泰晤士河下游水环境治理（定稿）_泰晤士河下游水闸

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泰晤士河下游水环境治理

YVETTE DE GARIS

摘要 泰晤士河伦敦上游段的水质状况一直是相当良好的。但是，在19世纪和20世纪的上叶，由于人口的快速增长，而污水处理设施没有相应发展，流经伦敦市区的感潮河段的河水被废水严重污染了。本文将要描述过去200年来，河流水质恶化以及经治理后恢复的过程，这期间的几个阶段，由于缺少资金，河流水质遭到极大地破坏。第一个阶段从1800年到1850年，伦敦人口从100万增加到275万，泰晤士河被污水严重污染。其后，政府当局修建了拦截式地下排污系统。这套系统对伦敦污染治理起到了抑制作用，但将市区的污染问题转移到了伦敦下游的河口处，他们在这里修建了污水仓库以存储污水，等退潮时将污水排入河流；第二个阶段是20世纪上叶，伦敦人口暴增到800万，当时，30公里的感潮河段完全缺氧。于是，在河的两岸各修建了一座污水处理厂，代替原来的污水仓库。这项措施见效很快，河流水质马上明显好转。现在，泰晤士河下游被认为是世界上通过首都城市最清的河流，118种鱼群生活在这里，其中还包括鲑鱼。尽管泰晤士河的污水治理很成功，但是，偶尔的暴雨会将污染物直接冲到河流而引起污染，这种现象已引起了人们的重视。

1． 引言

整治恢复泰晤士河的工作前前后后共用了约120年的时间，花费了相当于几十亿美元的代价才取得了今天的成效。这项辣手的工程可以划分为两个阶段，这两个阶段中间隔了80年。第一个阶段从1860年开始，到1875年结束，期间修建了城市地下排污系统；第二个阶段为1955～1975年，期间引进了整套的污水处理设备。本文将论述从开始污染到现在污染治理基本完成为止，各个阶段的污染和治理情况。同时，本文也将提到当前由于暴雨而引起的下水道溢流而造成的污染现象。

2． 第一个污染阶段1800～1850 19世纪上叶，伦敦的人口增加很快，1800年约为100万，而到1850年增加至275万。人口的增加不可避免地会带来生活污水的增加，这些污水未经任何处理，直接排入泰晤士河的感潮河段。1850年，法律规定所有废水废物都必须流入地下排水道，使河流水质水质状况的更加恶化。这一措施造成了严重的污染后果，泰晤士河穿过市区的河段及其下游河段都被废水污染了。在1858年，伦敦到处是硫化氢难闻的气味，以至于英国国会大厦的窗户都用浸过消毒剂的床单挡上了。

更为糟糕的是，1931～1932年、1948年～1949年、1853～1854年和1865～1866年，连续爆发了霍乱，这几次流行病夺取了不下4万市民地生命。当时，伦敦的穷人们的水源主要为伦敦的八口浅井或直接从泰晤士河引水，那些井由于较浅，极易被污染，而泰晤士河里的水，就更不必说了。1852年，人们认识到霍乱和污水之间的关系，政府了颁布的城市水法，禁止将感潮河段的水作为饮用水源。

3． 第一次治理 1858～1891 1850年，在不到150km2的伦敦市区，共有150公里封闭的下水道和330公里敞口的污水沟。泰晤士河的支流，比如说Fleet河，也被当作污水口，用来排放污水，所有这些污水未经任何处理就直接排入泰晤士河。早在1832年，就有人提议在泰晤士河两岸各修建一条拦截式地下排水道，但是，直到1858年，即所谓“巨臭之年”，政府当局开始动工。这项工程包括三条与泰晤士河平行下水道，下水道直接很大，两岸各一条，北岸的一条至Beckton，南岸的一条Crone，两地位于市区中心东面25km处。这些设施将城市下水道或污水渠的污水拦截下来，并将它们输送到下游，直至上面所提到的排污口，这些污水，未经处理，在退潮时排入河口。这些长达161km的大型下水道以及三个主要泵站从1858年启动，到1875年才建造完成，它们的作用是把污染问题转嫁给下游地区。1887～1891年，Beckton和Crone排污口采用了化学沉淀法（石灰和铁盐），以减少污染物负荷量。这是污水处理的开始，不过，这种方法在当时用来根治污染物已经足够了。（不知道为什么要有三条下水道？如何布置？）

