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  1. 我们今天遇到的所有环境污染问题，均源于产业生态与自然生态间的不协调。环保事业发展到今天，已经不仅限于治理达标，而要从生态角度对生产生活行为作出评估。因此，对市政工程各个环节不同物质的排放进行核算是有必要的，因为任何人为排放都会影响地球生物圈和水圈的运行。
    本书从以上角度讨论给排水新技术和生态核算的基本概念，可作为高等院校、科研院所及设计部门的参考书。
  2. 从给排水和生态学的角度看，水的化学结构式H—O—H至少揭示了四层重要含义：其一，两端开放，中间封闭，实际反映了用水单位与上下游之间的关系——在人类社会初期，它表示“河水—锅碗瓢盆—河水”，当代则应理解为水源、水厂、用户、污水厂和接纳水体之间用管路连接，是地球水圈里人为建造的循环旁路，应善始善终。其二，水的物质载体功能，空间上开放与封闭的交替出现，表明自来水携带着矿物质出厂必须进入管网封闭输送，以防污染物混入，而废水也必须经由管网封闭输送，以防污染物流出渗入地下水。这是市政工程的重要内容，也是生态系统物质循环的组成部分，尤其是城镇化推进和大型污水厂的建设，改变了碳、氮、硫、磷、金属等元素的循环路径，也在潜移默化地影响着地球生物圈，这是进行生态核算的科学理由和伦理学基础。其三，结构式代表了给排水过程中最常见的设施——明渠流（上述结构式中的字母“H”）和管流（字母“O”），其输送能力和波动范围依据设计手册。结构式两端的明渠中的水可以外溢（河段涨水），中间的管道可能充满水，这两种情况我们越来越经常看到，无论哪种情况，直接后果都是城区内涝，这其实就是在气候异常的背景下，城市观海乃至污水倒灌的水力学原因。其四，从文化层面看，这个结构式还暗合了中国园林的精髓，即水所代表的灵气，便如苏州园林中小桥亭台与水中倒影构成的完整图式，如半圆形拱桥与倒影形成的完整圆形，或者亭台楼阁及其倒影，共同点是构成某种完整的“水陆交际线”。
    在我国历史上，因为旱情年馑频发，治水更重要，给排水受到的重视程度要差一些。几千年来，人们推崇大禹，并用“吃水不忘打井人”表达对给水工作者的敬意，却很少有谁留意那些城市旱厕的清理者。我们是一个祖辈在土坷垃里刨食的民族，历史上农业生产对粪水的需求掩盖了排水者职业的重要性，人们即使承认其高尚，却也达不到治水给水者那个高度，上述结构图式所寓的“善始善终”只做了一半，就算是皇宫，也不例外。好在国人很早就养成了吃熟食的习惯，能有效切断疾病传染途径，几千年来，排水“系统”总体上简陋而平稳。现在行业内喊出了“每个人都是上游，也是下游”，是一个好的开端。
    早期罗马人不清楚明渠流和管流的区别，认为“水往低处流”是绝对的，所以“逢水（谷）架桥”就成了其必然选择。他们通过给自己出难题的方式，铸就了多个给水工程奇迹，比如两千年前完成的给水项目，在50km的长度上逢山绕行、遇水架桥，维持着万分之三的坡度，其中嘎尔输水渡槽（Pont du Gard），跨跃嘎尔冬河（Gardon），至今保存完好。当然，在创造奇迹的同时，也消耗了过多社会资源，根据文献记载，罗马城居民人数当时超过百万，人均用水量达450L/d（作为对比：现在德国人均耗水130L/d）。市政当局修建了11条输水明渠，加上市区的1360多口水井，才能满足这个用水需求。为了维护给排水设施，每年需要大量的预算。在尼禄统治结束时，罗马帝国的债务达400亿赛斯特（Sesterzen），部分就与此有关，而那时一个普通从业人员的年收入是1000赛斯特。其实，大科学家阿基米德那时已经将蜗杆泵从埃及引入希腊（欧洲今天仍然称其为“阿基米德蜗杆”），可以解决提升水位的问题。当罗马士兵野蛮杀害阿基米德的时候，大概不会想到这位大科学家可以解决很多实际问题，甚至进而加快历史的进程。古罗马移植了希腊文化，却没有学到后者的科学精神，否则也不至于在276年后那场大火中，眼睁睁看着罗马城化为灰烬。在土耳其南部古城阿斯喷多斯（Aspendos）发现的古迹显示，人们开始对倒虹吸管有一定认识并尝试应用，实践却并不成功，今天能见到的承压管古迹极其罕见，技术上的原因可能是密封问题没法解决。也是在这个地区，活水成了奢侈品，有精明的商人建造了“活水厕所”，生动体现了给水排水的紧密关联：活水从如厕者面前的小水槽流过，考虑到造纸术尚未出现，每个蹲位前有活水是非常实用和体面的事，活水在此经人左手变为污水。因为场所稀缺，达官贵人以此为时尚，许多重大的政治经济决策在这里完成，也因此将有流动水洗手的厕所变为全世界最早的腐败场所。
