德國地表水土地滲濾與供水安全簡析
張健

摘要:本文簡要介紹德國的供水水源分布，土地滲濾在供水中的作用與做法

一、德國供水水源概況
　　 德國自來水普遍是直接飲用，即我們常說的直飲水。德國絕大多數自來水廠的處理工藝都比較簡單，臭氧活性炭等深度處理在自來水廠的應用比例相對較小，有的自來水廠甚至沒有消毒工藝。德國長期實施土地過濾，這種接近自然的凈化水源的做法是其整個供水系統中的一個重要組成部分。
　　 上世紀早期德國水界也有過關于直接取地表水還是河床過濾的探討。土地滲濾作為一個安全自然的供水預處理系統在業界得到廣泛認同和普及。雖然德國的一些地表水也經歷了污染較嚴重的時期但是在供水水質上一直得到了較好的保證。
　　 德國供水水源有62％來自真正意義上的地下水。即由自然水文循環，通過地表水下滲而產生的地下水。
　　 我們來看另外38％的水源的詳細組成（UBA：Versickerung und Nutzung von Regenwasser，2005）：

表1：德國地表水水源供水方式組成

　　我們看到在采用地表水作為水源供水中，直接使用河水的比例僅5％，河床及人工土地滲濾占43％。

二、地表水直接做水源供水
　　 巴登弗騰堡州的波登湖（Bodensee）供水系統是德國最大的地表水直接作為水源的供水系統，建立于上世紀五十年代。年供水量約1.7億噸水（www.zvbwv.de）服務人口約370萬人，按德國人口8250萬計，這相當于表一中水源水庫、湖泊一項的41%。
　　 波登湖供水量是該湖進水總量的約1/80，所以取水不會對湖泊原有的水文循環產生影響。取水處湖水深約250米，取水口設在60m深度，水溫5℃，從而避免湖表面層水質及底泥的影響。湖水經過濾、臭氧氧化、沙濾、加氯消毒，輸水，供斯圖加特等地區用水。
　　 波登湖在上世紀七十年代也出現了明顯的富營養化等污染，污染主要是農業面源（化肥、農藥）的污染，鐵路周邊使用的除草劑，生活廢水中的含磷、含氮物質。通過廣泛的控制措施（包括污水處理）湖水水質得到有效改善。
　　 9．11事件后，波登湖供水的防、反恐又是人們關注的議題。其實早在七、八十年代“紅色旅”（RAF，德國恐怖組織）時期就制定和實施了廣泛的安全措施。也有人認為，系統從取水和處理的設計上有對供水安全性方面詳盡的考慮，“即使投毒，作案者也要開著卡車投毒才能對此系統構成威脅”，而嚴密的監測、監控措施應該能及時檢測、發現和報警。
　　 盡管如此，上個月（05年11月）報紙報導有人宣稱將農藥倒進湖里，造成了媒體一個不小的驚慌。
　　 波登湖供水聯合體自五十年代成立以來已發展到170多個縣、市。極端情況下，成員單位可啟動其加盟以前的供水系統。

三、河床過濾
　　 河床過濾在萊茵河、Elbe河等周邊供水采用的較普遍。其做法是不直接取河水而是在河岸邊打井取水，嚴格講應是河水與地下水的混合。
　　 地表水（河水、湖水）靠水的壓力下滲（見圖1示意）。河水與地下水的比例受季節（水位）和取水量的影響。污染物在過濾中的去除主要通過吸附，生物降解。河岸過濾已經使用了幾十年，早期對污染物的去除機理并沒有很多認識，更多來自對自然過程的模擬。有關于萊茵河河岸過濾的研究顯示，在出現突發性水污染事件后，河岸過濾可以起到天然屏障的作用，污染物的穿透率可減至河水高峰濃度的1-2％。
　　 除了河岸土地過濾外，湖邊土地過濾的一個十分典型的例子筆者在另一短文中曾作了介紹，這里不再展開（張健,2005，城市污水控制與水資源若干問題反思，www.sf850.com.cn）

