“水管理”概念最初起源于18世纪,其当初的内涵是在已有的自然条件和人工基础设施的影响下,一个地区的土地和地表水有关等级的状况。从19世纪初开始,水管理的概念已经包括了政府部门对于水体开展管理活动的内容。随着工业社会的发展,水管理职责中扩充了新的内容,首先,全社会对水量增加了需求,实现水量优化配置成了一个难题;其次,水污染问题凸现,必须采取措施防治水体污染;再者,由于水问题具有跨区域的性质,中央政府等高层次行政管理当局日益涉及、参与到对水管理的控制和调节中。
(1)地表水监测
水质监测工作是市场化运行方式,任何有资质的监测机构均可申请承担监测工作,检测人员必须经过专门培训,持有合格证书。各州监测机构的资质认证由州卫生部门负责。各州的地表水环境监测工作由区域水质控制委员会组织开展,包括确定监测点位、监测项目和频次,并将监测报告提交给州水资源管理委员会。全州的水环境状况报告由州水资源管理委员会编制并公开发布,并上报给州政府、联邦环境保护署。根据联邦的要求,全州的水质状况每两年发布一次。
美国地表水由于污染程度较轻,自动监测工作开展较少。在加州,一些主要河段上有水量的连续自动监测系统,但没有水质的连续自动监测系统,地表水的监测主要采用人工采样、实验室分析的方式。地表水的监测项目有300多项,包括无机、有机污染物,放射性物质,矿物质,毒性污染物,生物评价项目等。不同的水体监测频次要求不一样,分为日监测、周监测、月监测、季度监测、半年监测及年监测等。
(2)污染源监测
美国的污染源实施在线监测的项目较少。对于污水处理厂,流量必须实施在线监测,有些安装浊度、PH值、CL-等的在线监测仪,但BOD、COD、NH3-N等的在线监测基本没有,这些污染物一般通过等比例采样后送实验室进行分析。对于工业废水或城市生活污水,主要由企业或城市污水处理厂自行委托有资质的监测机构进行排放水质的监测工作,自行编制排放状况报告,上报给区域水质控制委员会,并发布在一些专门的网站上,可以进行查阅,是公开的。环保署、区域水质控制委员会都可以对污染源排放水质进行检查或抽查,对污水处理厂的抽测一般为每月或每周一次。这种监督性监测是不收费的,列入本单位的运行经费中。环保署、区域水质控制委员对污染源的监督性监测也可以委托有资质的监测机构进行,但一般区域水质控制委员都设有自己的实验室,可以承
担监测工作,实验室也必须进行资质认证。对污染源的监督性监测计划由区域水质控制委员制订,环保署不干涉。
(3)水环境功能区
美国不同的地表水体有不同的功能,功能的划分由州政府决定,报联邦政府批准。当水体功能确定后,一般不再变动。涉及两个地区的水域,上游水体功能的制定必须满足下游的需要。如在加州,5个区域水质控制委员会可以制定自己区域内的规划。规划主要包括区域内水资源分布情况、不同水体的用途、水质目标和防治措施等。
3.工业污染源管理 (1)排放标准
美国工业污染源排放标准是由联邦统一制定的。联邦环保署按工业行业进行分类,对每个行业根据其最佳可行技术确定,并执行统一的污水排放标准,美国的排放标准已经比较成熟,是其实行工业污染源管理的基础。执行统一的排放标准是为了避免污染企业在不同州之间进行转移。一般向河流排放时,标准比较严格,向海洋排放,执行的标准相对宽松一些。工业废水处理的原则是谁污染谁治理,政府不投资,只进行管理。工业源的污染控制分浓度和总量两种。对于工业源的超标排放行为,环境保护部门、水质控制委员会等部门可以对其进行处罚(如罚款),还可以上诉至法院对企业负责人进行刑事处罚。
(2)总量控制
