水資源是人類社會賴以生存的前提，聯合國環境規劃署預測水汙染將成為21世紀大部分地區面臨的最嚴峻環境問題。隨著我國工業化和城市化進程加快，水汙染日益加重，截止2018年，全國地表水體受到嚴重汙染的劣Ⅴ類水體所佔約10%，一線城市的水汙染問題尤其突出，其中許多甚至出現了季節性和常年性水體黑臭現象。河流汙染已經成為制約社會經濟發展，影響城市形象和生態安全的重大環境問題。2015年4月，國務院發佈了《關於印發水汙染防治行動計劃的通知》，要求以改善水環境質量為核心，系統推進水汙染防治。目前，全國興起了黑臭水體治理的熱潮，但是缺乏科學、系統的治理思路，陷入了“頭痛醫頭腳痛醫腳”的誤區；有些注重單一的技術，忽略採用集成技術進行綜合治理；有些採用末端治理，黑臭水體反覆出現；有些過度強調生態與景觀，忽視自然生境的構建。本文參考了芝加哥水汙染治理模式，以期為中國水汙染治理管理體系的改進提供借鑑。
芝加哥水汙染概況
芝加哥（Chicago），又稱風城，芝城，是世界著名的旅遊勝地。芝加哥位於密西西比河（Mississippi River）水系和五大湖水系的分界線上，東部毗鄰北美五大湖之一，也是唯一全部屬於美國的湖泊——密歇根湖（Michigan lake）。境內有兩條河流，芝加哥河（Chicago River）流經市中心，卡拉麥特河（Calumet River）則穿過城市南部的工業區。兩條河流原來都流入密歇根湖，20世紀初，為了讓芝加哥河的城市汙水不再繼續汙染密歇根湖水，芝加哥河水流方向被倒轉，通過運河向南匯入密西西比河水系。芝加哥雨水充足，年平均降水量為965mm，夏季為降水最多的季節，降水通常是雷雨或陣雨的形式，少有持續的降水。冬季則降水最少，通常都是下雪的形式。
1981年，芝加哥人最稠密地區包括芝加哥市971km²內，有53%是河流制下水道，全長8050km，有640個溢流口，晴天有0.57t/d汙水流入汙水處理廠，暴雨時雨水挾帶汙水排入河道，其中有世界上最大的西南汙水處理廠, 處理能力為0.50t/d。雨天流量經常是汙水量的5倍，大雨時可能達40倍。芝加哥雨季時間較為不規律，有時五年一次而有時一年五次，極易造成水漫溢倒灌千家萬戶的地下室，路面積水，交通斷絕。
環境汙染問題
19世界下半葉，美國城市高速發展，清潔水需求和汙水排放成為困擾美國城市發展的突出問題。
芝加哥作為城市化的典型代表，不可避免地需要面對人口的快速增長和工商業的發展帶來的問題，使得為城市主要水源的密歇根湖及湖邊區域在此期間受到嚴重汙染。除了高速的城市發展，芝加哥的自然地理條件也為城市的發展帶來挑戰。芝加哥僅略高於密歇根湖湖平面，低平的地勢必然會給排水帶來困擾。
在19世紀汙水排放系統建立之前，居民只能直接將汙水、廢水倒於地表，水分只能被蒸發或者被土壤吸收。而芝加哥位於淺層沙地上，沙地下是不滲水的黏土層，所以使芝加哥的地面像沼澤一樣，常處於泥濘不堪的狀態。這樣的地理結構帶來了非常巨大的安全隱患。在給水設施和排水設施都較為匱乏的時代，人民普遍使用井深較淺的井水。而不滲水的黏土層會使汙水迴流到這些較淺的水井中，影響井水水質，成為傳染病的媒介。在降雨較多的夏季，路面堆積的垃圾也容易被雨水沖刷進這些水井中，導致更進一步的汙染。所以水汙染問題被認為是導致19世紀中期芝加哥霍亂與痢疾高發的主要原因之一。
芝加哥主要環境治理策略
治理歷程
1851，芝加哥通過法案成立芝加哥汙水排放委員會，負責統籌給排水的所有事物；保證擬修下水道的建設不影響以後的擴展；規定私用排水管和公共排水管連接的地點、形式、材料和建設方式以及發行債券、購買土地、建造建築等等，同時也廣泛收集民眾意見。
芝加哥地勢平坦，且不滲水的黏土層會使地面汙水迴流、囤積，因此造成路面常年泥濘不堪，而積水也容易造成水質汙染、蚊蟲滋生。1852年，芝加哥通過提高街道、建築高度來保障排水管有足夠的高度，利用地心引力保證排水。密歇根湖是提供芝加哥飲用水的湖泊，但同時汙水也向密歇根湖排放。1854-1860年，芝加哥鋪設近86.9km的下水道。汙水管道的建設使汙水排放量增加，從而導致密歇根湖湖水逐漸被汙染。芝加哥政府後期通過挖湖底隧道來完善供水系統，改善供水質量；另一方面通過深挖伊利諾伊-密歇根運河，引導水流沖刷芝加哥河，從而減輕水汙染，完善排水系統。1900年，芝加哥通過建設水位提升設施和閘門限流，將原本流入密歇根湖的芝加哥河的流向倒轉，使其轉而向南流入伊利諾河。從此，城市的汙水不再注入密歇根湖。1910年，芝加哥城區開始逐漸建設汙水廠，以協助這些供水系統更好地運作。到1970年，芝加哥建成當時世界上最大的汙水處理設施。