4． 第二次污染 1900～1950 进入20世纪，伦敦的人口激增，到20世纪30年代末，人口已经超过800万。随之而来的是泰晤士河水质的快速恶化，从1910年开始，到1950年，河水达到了完全缺氧的程度。其中最主要的污染来源是Beckton和Crone排污口将部分处理的污水排污河流。因为化学沉淀法只能将生化需氧量（BOD）的浓度降低到200mg/l左右，每天向河流排放的BOD负荷达300吨。而且，20世纪40年代开始使用的合成清洁剂，微生物不能分解，它们覆盖在水面上，大大降低了水面的通风性，又加重了河水的污染。这样，长达30公里的感潮河段完全缺氧，除了鳗鱼，没有鱼类能在此生存。

5． 第二次治理 1955～1975 20世纪上叶，伦敦的污水处理设施的分布渐渐变得经济合理，污水处理厂的数目有原来的182个，减少到10个。其中最大的一个位于感潮河段的上游Mogden的地区。1909年，活性污泥的污水处理技术问世，于是有人提议在Beckton建造一个完全的二级污水处理处理厂，以代替现有的27个小型处理厂。而在Beckton和Crone排污口，自从19世纪80年代引进化学沉淀污水处理技术以来，一直没有进行过技术革新。于是经过近10年的深思熟虑，终于在60年代早期达成这样的共识，只要将现有污染物减少75％，就可以保证河流的水质免于破坏。当大家还在争论不休时，Beckton新的污水处理厂已经开始建造，并与1959年竣工。它包括去除沉沙，隔栅、一级沉淀、曝气、污泥消化以及通过甲烷燃烧回收能量。Crone污水处理厂于60年代初开始动工，到1963年，主体工程已经完成。与Beckton污水处理厂的工艺不同的是，二级处理采用机械送风技术，而不是自然通风技术。

60年代初，大部分人认为，为鱼（sea trent 和鲑鱼）的迁徙而修建高质量的排水渠，这样是得不偿失的。然而，在随后的十年，人们对环境质量的要求有所提高，于是，皇家专门调查委员会建议进一步改善河口地区的水质，以发展渔业，从而在潮涨潮落时都能保证鱼的迁徙。于是，从1967年到1974年，Beckton污水处理厂改进了污水处理技术，使处理污水能力大大提高；而Crone污水处理厂，原设计中没有处理氨氮的工艺，现在也增建了该设施。而后不久，河流水质就得到了明显改善，迁徙的鱼也开始从这里经过，1974年秋天，从美国西弗吉尼亚州取来一条鲑鱼，放人泰晤士河，这是从1833年到现在，河流水质第一次变得这么好。

6． 当前状况

污水治理工程最令人惊讶的是，一旦污染源被清理后，河流很快就恢复了它的天然状态。这些设施修建后没有几年，100多种不同的鱼、大量的无脊椎动物以及各种鸟类又回到了该河流的感潮河段。此外，在上游的一些淡水支流中，繁殖了许多鲑鱼苗，不同数量的鲑鱼每年都回支流中产卵，国内鲑鱼的生存危机得到缓解。因为水中溶解氧的饱和率达到35％以上，鲑鱼才能成活，它们成了人们检验河流水质清洁程度的一种标志。

由于国家严格限制伦敦的财政支出，从1974年泰晤士水务成立，到1985年水产业宣布私有化，这期间污水处理设施的固定资产足足减了一半。这样很难维持污水处理的正常运行，伦敦和其他各地污水处理设施的状况逐渐恶化。为了符合法律的要求，在1989年私有化前夕，政府启动了一项快速的补救工程，以解决污水处理资金不足的问题，该工程于1992年完成。此后，泰晤士河委员会上市公司不断地投入大量资金来更新和改进泰晤士河下游的污水处理厂。从此，泰晤士河被普遍认为是世界上流经首都城市的水质最好的河。