根据联邦和州对水环境状况的监测,管理部门识别出清洁水体和已受污染的水体,对两类水体适用不同管理要求。根据《清洁水法》(见附件1)的要求,清洁水体主要以排放标准作为管理的基础,而受污染水体则要按照日最大负荷量(TMDL)确定出各个企业的排放削减量,以确保实现日最大负荷量所对应的水质目标。
日最大负荷量表征的是根据水质改善的目标所确定的水体的环境容量,它代表水体对某类污染物的自净能力。计算方法是:
其中,WLA表示点源负荷,LA表示非点源负荷,MOS表示安全余量或安全边界值;LC表示负荷容量(基
于保护或恢复目标水体的化学、物理和生态完整性,在水质不超标条件下水体在单位时间内所能吸收污染物的能力或数量)。
允许排放总量是点源的排放量、非点源的排放量和安全余量的和,其中点源的排放量所占的比例是最大的。计算日最大负荷量,是联邦《清洁水法》的要求,是进行污染物总量控制和解决水环境问题的一种手段。美国目前已在一些河流上完成如垃圾、细菌、氯化物、营养盐(主要是氮)的TMDL核算,占全部水体的10%左右。不同水体TMDL的项目不同,计算方法不同,通常需要通
过一定的数学模型进行计算。
总体来看,美国TMDL核算的工作也仍然处于发展的过程中,作为管理依据尚不成熟。 (3)排放许可证制度
美国的排污许可证分联邦和州两种。联邦环保署有权在全国范围内发放排污许可证,州、市、县环境保护部门也可以发放许可证,但只有经过所属联邦环保署的分支机构(大区办公室)审核批准之后才有效。联邦环保署发放的排污许可证有效期限是5年,州的也一样,5年后需要重新审核和发放。联邦政府发放的排污许可证的对象包括一些大型的污水处理厂。
许可证的主要内容包括:
① 污染物浓度的规定,污染物一般包括:BOD、T-SS、浊度等。有些还有重金属,如Hg、Cu、Ni 等,有机质,石油类等;
② 允许排放的废水量; ③ 治理方法、计划的有关规定; ④ 监测计划的规定,如频次、方法等; ⑤ 不允许排放的污染物的规定。
对于不同排放单位及不同排放去向,许可证的内容不一样。对于污水处理厂,还包括去除率的规定。当排水用于补充地下水时,许可证还应包括水质基本情况的描述、再利用方式的规定、回灌量及稀释的要求等内容。
许可证的申请程序是:
在加州,当企业排水进行重复利用时,还必须征求州卫生部门的意见(因为再利用水的水质标准是由卫生部门提出的)。当排放单位由于采取一定的措施,不再排放污水时,可以向发证单位申
请撤消许可证。美国的排放许可证的发放对象不仅仅是针对一些工业企业、污水处理厂等,还针对一些政府部门、市政小区等,如美国的高速公路管理局,必须取得联邦环保署或州水资源管理委员会发放的雨水排放许可证。雨水排放许可证的申请费一般是700美元,申请单位还必须提交本区域雨水治理计划。
水资源保护措施:
美国各级水资源部门在谈到目前水资源管理方面的主要工作时,都强调节约和保护的重要性。美国用水结构在20年前已基本趋于稳定,居民生活用水所占比例较高,在1950年至1980年的总用水量增长期内,农业、工业由于结构调整、降低成本以及对废水排放的严格限制,用水一直在下降,增长较快的就是城市居民和服务业用水。为此,美国水资源较紧缺的西部各州采取了许多节水措施,推广家庭节水器具,改革水价,开展节水宣传等。有的州对居民用水的限制措施非常细,甚至连灌溉草坪的时间都有明确规定。为了鼓励节水,政府规定了详细的经济政策,凡家庭、商业单位、工厂采取节水措施的都有不同程度的奖励补贴。节水措施有效遏制了用水量增长的势头。现在,各有关规划、计划中都把节水作为主要措施加以突出,尤其是西部各州,在开源与节流的关系中,首先强调的就是节流。?
