，幫助當(dāng)?shù)馗玫仡A(yù)測湖水藻類何時(shí)何地爆發(fā)。她希望新技術(shù)還可以幫助當(dāng)?shù)氐姆钦M織和環(huán)保組織鎖定污染物的來源。目前，他們知道農(nóng)業(yè)徑流和未經(jīng)處理的污水都會導(dǎo)致藻華，但是湖泊受影響的地方和強(qiáng)度仍然是個(gè)謎。她說：“當(dāng)我們確定持續(xù)導(dǎo)致藻類大量繁殖的關(guān)鍵變量時(shí)，就會開始采取行動(dòng)。”

弗洛雷斯認(rèn)為，使用人工智能來識別藻華起源的好處之一，就是收集信息變得成本更低、速度更快和共享更輕松。此類人工智能技術(shù)的使用場景還包括監(jiān)視非洲日益增長的農(nóng)業(yè)，繪制老舊的水壩，甚至通過快速分析視覺和聲學(xué)監(jiān)測中的信息以跟蹤動(dòng)物種群。美國微軟公司首席環(huán)境辦公室負(fù)責(zé)人盧卡斯·喬帕認(rèn)為：“人類的創(chuàng)造力與人工智能帶來的速度、力量和規(guī)模相結(jié)合，是我們?yōu)榈厍蚣懊總€(gè)人創(chuàng)造更美好未來的最佳選擇?！?img src="https://cimg.fx361.com/images/2021/02/04/qkimageshjyshjys202009hjys20200907-4-l.jpg"/>

科學(xué)治污：河岸緩沖帶技術(shù)惠而不貴

美國與我國一樣，是大江大河縱橫交錯(cuò)的國度。建國200多年來，美國在工業(yè)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、城鎮(zhèn)化不斷推進(jìn)的過程中，河流污染的問題日益突出，在20世紀(jì)中后期變得尤其嚴(yán)重。總體來說，導(dǎo)致美國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攜帶著流過地面，污染物大多含有來自農(nóng)場和家庭的化肥、農(nóng)藥、石油、牲畜糞便和垃圾等污染物。

治污的關(guān)鍵在科學(xué)，找到惠而不費(fèi)的科學(xué)技術(shù)更是關(guān)鍵中的關(guān)鍵。河流污染治理的技術(shù)不計(jì)其數(shù)，又好又省才是王道。作為美國常見的一種河流污染治理技術(shù)，河岸緩沖帶技術(shù)在操作、維護(hù)方面顯得較為簡單易行。

河岸緩沖帶，即在毗鄰于水體處設(shè)立的天然或人工植被區(qū)，可減少雨水污水徑流、有害物質(zhì)過度沉積，防止河流侵蝕土壤，還有助于地下水補(bǔ)給，并可為野生動(dòng)物提供棲息地和走廊，改善生物多樣性。鑒于河岸緩沖帶可觀的環(huán)境收益，它已成為美國非常普遍的環(huán)保和治污措施。

為了在美國私有土地上推廣河岸緩沖帶，當(dāng)局采取了很多措施，鼓勵(lì)土地所有者在水體面源污染幾率大且容易受水系侵蝕的區(qū)域設(shè)置河岸緩沖帶。如內(nèi)布拉斯加州為私人建設(shè)河岸緩沖帶提供施工費(fèi)、簽約獎(jiǎng)勵(lì)等。這些激勵(lì)與聯(lián)邦農(nóng)地保護(hù)與儲備計(jì)劃（CRP，有些類似我國實(shí)施的退耕還林工程）結(jié)合起來，效果頗佳。因?yàn)閷?shí)行CRP后，私人土地停產(chǎn)肯定會造成經(jīng)濟(jì)損失，而在收益差、容易受到侵蝕的土地上建設(shè)河岸緩沖帶能夠得到當(dāng)局的補(bǔ)償。

從長期可持續(xù)性來看，只需進(jìn)行很少的維護(hù)即可使緩沖區(qū)保持良好狀態(tài)。緩沖帶的草木長成后，它們會自然再生并起到更有效的緩沖效果。就治污成效而言，美國佐治亞大學(xué)花了9年時(shí)間進(jìn)行的一項(xiàng)研究表明，河岸緩沖帶能夠從河流中去除至少60%的氮和65%的磷。看來，不僅發(fā)達(dá)國家對河岸緩沖帶有需求，在缺乏資金卻又想在中小城鎮(zhèn)安裝水處理和供水系統(tǒng)的發(fā)展中國家，河岸緩沖帶也不失為保護(hù)水生生物多樣性和水質(zhì)的有效方法。

