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新加坡化解水危機啟示錄:水處理技術(shù)的過人之處


時間:2017-11-06 作者:admin


新加坡四面環(huán)海,年均降雨量接近2400毫米,遠高于全球平均水平1050毫米,但由于國土面積小又缺乏自然湖泊, 蓄水能力有限,大量雨水直接流入海洋,日常生活和工業(yè)生產(chǎn)所需要的淡水資源依然極度匱乏。

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資料圖:新加坡水質(zhì)研究員將檢測湖水質(zhì)量的機器做成了天鵝的形狀,從遠處看去,就像湖里漂著幾只白天鵝一樣。

為實現(xiàn)城市化發(fā)展所需水源自給自足,同時避免西方發(fā)達國家在城市化進程中遭遇的各種環(huán)境問題,政府早在建國不久就開始根據(jù)本地自然地理和人文社會條件制定城市規(guī)劃方案,并逐漸形成自然、文化、經(jīng)濟和政治良性協(xié)調(diào)、自成一體的城市發(fā)展模式。在這個模式中,圍繞水資源的規(guī)劃和管理是基礎(chǔ)與核心,而水資源的規(guī)劃管理又包括了集水區(qū)建設(shè)和非常規(guī)水源開發(fā)兩個主要部分。

集水區(qū)建設(shè)和“ABC導則”

建國初期,新加坡幾乎只有一個淡水來源,就是從馬來西亞進口淡水。進口水源受馬來西亞的制約,一有紛爭,馬方常以斷水相威脅;盡管理論上雨水也是可以利用的淡水資源,且降雨豐沛,但因為沒有足夠的集水區(qū)和凈水系統(tǒng),導致能夠有效收集利用的降雨量極其有限??傮w而言,當時的新加坡,一方面淡水資源極度缺乏,另外一方面城區(qū)水災(zāi)頻發(fā)、河流污染嚴重、公眾衛(wèi)生環(huán)境惡劣。

這種情況下,淡水的供應(yīng)和保護成為威脅到新加坡的國家安全和發(fā)展的關(guān)鍵性問題。新加坡采取的戰(zhàn)略是先發(fā)展以水資源管理為主的城市藍綠基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),即建設(shè)并不斷擴大集水區(qū)(water catchment),通過土壤植被及河流網(wǎng)絡(luò)來滯留凈化雨水,提高雨水水質(zhì)便于循環(huán)和進一步利用。

目前新加坡已經(jīng)擁有17個蓄水池和一個暴雨收集系統(tǒng)(即每棟樓頂專門設(shè)置的用于收集雨水的設(shè)施以及將雨水輸送到蓄水池的管道)。這個系統(tǒng)中,馬洛蓄水池及其設(shè)施是目前世界上唯一采集城市居民區(qū)雨水的現(xiàn)代化集水工程,而2008年落成的濱海堤壩位列全球五大供水工程。輸送水源的管道幾乎百分百不滲漏,可以安全使用50年。整個雨水收集工程的建設(shè)和完善使得集水區(qū)面積不斷增加,現(xiàn)已達到國土面積的60%。今后,新加坡政府計劃開發(fā)應(yīng)用鹽度處理技術(shù)將臨海河流納入集水區(qū),從而將集水區(qū)面積進一步擴展至國土面積的90%。時至今日,這一水源無論是被污染還是海水侵蝕,都可以依賴膜技術(shù)加以凈化或淡化,變成安全可靠的飲用水。

此外,政府也注意到,隨著城市化的加快加深,基礎(chǔ)設(shè)施硬化程度越來越高。除了像排水溝和水渠等傳統(tǒng)雨洪管網(wǎng)系統(tǒng)外,屋頂、停車場、街道等等都是雨水無法滲透和滯留的混凝土結(jié)構(gòu)。在土地有限,防洪設(shè)置不可能無限拓展的情況下,城市內(nèi)澇成為一大隱患。于是在2006年,新加坡政府發(fā)布了由德國戴水道設(shè)計公司參與設(shè)計的“活力Active、美觀Beautiful、清潔Clean”ABC城市設(shè)計指導原則。

截至2016年,“ ABC導則”已經(jīng)應(yīng)用于32個城市建設(shè)/改造項目,其中“碧山宏茂橋公園”就是旗艦項目之一。公園內(nèi)2.7千米的垂直排水系統(tǒng)已經(jīng)被改建成總長3千米、蜿蜒于整個公園的水流系統(tǒng),河流堤岸的加固采用土壤生態(tài)工程技術(shù),結(jié)合植物及天然材料的自然特性(如植物根系可防止水土流失)與土木工程的設(shè)計原理(如土壤巖石等可減緩水流速度),以更加天然的方式將降雨引入地下或地表水體,凈化提高水質(zhì)的同時減少進入城市排水系統(tǒng)的雨水量。