不过，伦敦频繁的暴雨仍然会造成河流污染。这是因为伦敦沿用了维多利亚时期的排污系统，将污水和地表水混合排放，当暴雨来临时，水泵自动启动，将过量的水从阻挡式下水道排入临近的河段。这些污水，虽然量少，但会引起河水中含氧量的下降，而且会随着潮水的涨落上下移动。鉴于重新修建一套阻挡式排污系统十分困难，而且耗资巨大，于是，80年代运用一种特制船（配有低温复氧设施）向河流中氧浓度低的区域投放氧气。我们有两个称之为“泰晤士河气泡（Thames Bubblers）”的特制船，每只一天能向河流中投放30吨的氧气。这种船自身拥有动力装置，这样它们就可以停留在溶解氧下降最大的区域。采用压-摇-吸（preure-swing-absorption）技术，就像人工呼吸机一样，从空气中吸取氧气，投入水中，直到水体恢复正常。随着60年代水质的改善，人们对环境质量的要求越来越高，我们开始对这种处理技术的效果提出质疑。因此，泰晤士河委员会启动了一项为期三年的项目，研究怎样解决溢出水带来的污染问题的各种可能方案。不管采取哪种方案，最终解决该问题至少需要15年的时间，耗资15亿美金。

结论

总之，我们现在关心的是如何利用现有的技术来改善泰晤士河的水环境。首先，应该在伦敦建立一套独立的排污系统，也就是说，排污系统只用来输送污水，而马路上雨水应该直接流入泰晤士河。采用这种方式，不仅可以避免修建大尺寸的排污管道，还能避免污水处理设备过高的负荷，减少运行成本。将排污系统与GIS结合起来，可以充分利用污水处理设备的能力，更进一步减少运行成本。作为水污染处理系统，除非它是一种拖延资金落实的策略，不可能启动一项为期15年的研究项目。一般而言，根据系统的复杂性以及数据的有效性，我们可以接受一个为期三年的研究项目。而且，在一个工程实施之前，我们应该完成这些研究工作，以免在后面的工作中因更改设计而导致不必要的浪费，同时，这些工作应该基于某种数学模型进行的。尽管我们在50年代中期就建立了泰晤士河感潮河段的一维数学模型，但是模拟技术在当时还很不成熟。只有运用当前的计算机技术，开发决策支持系统，才能够评价各种方案的优劣，并能确定最优方案。通过这种手段，我们不仅可以符合欧盟的法律，而且可以放弃单独规划，利用整体规划来减少工程成本。

值得一提的是，我们需要寻求一种新的技术来代替当前处理污泥的方法，除此之外，其他污水处理技术不用改变。即使我们采用污水处理的新工艺，但是对于一定规模的污水处理厂，还是需要采用一定的排水渠标准、选择地点的限制原则以及活性污泥处理等其他技术。对于某些污水处理厂，尤其是那些向泰晤士河下游淡水区排放的污水厂，我们还是应该采用某些新工艺，比如二级通风的缺氧区技术。此外，我们还要保证处理单位污水量成本最小，这样选择最优工艺的过程变得更加复杂。同样，引进SCADA系统可以使日常的控制和操作自动化，从而对操作人员的业务水平要求降低。截至到1997年，我们用油轮舰队输运Beckton和Crone两个污水处理厂产生的污泥，将其投入大海。尽管这种处理方式在过去100年还没有产生什么问题，但国家还是承受着保护环境的压力，我们不得不研究新的处理方法。由于在陆地上无法找到处理污泥的合适位置，最现实的方式就是焚烧了。

最后，资金也是一个难题。尽管泰晤士河的整治工作都是政府资助的，但从当前的发展形式看，有必要寻求私人资本介入。目前有许多方式，最直接的方式就是引人风险投资。如果私人资本介入污水处理，国家职能部门只需开展战略规划、河流水质监测和污染控制等非盈利工作。