    同样是给排水，尼禄之后的皇帝维斯帕申（Imperator Caesar Vespasianus Augustus）却在分散型排水设施上找到了发财的机会。当时罗马市政部门在很多公共场所设置了小便收集桶，制革和农业生产者将其取走，而且很抢手。受此启发，他发明了“尿税”，规定取尿者要交税。当他儿子提图斯（Titus）对此举有微词时，他捏着一枚硬币凑近其鼻子，说了那句至今广为流传的话：“钱不臭！”。这个不起眼的税却不可小看：维斯帕申一边收尿税，一边卖荣誉头衔，在十年任期里居然还清了前任留下的400亿赛斯特债务。维斯帕申的模式实现了经济、卫生和生态效益的结合，是给排水良性循环的一个里程碑，在随后的1800年里被广泛借鉴，无论民间还是官方。在法语里，男用便池今天仍然沿用这位罗马皇帝的名字，叫作Vespasiennes。
    欧洲历史上的大疫事件使他们对水源污染有切肤之痛，意识到排水系统是重要的基础设施，因此规划排水设施都按千年大计，大城市基本上继承罗马人的传统，许多古代的排水设施今天仍然在发挥作用。但是有很多临河而建的小城市，没有管网，因此一些地区形成很特别的排泄习惯：简单地说，就是在封闭的阳台外墙上掏一个大窟窿，人可以将屁股伸到外边排便，粪便落到河里或者湖里。历史上有多次水源污染引发的大面积死亡，亦与此有关。由于粪便的价值一直存在，普通居民也用夜壶夜盆等，将粪污收集，卖给农民。在风调雨顺的欧洲，农业生产要容易得多，只要肥力充足，不愁收成。
    工业革命开始后，技术进步使现代排水系统统一建设成为可能。19世纪，英国建造了世界上第一套现代公共排水管网，城市卫生环境发生了革命性的改变。但是有趣的是：很多城市居民抗议这套系统，原因是粪污不能自己卖了，他们因此少了一笔收入。1828年，沃勒（Friedrich Wöhler）合成了尿素；20世纪初，哈博（Fritz Haber）和博世（Carl Bosch）发明了工业方法合成氨，是终结这种状况的根本原因。维斯帕申模式的原动力消失，此后城市排水遇到了资金障碍，直到今天仍然是市政部门的重要课题。
    在德国历史上，曾经出现过与排水设施有关的事故，并且影响了历史的进程，这个事故发生在腓特烈大帝位于爱尔福特（Erfurt）的行宫排水系统。这位大帝是12世纪领导德国走上崛起之路的王者。德国人做事情认真仔细是有传统的，我们今天都知道德国产品质量可靠、耐用。这一点当然也体现在一些孤立大型建筑物的排水设施建设上——将大型粪池修建在房子地板下方，几十年清掏一次，既方便，又避免了那种恼人气味经常发生。由于材料和施工质量可靠，这种做法丝毫不影响日常生活质量，甚至皇室也采用这种方法。
    12世纪，腓特烈大帝统一了德国，他在爱尔福特的行宫自带一个大型粪池，就在豪华大厅的下方。因为大厅地板质量很好，剧毒的硫化氢竟然不能丝毫泄漏，因此没有异味示警！限于当时的知识水平，人们没有留意沼气很强烈地腐蚀了地板，也不去检查。悲剧由此发生：1183年，腓特烈在此主持帝国大会时，地板突然垮塌，与会者大部分直接落入粪池！几十年没有清掏，满满一池子粪水，当场淹死了100多位高级官员和骑士。缺乏全面的排水知识，建筑质量又很高，反而屏蔽了预警功能，以致造成了重大损失。这件事情对腓特烈大帝打击很大，一直不能释怀，七年后他追随那些干将去了。腓特烈大帝死的方式相同，不过地方干净得多——于1190年在萨勒弗河淹死。
    在我国历史上，因为水污染造成的大疫不算多，最近的一次发生在1644年，也影响了历史进程。粪池里淹死高官的事件要早得多，有文字记载的就有晋景公。《左传》记，晋景公上厕所的时候坠入粪池淹死了（将食，胀，如厕，坠而卒）。史料中用了“坠”，说明两个问题：第一，那时候的粪池位于蹲位正下方，当然不会有管网；第二，粪池相当深，具有一定的储存能力。由于中国的农耕文明开始得早，对粪污的使用轻车熟路，加上农业生产节气压力，粪便不可能积累几十年才清理。在很多地方，这种情形一直持续到21世纪初，随着旧城改造、雨污分流等市政措施的实施，排水系统实现了现代化。
    然而，气候变化的脚步超过了很多人的预期，近几年，全球范围内降水的时空分布发生了剧烈的变化，例如德国就有不少城市七月份某一天的降雨量超过平年全月的量。这其实也是国内排水行业面临的问题：峰值远超管网的输送能力，于是出现了低影响开发（海绵城市）、恢复力城市等概念，目的无非是减少径流。纽约市在这方面做了非常成功的尝试，其路边渗水洼地能有效消减径流量，将部分降水直接导入地下，既补充地下水，又减轻了管网压力。当然要从根本上解决问题，还要从气候变化的策略入手，即：缓解和适应，具体到给排水行业，就是既要节能减排，又要考虑管网具备更大的缓冲能力，来消纳更大的峰值。四川柳江古镇的低影响开发建设，亦为国内方兴未艾的同类建设提供了新的样本。