在水资源保护方面,美国十分重视减少对江河的污染和水生态系统的维护。目前全美建有20 000多座污水处理厂,各种规模的污水收集处理系统保证了较高的污水处理率。一些城市划定了大面积的水源保护区,如旧金山政府就购买了饮用水源地集水区,采取严格保护措施。美国在水资源开发利用过程中,对生态系统的维护进行了大量研究。联邦垦务局所管理的西部水库,都要规定下泄生态水量,以保证动植物对水的需求。
1.地下灌注
地下灌注是美国处理废水等流体的主要手段之一,但这种技术如果应用和管理不当,将会影响地下饮用水的质量,直接危害人类健康。美国环保署与各州合作,依据法律和制定各项标准来管理地下灌注,以最大程度地保证饮用水不受污染。地下灌注是一种通过井和其他类似传输系统将液体放入到地下多孔岩石层的技术。尽管沙岩、页岩和石灰岩等岩石非常坚固,但它们仍然存在有明显的孔洞或缝隙,能够让水和其他流体进入或穿透。人类制造的各种废弃流体能够借助重力或泵的作用进入岩石孔,从而渗入到地球深层。流体包括液体、气体和泥浆等。当地下灌注井的地点选择、建造和管理都有质量保证时,地下灌注可以说是较为有效和安全的废水处理方法。
研究发现,人类最容易获得的淡水资源储存在距地表较浅的地理层即蓄水层中,这一地理层也最容易受到污染的侵害。蓄水层为河流、湖泊补充水源,尤其是在干旱季节其作用更为重要,蓄水层还是美国92%的公共供水系统的来源。由于地下灌注井中可能包含污染物并致使人类的地下饮用水资源受到污染,美国环保署根据《安全饮用水法令》(见附件2)制定了“地下灌注控制计划”(见附件3),以确保地下灌注井不会危及现在和未来的地下饮用水资源。
地下灌注控制计划指出,在地表之下、用于排放流体的任何钻井、挖井、槽或洞都是地下灌注
井,这包括10万多个技术上复杂、需要高度监控的深井。这些灌注井最多能将流体抽送到地表下3 000 m深处的隔离岩层,以及数目更多的排污系统,如化粪池、雨水道等地下一米左右处的水处理系统。
美国环保署根据被灌注流体的性质将地下灌注井分为5类,见下表。
地下灌注控制计划规定了灌注井必须达到的标准。由于前三类灌注井中有可能注入有害流体,因此环保署对之严格监控,如地点必须选在没有断层的地方,流体的灌注深度必须在不含饮用水源的岩层之下,灌注井的设计方案和建造工艺必须确保任何流体在灌注过程中不会渗透到地下饮用水源中。例如,如果要在第一类灌注井内灌注有害废弃流体,井主必须证明这些流体永远不会回到地表,或至少在1万年内不会影响地下饮用水资源,灌注深度至少得在1200m以下。在建造完工前,需要检测其完整性,此后每隔5年重新检测一次,对于灌注有害流体的井则需更加频繁地检测。
第五类灌注井数量最大,建造技术要求较低,但因距地表较浅,灌注的流体可以渗入很浅的蓄水层。对此,美国环保署主要要求对废弃流体进行监控,确保流体中不混入有害物质。
美国环保署表示,地下灌注控制计划规定了技术和管理标准,对保护美国的饮用水资源起到了积极作用。美国所有地下灌注井的建造都需要得到政府许可,各州也可以申请该计划的执行权,目前已有33个州获得了这一执行权。美国在1970年以前废水一般只进行一级处理,80年代初《清洁水法》发布以后,美国的污水处理状况发生了很大的变化。经过大规模污水处理厂的建设,现在城市生活污水至少经过二级生化处理,有些敏感区域还要求进行三级处理,经过三级处理的废水可以达到饮用水水质标准,大都进行回收利用。美国城市生活污水氮的处理主要通过硝化+反硝化技术进行,效果很好,如果废水向海域排放,也可以没有硝化+反硝化处理工艺。目前还没有考虑除