此外,自然的河流也有利于創(chuàng)造出各種微生環(huán)境,形成具有多樣性的生物群落。在此基礎(chǔ)上,宏茂橋公園在河流上流設(shè)置了新加坡首個生態(tài)凈化群落,通過種植精心選擇的水生植物品種,對水生污染物和營養(yǎng)物進行過濾吸收,提供天然有效的水質(zhì)凈化處理。這樣初步凈化過的水可以作為公園內(nèi)水上樂園、兒童樂園等游樂設(shè)施的用水補給,實現(xiàn)了水的循環(huán)利用,成本低廉并具有可持續(xù)的社會經(jīng)濟效益。

規(guī)劃師和工程師還將河流與公園景觀結(jié)合,在河岸區(qū)域種植了大量綠植,修建了游樂場、餐廳及與河流平行的寬闊步道,為居民和游人提供了賞心悅目的休閑活動空間,讓人們對水和美好的濱水環(huán)境產(chǎn)生歸屬感和保護欲。宏茂橋公園也因此活得了2012年世界建筑節(jié)年度最佳景觀設(shè)計項目獎。截至2030年,將有100多個地點被確認為ABC階段性實施項目,與已經(jīng)完成的項目一起,構(gòu)建成為新加坡未來城市發(fā)展的基礎(chǔ)。

新生水與海水淡化

除了加強雨水的搜集、保護和凈化處理,新加坡政府還一直努力開發(fā)其他非常規(guī)水源。經(jīng)過科技的突破與膜技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用,到本世紀初,已經(jīng)形成雨水收集、新生水生產(chǎn)、海水淡化和外購水源構(gòu)建的“四大水喉”供應(yīng)系統(tǒng)。

新生水生產(chǎn)方面,自2002年勿洛新生水廠作為第一座新生水廠落成之后,新加坡又先后完成了四座新生水廠的建設(shè),每一座水廠的啟用都伴隨著更先進的膜技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用。經(jīng)過處理獲得的新生水各項指標上都優(yōu)于目前使用的自來水,其清潔度至少比世界衛(wèi)生組織規(guī)定的飲用水標準高50倍,而售價卻比自來水便宜至少10%。新生水工藝將污水處理和水源利用結(jié)合起來,實現(xiàn)了對寶貴的水資源的高效率的利用。

為了集約利用土地與集中生產(chǎn)新生水,新加坡投資34億元新幣(約合166億元人民幣)建造了龐大的深層隧道排污系統(tǒng),包括“樟宜”和“大士”兩個大型新生水廠。該項目的第一期工程已于2009年完工,新建成的樟宜水處理廠除了具有全球最先進的污水處理設(shè)施,還因為采用密集和覆蓋式設(shè)計,處理容量達到現(xiàn)有最大設(shè)施的2倍,而占地僅為同類工廠的三分之一,極大地節(jié)約了土地資源;另外,由于深層隧道的設(shè)計巧妙地利用了自然重力作用來輸送污水,也大大節(jié)約了泵水所需的能源。今年年初,年產(chǎn)5千萬加侖(約合1.9億立方米)的第五個新生水廠——樟宜新生水廠落成投入生產(chǎn),將新生水產(chǎn)量占全國用水總需求的比例從35%提高到40%。

由于膜制造和凈化技術(shù)的突破性發(fā)展,海水淡化工業(yè)也快速發(fā)展起來。自2005年以來,新加坡已經(jīng)建成使用兩個海水淡化廠——新泉廠和大泉廠,后者也是目前亞洲最大的海水淡化廠,在節(jié)能工藝設(shè)計方面也是全球領(lǐng)先水平。位于大泉的第三個海水淡化廠也在修建中,今年年內(nèi)可以完成;第四個海水淡化廠位于濱海東,計劃2019年底修建投產(chǎn);第五個海水淡化廠也已經(jīng)列入計劃,選址于裕廊島。

目前,新加坡生產(chǎn)的新生水能滿足全島用水總需求的40%, 經(jīng)過淡化的海水可滿足總需求的25%。隨著新加坡水處理研發(fā)重點從增加水源、降低成本、保持水質(zhì)方面向提升能源效率、加強水質(zhì)檢測及減少膜的二次污染等方面延伸,未來的計劃是在采用新技術(shù)的基礎(chǔ)上于2060年前將新生水和淡化水的供水比例進一步提高到55%和30%。