河岸緩沖帶技術(shù)相對簡單易行，但并不代表其沒有技術(shù)含量。根據(jù)馬里蘭州和內(nèi)布拉斯加州的相關(guān)技術(shù)文件，典型的美國河岸緩沖帶通常包含三塊區(qū)域。在外圍區(qū)通常種植大型本地樹種，這些樹種雖然吸收污染物最少，但是生長迅速，能早日發(fā)揮緩沖作用。中間區(qū)也種植本地樹木，它們能為野生生物提供棲息地。該區(qū)域還可以吸收核心區(qū)遺漏的雜質(zhì)，是林木和草本植物之間的重要過渡。核心區(qū)緊鄰河畔，是抵御河水污染和侵蝕的第一道防線，主要由天然草叢組成。對于各區(qū)域內(nèi)種植的草木種類，當(dāng)局甚至提供了專門的文件給予指導(dǎo)。

此外，美國國家農(nóng)林業(yè)中心開發(fā)了一種名為“緩沖帶建設(shè)者”的設(shè)計(jì)工具，這是一種基于地理信息系統(tǒng)（GIS）的計(jì)算機(jī)程序，用于設(shè)計(jì)緩沖帶中的過濾植物，利用地形分析來解決問題。

依法治污：英德頒布多項(xiàng)法律

治污路徑在依法。幾十年來，發(fā)達(dá)國家在治理環(huán)境污染的過程中用過許多手段，很大程度上要?dú)w功于針對污染源頭的監(jiān)管和法律行動(dòng)。下面我們以英國和德國這兩個(gè)重要的歐洲國家為例，簡要說明其如何依法治污。

英國在1963年頒布了《水資源法》，又于1973年通過制定基本的《水法》及專項(xiàng)法律來完善水法體系。在泰晤士河流域治理上，根據(jù)《公共健康法》《防污染法案》《污染控制法》等法律法規(guī)，規(guī)定各工廠的廢水需自行處理，符合一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后才能排入泰晤士河中。英國是以“環(huán)境-經(jīng)濟(jì)-水環(huán)境-投資-效益”為一體化的環(huán)境決策模型。在流域?qū)用鎸?shí)施的是以流域?yàn)閱卧木C合性集中管理，即在環(huán)境部下設(shè)水務(wù)局，水務(wù)局下面有西北水務(wù)公司和泰晤士河水務(wù)公司等10個(gè)分公司。這些水務(wù)公司是對河流進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃與管理的權(quán)力性機(jī)構(gòu)，有權(quán)提出水污染控制政策法令、標(biāo)準(zhǔn)，有權(quán)控制污染排放，在經(jīng)濟(jì)上也有獨(dú)立性。英國采取“使用者支付”和“污染者付費(fèi)”的經(jīng)濟(jì)管理手段，如今已經(jīng)被越來越多的國家奉為治污的“金科玉律”。

德國目前實(shí)行的是1996年修訂的《水資源管理法》，該法律關(guān)于水資源管理和保護(hù)的規(guī)定詳盡到了具體技術(shù)細(xì)節(jié)，它對城鎮(zhèn)和企業(yè)的取水、水處理、用水和廢水排放標(biāo)準(zhǔn)都有明確的規(guī)定。德國自1970年以來，還與法國、荷蘭、瑞士和盧森堡草擬了三個(gè)國際條約，確定了向萊茵河排放污水的標(biāo)準(zhǔn)。德國成立了專門的流域管理機(jī)構(gòu)，加強(qiáng)流域沿岸地區(qū)的合作，共同承擔(dān)污染治理責(zé)任，該機(jī)構(gòu)確立了流域水環(huán)境保護(hù)的原則。經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié)是德國保護(hù)和治理水環(huán)境的重要手段。其主要經(jīng)濟(jì)手段包括：規(guī)定自來水價(jià)格、征收生態(tài)稅和污水排放費(fèi)，以及對私營污水處理企業(yè)減稅等。德國境內(nèi)有多條跨境流域，與鄰國合作也是德國進(jìn)行水污染治理的手段。