1972，淨水法（Water Pollution Control Act）出臺，淨水法明確規定了在1983年7月1日以前，全國河流都要實現能養魚和游泳。在河中發現有困難，所以在1977年，通過法律手續把達到的時間推遲到1984年7月1日。淨水法的推行使芝加哥上下形成一個法規體系。在美國，聯邦議會頒發基本法規，流域委員會根據河流功能制訂水質標準，州市政府頒發實施細則或補充法規。為了指導地方立法，環境保護總署制訂了汙染源的基準，以不影響人體健康和環境生態為前提的環境中允許的最高含量，各州、市根據技術、經濟條件和河流的功能制訂本地區的排放標準。水法還要求控制所有的城市工業水汙染。雖然當時90%的汙水都已通過汙水處理廠處理，但是芝加哥市在面對大量汙水排放和暴雨突襲問題時，這些汙水廠仍不足以解決問題，於是新的蓄洪隧道和地下水庫工程（DEEP TUNNEL）開始建設。
開展工程
01
雨水收集桶
除了使用傳統的汙水系統進行雨水收集外，芝加哥也在試行低影響開發模式（Low Impact Development；LID)。其中芝加哥政府大力推廣一個的項目為雨水收集桶（Rain-barrel Program），購買這些雨水收集桶的民眾都會收到補貼。
這些桶的作用就是分流雨水，減輕汙水系統的壓力和運輸汙水的費用。同時，這樣的雨汙分離也可以在一定程度上減緩道路泥濘程度。此外，政府鼓勵居民在日常生活中（例如花園、清洗道路）使用這些儲存的雨水，提倡節約用水的生活方式。根據調查，雨水收集桶的受歡迎程度與當地降水量無關；它們在高收入族群的小區接受度最高。在雨水收集點和“綠色小道”附近的居民區更願意接受雨水收集桶。因此，政府可以加強對於這些綠色項目的宣傳，更好地推廣居民化的雨水收集。
02
綠色小道
除了雨水收集桶，政府還大力支持了其他項目，其中一個是叫做“綠色小道”的項目。“綠色小道”是使用許多雨水收集桶組成的道路，是由蓄水桶、入水池、草地、透水地面組成的一個系統。它除去基本的分流雨水功能，還有教育功能。綠色小道上會有教育用的宣傳欄、標識來為民眾解釋這些桶的功能，並且教導他們如何把儲存在桶裡的雨水利用在日常生活裡，以及他們這樣的行為會帶來怎麼樣的積極的環境影響。
03
蓄洪隧道和地下水庫工程
芝加哥蓄洪隧道是目前世界上最大的隧道工程之一，此工程的目的是解決芝加哥市長期以來的汙水和暴雨突襲成災的問題。該隧道長211km，深 45~91m，直徑2.7~10.8m。還有252座直徑1.2~5.1m的截水豎井，645項接近地表的聚水構築物，4座泵站和5個蓄水量共1.55億m³的蓄水庫。如圖1所示。
工程分三期進行：第一期工程有隧道176.3km，豎井和聚水構築物，可截流85%造成汙染的河流下水道的水量；第二期工程包括餘下的隧道 346km，蓄水庫、泵房，收集整個市區的雨水，主要是防洪；第三期工程是市區及附近52個城鎮有關的配套工程。TARP工程所挖的蓄洪隧道（深45~91m），旨在分流芝加哥市在暴雨季節的過大汙水排放量。在汙水過剩時，汙水會被引流入TARP豎井內。豎井所連接的蓄洪隧道可儲存運輸高達 870萬m³的汙水並與地下水庫相連。過剩的汙水通過蓄洪隧道被儲存地下水庫中，在汙水處理廠壓力較小時，可將所儲存的汙水通過泵站被運輸到汙水處理廠進行處理。
TARP工程總目的：防止雨汙水倒流入密歇根湖；消除河流下水道的溢流汙染水體；提供治水的出路；履行聯邦和州政府頒佈的環保法令；用經濟上最有效的方法達到上述目的。TARP在防洪和汙染控制上取得了巨大的成功，而且如果有蓄水量更大的地下水庫投入使用時會更加的高效。在TARP投入使用後，汙水溢流的天數從每年100天降至每年50天。2015年，在Thornton水庫投入使用後，汙水溢流情況基本不再出現。密歇根湖的水質也得到了大幅度提升，更加多的魚類出現並且寄居於密歇根湖。TARP的巨大成功為世界上其他的城市提供了一個很好的模板，現在很多城市正在模仿建造相似的蓄洪隧道和地下水庫工程。芝加哥的汙水回收處理系統每天處理529萬m³的生活和商業汙水，這些汙水被分包給七個不同的汙水廠。汙水處理廠通過模仿自然界中河流的淨化過程，使得原本需一到兩週的汙水自然淨化過程縮減到八小時。經過處理的汙水最終都將被排回到河流裡，實驗證明，95%的雜質在經過汙水回收處理後可被移除。汙水回用流程如圖3所示。