此外,隨著膜技術(shù)在新生水及海水淡化生產(chǎn)中的不斷開發(fā)和應(yīng)用,也催生了新加坡的新興產(chǎn)業(yè),即“環(huán)境及水務(wù)產(chǎn)業(yè)”,并為新加坡贏來了“全球水務(wù)中心”的美名。2003年至2015年間,這個新興產(chǎn)業(yè)的年增值就從5億新幣增加到17億新幣,并創(chuàng)造了超過11000個專業(yè)型就業(yè)崗位。從2004年開始,新加坡每兩年都會舉辦一次“新加坡國際水周”作為交流和共同解決水資源問題的國際平臺,2016年第七屆“國際水周”就見證了額度高達152億新元的水務(wù)投資貿(mào)易項目合同的簽訂。

可供中國華北地區(qū)借鑒之處

自20世紀50年代以來,在中國的華北平原上,隨著城鎮(zhèn)化、工業(yè)化發(fā)展,人類活動日趨頻密,不但使得包括地表水和地下水在內(nèi)的水資源總量大大減少,降低了水源的稀釋自凈能力,還產(chǎn)生了大量城市污水在處理不充分的情況下排入河道,致使地表水污染嚴重。

面對中國華北地區(qū)水資源堪憂的狀況,筆者認為,只要未雨綢繆,規(guī)劃以水為先,這一地區(qū)所面臨的水問題完全可以得到有效解決,而新加坡成功化解水危機的經(jīng)驗亦能提供若干啟示??偨Y(jié)起來,主要有以下幾個方面:

一、設(shè)立一個具有專業(yè)性的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)部門:公用事業(yè)局。

新加坡公用事業(yè)局原本隸屬貿(mào)易與工業(yè)部,主要負責供水、供電和煤氣的管理,而與環(huán)境相關(guān)的水務(wù)工作,包括污水排放與處理及雨水收集等,原本由環(huán)境部負責。2001年,新加坡政府對水務(wù)管理進行改革,成立了法定機構(gòu) “環(huán)境和水資源部”,并將公用事業(yè)局劃歸其管理。自此,公用事業(yè)局從環(huán)境部接管了與環(huán)境相關(guān)的水務(wù)職能,同時將電和煤氣管理職能外移,成為專業(yè)化的水務(wù)管理職能部門,真正實現(xiàn)了對水資源的全方位的規(guī)劃管理。

需要特別加以說明的一點是,法定機構(gòu)是新加坡政府治理的一大創(chuàng)新和特色。它們由國會立法設(shè)立,通過部長向國會負責,比政府部門享有更大的自主權(quán)和靈活性。在國會的授權(quán)下,各法定機構(gòu)均有政府監(jiān)管的行政職能和經(jīng)營國有企業(yè)的雙重功能,通常由董事會、經(jīng)理層、各職能部門三級管理組成,財務(wù)上一般要求自負盈虧,但對于虧損的機構(gòu)政府財政可以提供低息貸款給予支持。此外,其雇員不屬于公務(wù)員系統(tǒng),合同條約具有一定靈活性,同時又能保證工作人員的效率。這些組織上的特點使得法定機構(gòu)能更快應(yīng)對變化的環(huán)境,也能有效執(zhí)行政府高層的決策。

另外,其內(nèi)部建立了一個高級水資源管理技術(shù)中心,由50名專家成員組成,為事業(yè)局的各項決策提供專業(yè)研究和發(fā)展支持,尤其能更加充分地將有關(guān)環(huán)境的考量與新技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用納入水資源的開發(fā)與管理中。公共事業(yè)局的主要任務(wù)就是對水循環(huán)系統(tǒng)的有效監(jiān)管,使其成為一個封閉系統(tǒng)。

二、鼓勵新興技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用,培育新型產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展。

新加坡在水務(wù)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展十分迅速,特別集中在以技術(shù)驅(qū)動的新生水生產(chǎn)和海水淡化領(lǐng)域。新加坡國立大學的一項研究發(fā)現(xiàn),這些技術(shù)在新加坡的發(fā)展經(jīng)歷了四個階段,即引進吸收(2000~2007年)、自主技術(shù)發(fā)展(2007~2008年)、本地品牌國際化(2008~2010年),再次本地化(2010年至今)。

在第一階段,新加坡的技術(shù)能力還很薄弱,主要以學習吸收國外先進技術(shù)為主。為了促進學習和積累,環(huán)境與水資源工業(yè)發(fā)展理事會(EWI)于2006年5月成立。根據(jù)將新加坡打造成為集商業(yè)、投資、研發(fā)為一體的“全球水務(wù)中心”的發(fā)展愿景,理事會采用加強能力建設(shè)、產(chǎn)業(yè)集群建設(shè)和國際化的“三路”戰(zhàn)略。