    我们今天遇到的所有环境污染问题，均源于产业生态与自然生态间的不协调。环保事业发展到今天，已经不仅限于治理达标，而要从生态角度对生产生活行为作出评估。因此，对市政工程各个环节不同物质的排放进行核算是有必要的，因为任何人为排放都会影响地球生物圈和水圈的运行。
    本书从以上角度讨论给排水新技术和生态核算的基本概念，可作为高等院校、科研院所及设计部门的参考书。



    作  者
    2015年11月    ...查看更多
  1. 1  绪论：市政工程与气候变化 1
    1.1  市政工程的生态影响 1
    1.2  生态核算的主要内容 3
    参考文献 5
    2  市政污水厂的减排 6
    2.1  市政污泥的碳汇价值及其利用前景 6
    2.2  污泥碳源用于市政污水厂减排 13
    2.3  污水厂硅氧烷来源及其对沼气技术的制约 25
    2.4  德国污水厂减排设计实例 46
    参考文献 54
    3  垃圾热工艺处理中的生态考量与飞灰 60
    3.1  德国不同垃圾热处理工艺的生态核算分析 60
    3.2  焚烧工艺处理垃圾的模型 65
    3.3  危废（飞灰）的处理 69
    3.4  垃圾焚烧装置飞灰酸洗生态核算分析（瑞士） 72
    3.5  二英对健康的危害以及残留物的消除方法 75
    参考文献 93
    4  欧洲市政与基础设施建设中的环境和生态要求 95
    4.1  环评的法律基础：相关法律文件 95
    4.2  基础设施建设及环保法律体系：欧盟法律与
    成员国法律的关系、欧洲司法法院 96
    4.3 《欧盟环境影响评价导则》及其宗旨 96
    4.4 《导则》的适用范围 97
    4.5 《导则》中概念的定义 97
    4.6 《导则》的豁免范围 98
    4.7 《导则》规定的例外情况 98
    4.8  欧盟执法保障要求 98
    4.9  环评信息通报 98
    4.10  环评期限与审批结果 99
    4.11  必须进行环评的项目 99
    4.12  施工和运营阶段的环保措施 100
    4.13  政府失职情况下的补偿义务 107
    4.14  法律条文有差异时的个人权利 107
    4.15  生态影响评价的法律基础和“精神” 107
    4.16  欧盟关于生物多样性的关切点 108
    4.17  欧盟政策环境下将气候变化与生物多样性
     纳入环评中的必要性 110
    4.18  基于LCA的生态核算 111
    4.19  将气候变化和生物多样性与环评衔接：步骤化流程 111
    4.20  识别环评中的气候变化与生物多样性因子 111
    4.21  环评中涉及气候变化和生物多样性工作的难点 112
    4.22  与气候变化和生物多样性有关的效应评价方法 112
    4.23  环境和生态保护评价的例子 113
    4.24  环境和生态保护评价的科学性与严肃性 114
    参考文献 114
    5  市政工程中的排放与生态核算——低碳市政的源头 116
    5.1  绪  论 116
    5.2  生态核算的基础 120
    5.3  环境IO分析 125
    5.4  D?产品的IO-SB 135
    5.5  IO-LCI数据计算 154
    5.6  验证生成的IO-LCI和P-LCI数据 159
    参考文献 159
    6  缓解与适应——气候变化背景下市政工程规划考虑 164
    6.1  绪  论 164
    6.2  理论和概念 169
    6.3  在区域科学层面上规划对气候变化的适应 179
    6.4  地区适应气候变化的战略规划模型 190
    6.5  地区适应气候变化战略的经验研究 196
    6.6  结  论 212
    6.7  总  结 214
    参考文献 215    ...查看更多

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