汙水回收系統可分為6大步驟，具體如下：
(1)收集並將生活、商業汙水運輸至七個汙水回收處理廠。
(2)一級處理：以物理方式將大片的會損傷水泵的廢物、垃圾篩出。
(3)二級預處理：在曝氣沉沙缸中通入氣泡，使輕的汙染物（如油脂、灰塵）漂浮在水面上，而較重的物質如沙石、泥土則沉積在底部。缸中的收集器會收集沉澱下來的沙石泥土等較重的物質並排出至固廢處理池。
(4)二級處理：優化處理缸中有一組旋轉撇渣板，可以有效地將那些較輕的汙染物排出，並進一步地排出固體汙染物。
(5)三級處理：利用活性汙泥曝氣池進行三級處理。活性汙泥曝氣池中的微生物可以進一步分解和沉澱未被排出的固體懸浮顆粒，包括難以降解的有機物及能導致水體富營養化的無機物。
(6)最終處理：處理後的液體會在這一階段被排放至河道中，餘下的固廢會被運送去固廢處理廠進行下一步處理。
啟示
芝加哥的水環境經歷了先汙染後治理的歷程，早期過度發展工業經濟，忽略了環境保護，導致汙染越來越嚴重，生態越來越失衡。目前中國也在走西方國家的老路，河流汙染越來越嚴重，生態越來越失衡。從芝加哥水汙染治理策略中，我們得到了以下的啟示。
(1)縱觀上下。19世紀的管道建設規劃使得密歇根湖既是供水源，也是汙水接收者。雖然前期這樣的做法能夠應急處理當時的問題，但這也加劇了後期城市發展的矛盾。由此可見，不從大局規劃出發、不從流域整體出發，孤立地治理局部河段的汙染，是難以奏效的。水管建設應與城市建設發展規劃相輔相成。
(2)因地制宜。芝加哥並非一味地單純複製其他城市的供水、汙水系統，而是根據自身的環境條件去建設符合自身條件的給排水系統。包括提高房屋高度以保證有足夠的重力去排水、改變汙水排放流向等措施。
(3)薪盡火傳。治水從來就不是一蹴而就的事情，需要一代一代人民的共同努力和用心維護。除去基本的水網建設外，芝加哥政府也大力開展其他項目，以使其給排水系統更加完善（如“綠色小道”項目），這些項目與芝加哥自身氣候條件結合，既提高了雨汙分離效率，減緩了暴雨季節汙水廠的壓力，同時也為發揮了一定的教育意義。
(4)循規蹈矩。沒有規矩，不成方圓。芝加哥早在1972年就頒佈了淨水法，讓水汙染治理有了方向和標準。詳細的法令讓事情都有了執行的模塊，並且淨水法較為人性化，若是在法令要求範圍內確實無法完成的項目，也會通過法令酌情推遲完成時間。
(5)明法審令。若規章無人遵守，那法律也不過只是一紙空文。芝加哥水務局對芝加哥供水有著嚴格的監督機制，水的pH、氯離子、金屬離子濃度等都會被嚴格監控，以確保達標。水質標準確定以後，一般具有法律效力。在美國，由地方政府貫徹執行，即根據本地區汙染源情況，制定排放標準、治理目標、採取的工程措施，以保證實現本地區河段的水質標準，並由流域委員會進行監督。此外，為了保護水質，他們還規定：未經處理過的汙水，不得直接排入清水區，在水庫中不許機動船舶行駛，防止油汙染。對自來水取水口，更是嚴加保護，白天用攝像頭監視，晚上也有巡邏機制。
(6)同舟共濟。一人之力終有限，而就算只有裨將之智，只要眾志成城，定能成就青山綠水的美好願景。美國在建立數據庫方面有較大進展。環境保護總署在華盛頓建立了一個大型數據庫，已經儲存了數據九千多萬個，包括全國的水文、水質檔案和汙染源檔案。任何一個水質管理機構，通過計算機網絡終端設備，就可以在當地隨時調用各種數據資料，供規劃或管理工作用。水質監測的現代化，推進了環境管理的現代化。水汙染治理是人類需要面對的難題，但汙染容易治理難，水汙染治理需要一步一腳印，踏踏實實地往前邁步，芝加哥的水汙染治理更能深切地告訴我們這一道理，急切進取反而會讓自己迷失方向，看不清弊端，導致日後需要為前頭的急躁誤棋付出更大的代價。
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