劉國偉

精準治污：定位污染源助洛杉磯空氣達標

20世紀50年代，美國接連發(fā)生了多諾拉煙霧事件、洛杉磯光化學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重程度。為了解決問題，讓政府更好地履行職責，20世紀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）作為一個獨立的行政機構。

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量標準。但根據2007至2009年的監(jiān)測數據，洛杉磯部分地區(qū)不達標。因此洛杉磯地區(qū)必須迅速行動起來，保證在2015年底前達標。為此，在2012年的洛杉磯地區(qū)大氣治理計劃中，當局制定的關于鉛治理的措施首先就是精準定位污染源。

通過大量的監(jiān)測和實地調查，監(jiān)管部門發(fā)現(xiàn)了當地污染超標的主要地區(qū)以及污染來源。洛杉磯大氣質量不達標的主要原因是當地的兩個大型電池回收設施，即?？巳驴萍脊竞涂滋┛斯尽?972年就在洛杉磯投入運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)管機構的重點關注和管理對象。

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)的工藝進行改進，對加工流程實施嚴格把控；建立全面的區(qū)域排放監(jiān)測網絡和規(guī)則，更對鉛酸電池回收行業(yè)制定長期的專項治理策略。經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數量級，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。有報道稱，2018年11月，該公司由于違反了29項州危險廢物法規(guī)被起訴。2019年2月19日，洛杉磯當局否決了該公司擴張鉛酸電池回收產能的計劃。這一案例除了直接說明“治污要害在精準”，也側面反映出洛杉磯在空氣質量監(jiān)管上不是“一陣風”。

人工智能預測湖水藻類爆發(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為稀釋空間幾乎是無限的。在以生存為第一要務的人類早期歲月里，因為人口密度低、排放物比之現(xiàn)代經常更為溫和，這種治污方法百試不爽。但在世界各國對環(huán)境保護日益重視的當下，老方法顯然不再行得通了。

如今，我們已經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，當農業(yè)和工業(yè)生產活動向河道中注入過多的氮和磷等養(yǎng)分時，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，從當地人到各國的環(huán)境學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“實在是美得過分”。但本世紀以來，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濟影響超出大多數人的想象。它不但會引起皮疹和其他疾病，同時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)物質過多導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的技術保障，為了預測得克薩斯州和佛羅里達州沿海地區(qū)的有害藻華，美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）有衛(wèi)星報告做技術支持。但由于在危地馬拉尚沒有技術基礎設施來警告當局的藻類繁殖的發(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“國家地理計劃”資助的專家之一，2018年他們獲得了數百萬美元的資助，以開發(fā)有助于保護自然環(huán)境或生物多樣性的人工智能計劃。按照計劃，弗洛雷斯和危地馬拉地方當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，幫助當地更好地預測湖水藻類何時何地爆發(fā)。她希望新技術還可以幫助當地的非政府組織和環(huán)保組織鎖定污染物的來源。目前，他們知道農業(yè)徑流和未經處理的污水都會導致藻華，但是湖泊受影響的地方和強度仍然是個謎。她說：“當我們確定持續(xù)導致藻類大量繁殖的關鍵變量時，就會開始采取行動?！?img src="https://cimg.fx361.com/images/2021/02/04/qkimageshjyshjys202009hjys20200907-3-l.jpg"/>

弗洛雷斯認為，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。此類人工智能技術的使用場景還包括監(jiān)視非洲日益增長的農業(yè)，繪制老舊的水壩，甚至通過快速分析視覺和聲學監(jiān)測中的信息以跟蹤動物種群。美國微軟公司首席環(huán)境辦公室負責人盧卡斯·喬帕認為：“人類的創(chuàng)造力與人工智能帶來的速度、力量和規(guī)模相結合，是我們?yōu)榈厍蚣懊總€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"/>

科學治污：河岸緩沖帶技術惠而不貴

美國與我國一樣，是大江大河縱橫交錯的國度。建國200多年來，美國在工業(yè)化、農業(yè)現(xiàn)代化、城鎮(zhèn)化不斷推進的過程中，河流污染的問題日益突出，在20世紀中后期變得尤其嚴重。總體來說，導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場和家庭的化肥、農藥、石油、牲畜糞便和垃圾等污染物。

治污的關鍵在科學，找到惠而不費的科學技術更是關鍵中的關鍵。河流污染治理的技術不計其數，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，河岸緩沖帶技術在操作、維護方面顯得較為簡單易行。

河岸緩沖帶，即在毗鄰于水體處設立的天然或人工植被區(qū)，可減少雨水污水徑流、有害物質過度沉積，防止河流侵蝕土壤，還有助于地下水補給，并可為野生動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，當局采取了很多措施，鼓勵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)域設置河岸緩沖帶。如內布拉斯加州為私人建設河岸緩沖帶提供施工費、簽約獎勵等。這些激勵與聯(lián)邦農地保護與儲備計劃（CRP，有些類似我國實施的退耕還林工程）結合起來，效果頗佳。因為實行CRP后，私人土地停產肯定會造成經濟損失，而在收益差、容易受到侵蝕的土地上建設河岸緩沖帶能夠得到當局的補償。