圖1河岸土地過濾示意圖

　　除了直接地利用河岸的土地過濾之外，在自然河岸過濾通量不夠或其他方面不具備條件時，人工的地表水反滲地下水成為重要的補充方案。

四、人工滲濾地下水
　　 用主要成份為雨水和污水處理廠出水的河水經處理后反滲地下水，西柏林的Jungfernheide水廠算是一個典型的例子。
　　 由于過量開采地下水，上世紀六十年代西柏林地下水水位下降了1.5米。為保持地下水位，西柏林開始系統實施地表水反滲地下水工程。1966年起開始用流經市區的Spree河水在給水廠周邊設反滲廠來制備地下水。最初是用篩濾（60um）來去除藻類和顆粒物。與此同時河水水質不斷下降，磷、藻類濃度逐年上升，特別是干旱季節，河水中含污水處理廠出水已達50%，所以到了上世紀八十年代不得不對河水作進一步的處理（混凝絮凝、沉淀、二次混凝和多介質過濾）。處理后的水經滲濾場（圖2）和人工溝渠濕地制備地下水。取水點處設有水質自動檢測，在污染物含量高時（如船只漏油）取水停止。

圖2：Jungfernheide 人工滲場（Baerthel：Wasser fuer Berlin，1996）

　　上世紀八十年代西柏林共建了四個類似的地表水處理廠，用于補充地下水源，其中Tegel地表水處理廠出水先作為湖水（浴場、景觀）然后補充地下水。
　　這些地下水補充設施所補充的地下水占地下水開采總量的約1/5。雖然總量有限，但它避免了1）地下水水位下降2）用地表水作為水源。

五、雨水回滲地下水
　　 城市區域雨水對地下水的補充的意義在上世紀七十年代后得到廣泛共識與重視，但德國雨水管理的歷史更久遠。城市區域最早實施雨水分片蓄積的思考是為了消減暴雨徑流對城市管網的沖擊。七十年代后普及分散雨水蓄積、回滲地下水的做法除生態意義外，同樣重要的原因是出于排水管網經濟性方面的考慮，因為進入七十年代后歷史上修建的城市管網進入了翻新、擴建的高峰期。
　　 雖然城市區域雨水回滲地下水對維護地下水源的貢獻量尚未見到系統的統計，但相關案例的研究已充分說明其生態和經濟意義。圖3顯示漢諾威一個新建居住區的雨水去處分布比較（Landeshauptstadt Hannover， Regenwassernutzung，2000)，通過系統的雨水管理工程，雨水在城市化后下滲量可以達到城市化前的通量。

六、相關議題
　　 通過土地的滲濾對地表水進行凈化在德國過去幾十年得到廣泛應用。近年來業內的研究越來越熱，可以體現在以下幾個方面：
　　1．盡管這一做法已經很普及而且已經有幾十年的使用歷史，但是污染物的去除機理方面仍然有很多不明白的地方，包括不同物質在不同pH值、含氧量、微生物濃度、種類等情況下的作用機理。
　　2．“盡管一些工業國家在給水處理上非常注重高技術裝備的應用，但仍然存在很多頭疼的問題，而河床過濾給我們提供了更自然、穩定、安全的有效凈化途徑”，這一觀點較能代表德國業內的共識。
　　3．有不少學者認為這一天然的處理思路更應該在經濟不發達的地區得到應用，特別是當河流接納較多未經處理的污水的地區，河岸過濾可以經濟地提高供水安全性。德國及其他歐盟國家的學者目前在跟印度、巴西等國家展開合作進行研究和示范。

后記：
　　 幾年前在德國接待國內一位同行朋友時我們就河岸過濾與河水直接深度處理的經濟性進行了探討，特別是在德國這樣一個盛產水技術與設備的國家為什么自然過濾先于深度處理？哈爾濱水源污染事件后業內對供水安全展開了一些討論，于是想到把上面一些的情況寫下來，也許是對開闊討論議題的一點啟發。