加強能力建設(shè)方面的具體措施包括投資1億新元開展“環(huán)境與水資源研究計劃”,在南洋理工大學設(shè)立了“DHI-NTU水和環(huán)境研究與教育中心”,在新加坡國立大學設(shè)立了“新加坡-Delft水務(wù)聯(lián)盟”研究中心;產(chǎn)業(yè)集群建設(shè)方面,主要通過與經(jīng)濟發(fā)展部合作,吸引國際水務(wù)領(lǐng)域的重要企業(yè)(如美國的GE,日本的Nitto Denke, 德國的Siemens及法國的Veolia等)將其總部、研發(fā)中心或工程設(shè)施部門遷移至新加坡;國際化戰(zhàn)略主要在后期運用,指幫助成長起來的本地企業(yè)走向國際市場。

經(jīng)過前一階段的吸收學習,本地企業(yè)逐漸成長起來,逐漸轉(zhuǎn)向自主研發(fā)技術(shù)。為促進這一重要轉(zhuǎn)型,公共事業(yè)部選擇新生水廠的建造作為標桿項目,并引入促進公私部門合作的PPP模式(特別是DBOO模式)來為本地各類水務(wù)相關(guān)企業(yè)創(chuàng)造機會。

新加坡早期是通過大學、科研機構(gòu)與企業(yè)的產(chǎn)學研合作成功研發(fā)了以膜技術(shù)為核心的污水凈化技術(shù),隨后又與跨國公司合作實現(xiàn)了科學、技術(shù)與工程的完美結(jié)合,涌現(xiàn)了一批包括Hyflux,Suntar, Salcon,Keppel和Sembcorp在內(nèi)的本地膜法水處理企業(yè)。

隨著技術(shù)的成熟,本地企業(yè)開始走出國門。為了推動它們的國際化進程,EWI聯(lián)合新加坡國際總商會和公共事業(yè)局,通過商務(wù)代表團、貿(mào)易洽談會和各種雙邊協(xié)定來創(chuàng)造各種機會。此外,自2008年開始每年一次的“新加坡國際水資源周”,因為與“世界城市峰會”同時舉辦而極具策略地樹立了新加坡在水務(wù)領(lǐng)域的品牌,宣告了新加坡在稅務(wù)領(lǐng)域研發(fā)、培訓、政策與實施方面的領(lǐng)先地位。

三、積極科普水知識,進行大眾宣傳教育。

新加坡政府對新技術(shù)成果的宣傳和公眾教育的投入亦不可低估,因為這些舉措培養(yǎng)了市場,為本土企業(yè)提供了成長的土壤。一項研究發(fā)現(xiàn),1997年至2008年期間,政府直接或間接通過新聞媒體發(fā)布了223篇報道來推廣新生水的使用。為了展示新生水技術(shù)、增加公眾對新生水的了解和重視,公共事業(yè)局投資建造了新生水展覽館,運用互動和數(shù)字化媒體增強公眾體驗,達到教育的目的。

公共事業(yè)局還推出了“ABC水資源學習通道計劃”和一個公共教育計劃,包括鼓勵學校為各項ABC水域項目制定教育學習路徑,以促進學生對水域的了解和珍惜,鼓勵各種企業(yè)、基層組織和社會團體在ABC水域場所開展多種活動,著力通過創(chuàng)造各種體驗教育大眾愛護環(huán)境、積極接納來扶持環(huán)保新技術(shù)、新設(shè)計的出現(xiàn)。

當然,因為諸多不同,中國的華北地區(qū)不可能將新加坡利用“水資源”和發(fā)展“凈水產(chǎn)業(yè)”的具體措施進行照搬照抄,但其中兩點尤其值得決策者們進行深入思考和具體化。其一,“水資源”的概念可以大大擴展,從原來比較純凈的水源(江河湖里的淡水資源及地下水)擴充到包括所有非常規(guī)水源(包括雨水、污水和海水等),只要有足夠的創(chuàng)新思維和技術(shù)就可以最大程度地利用水資源,解決“貧水”問題。其二,創(chuàng)意和技術(shù)都需要有效的鼓勵和引導,政策機構(gòu)及其對政策的選擇和實施至關(guān)重要,該如何設(shè)立一個統(tǒng)籌機構(gòu)并確立它的組成人員和功能職責,該選擇怎樣的戰(zhàn)略(組合)來實現(xiàn)核心技術(shù)的獲得和升級,該選擇怎樣的政策(組合)和標準來幫助企業(yè)降低成本、獲取聲譽、提高競爭力等,都是在行動之前需要仔細考慮探討的。



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