從長期可持續(xù)性來看，只需進行很少的維護即可使緩沖區(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，美國佐治亞大學花了9年時間進行的一項研究表明，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水生生物多樣性和水質的有效方法。

河岸緩沖帶技術相對簡單易行，但并不代表其沒有技術含量。根據馬里蘭州和內布拉斯加州的相關技術文件，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，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)域內種植的草木種類，當局甚至提供了專門的文件給予指導。

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

依法治污：英德頒布多項法律

治污路徑在依法。幾十年來，發(fā)達國家在治理環(huán)境污染的過程中用過許多手段，很大程度上要歸功于針對污染源頭的監(jiān)管和法律行動。下面我們以英國和德國這兩個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》及專項法律來完善水法體系。在泰晤士河流域治理上，根據《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，符合一定的水質標準后才能排入泰晤士河中。英國是以“環(huán)境-經濟-水環(huán)境-投資-效益”為一體化的環(huán)境決策模型。在流域層面實施的是以流域為單元的綜合性集中管理，即在環(huán)境部下設水務局，水務局下面有西北水務公司和泰晤士河水務公司等10個分公司。這些水務公司是對河流進行統(tǒng)一規(guī)劃與管理的權力性機構，有權提出水污染控制政策法令、標準，有權控制污染排放，在經濟上也有獨立性。英國采取“使用者支付”和“污染者付費”的經濟管理手段，如今已經被越來越多的國家奉為治污的“金科玉律”。

德國目前實行的是1996年修訂的《水資源管理法》，該法律關于水資源管理和保護的規(guī)定詳盡到了具體技術細節(jié)，它對城鎮(zhèn)和企業(yè)的取水、水處理、用水和廢水排放標準都有明確的規(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國際條約，確定了向萊茵河排放污水的標準。德國成立了專門的流域管理機構，加強流域沿岸地區(qū)的合作，共同承擔污染治理責任，該機構確立了流域水環(huán)境保護的原則。經濟調節(jié)是德國保護和治理水環(huán)境的重要手段。其主要經濟手段包括：規(guī)定自來水價格、征收生態(tài)稅和污水排放費，以及對私營污水處理企業(yè)減稅等。德國境內有多條跨境流域，與鄰國合作也是德國進行水污染治理的手段。

近幾年來，歐盟及其成員國每年花費在治理污染土壤與污水的資金投入已超過60億歐元。根據歐盟環(huán)境署的報告，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)將受到污染的嚴重威脅。在危機感的壓迫下，由歐盟工業(yè)界主導、眾多創(chuàng)新型中小企業(yè)參與的歐洲創(chuàng)新機構，長期探索納米技術在污染土壤與污水治理中的應用，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鐵材料、納米碳鐵復合材料、納米鐵氧化物材料、納米鐵沸石材料和生物納米鐵磁復合材料等，可應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。

發(fā)展中國家需要低成本治污技術

長期以來，發(fā)達國家在污染治理技術研發(fā)和創(chuàng)新領域占有絕對優(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)保治污等高端技術領域不得不長期依賴發(fā)達國家的技術轉移和技術支持。因此，成本更低、更易推廣的技術很多時候更容易在發(fā)展中國家的污染治理中發(fā)揮作用。美國工程院院士、加州大學伯克利分校的阿肖克·加吉爾教授的電化學除砷技術（ECAR），就是這樣一種治理水污染的新銳技術。

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)定的飲用水水質標準的現(xiàn)象。處理砷污染的常規(guī)方法操作起來非常復雜，需要很高的資本和運營成本。阿肖克·加吉爾教授團隊從電化學水處理技術和電容去離子技術著手，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間。

阿肖克·加吉爾教授團隊使用的技術受到贊賞，不僅因為其創(chuàng)意新穎，更在于其成本低廉和在農村地區(qū)的實用性。該技術主要適用于社區(qū)一級的組織，如2000人以下的農村地區(qū)。經過印度西孟加拉邦現(xiàn)場試驗，結果顯示通過該技術可將地下水中的砷濃度從266微克/升降至約5微克/升，遠低于世界衛(wèi)生組織規(guī)定的飲用水水質標準（即砷濃度<10微克/升）。在前期設備安裝完成后，后期運營主要消耗的是明礬，只需每人每天花費約兩毛錢人民幣就能喝上安全的飲用水，不再擔心砷污染。

為治理好水、土、氣的污染，主要發(fā)達國家數十年來歷經曲折，在治理技術、管理機制和法律保障等方面進行了大量探索。盡管期間多有挫折，政治風向時常發(fā)生變化，但如今他們還是依靠“精準治污、科學治污、依法治污”取得了顯著成績，其做法和經驗說明，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、美國農業(yè)部、世界資源研究所、《美國國家地理》雜志等網站的信息，在此一并致謝?。?/p>