近幾年來，歐盟及其成員國每年花費(fèi)在治理污染土壤與污水的資金投入已超過60億歐元。根據(jù)歐盟環(huán)境署的報(bào)告，到2025年歐盟土壤污染面積可能增加25%， 20%的水生態(tài)系統(tǒng)將受到污染的嚴(yán)重威脅。在危機(jī)感的壓迫下，由歐盟工業(yè)界主導(dǎo)、眾多創(chuàng)新型中小企業(yè)參與的歐洲創(chuàng)新機(jī)構(gòu)，長期探索納米技術(shù)在污染土壤與污水治理中的應(yīng)用，部分科技創(chuàng)新成果已成功商業(yè)化。這些納米材料主要包括納米零價(jià)鐵材料、納米碳鐵復(fù)合材料、納米鐵氧化物材料、納米鐵沸石材料和生物納米鐵磁復(fù)合材料等，可應(yīng)用于各類污染土壤與污水的治理，又可避免不必要的二次污染，是歐盟很有代表性的治污技術(shù)。

發(fā)展中國家需要低成本治污技術(shù)

長期以來，發(fā)達(dá)國家在污染治理技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新領(lǐng)域占有絕對優(yōu)勢，掌握的創(chuàng)新資源顯著超過發(fā)展中國家，后者在包括環(huán)保治污等高端技術(shù)領(lǐng)域不得不長期依賴發(fā)達(dá)國家的技術(shù)轉(zhuǎn)移和技術(shù)支持。因此，成本更低、更易推廣的技術(shù)很多時(shí)候更容易在發(fā)展中國家的污染治理中發(fā)揮作用。美國工程院院士、加州大學(xué)伯克利分校的阿肖克·加吉爾教授的電化學(xué)除砷技術(shù)（ECAR），就是這樣一種治理水污染的新銳技術(shù)。

金屬離子是地下水中最為普遍的污染物，鉻、砷、鈾、汞等重金屬離子一旦浸入水中，就很難降解，從而產(chǎn)生持久性污染。以砷為例，其各種化合物均有毒性。在中國、美國的不少地區(qū)，都存在地下水砷含量超過世界衛(wèi)生組織規(guī)定的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象。處理砷污染的常規(guī)方法操作起來非常復(fù)雜，需要很高的資本和運(yùn)營成本。阿肖克·加吉爾教授團(tuán)隊(duì)從電化學(xué)水處理技術(shù)和電容去離子技術(shù)著手，使用低壓電溶解鐵電極，從而生成氧化鐵（鐵銹）。鐵銹顆粒吸收砷，產(chǎn)生較大的顆粒，然后將其從溶液中濾出，該過程主要采用重力沉降加明礬的方法來減少沉降時(shí)間。

阿肖克·加吉爾教授團(tuán)隊(duì)使用的技術(shù)受到贊賞，不僅因?yàn)槠鋭?chuàng)意新穎，更在于其成本低廉和在農(nóng)村地區(qū)的實(shí)用性。該技術(shù)主要適用于社區(qū)一級的組織，如2000人以下的農(nóng)村地區(qū)。經(jīng)過印度西孟加拉邦現(xiàn)場試驗(yàn)，結(jié)果顯示通過該技術(shù)可將地下水中的砷濃度從266微克/升降至約5微克/升，遠(yuǎn)低于世界衛(wèi)生組織規(guī)定的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（即砷濃度<10微克/升）。在前期設(shè)備安裝完成后，后期運(yùn)營主要消耗的是明礬，只需每人每天花費(fèi)約兩毛錢人民幣就能喝上安全的飲用水，不再擔(dān)心砷污染。

為治理好水、土、氣的污染，主要發(fā)達(dá)國家數(shù)十年來歷經(jīng)曲折，在治理技術(shù)、管理機(jī)制和法律保障等方面進(jìn)行了大量探索。盡管期間多有挫折，政治風(fēng)向時(shí)常發(fā)生變化，但如今他們還是依靠“精準(zhǔn)治污、科學(xué)治污、依法治污”取得了顯著成績，其做法和經(jīng)驗(yàn)說明，中外在治理污染方面可謂異曲同工。

（本文在寫作中參考了聯(lián)合國、美國農(nóng)業(yè)部、世界資源研究所、《美國國家地理》雜志等網(wǎng)站的信息，在此一并致謝！）