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欧盟COST循环城市行动—基于自然的城市资源回收方案

发布日期:2020-11-24 来源: IWA国际水协会
  2020年,突如其来的新冠疫情让我们见识了世界如何在短短几个月里发生剧变。这场疫情让我们看到了现代城市的优势和弊端,例如一个城市被“封锁”之后,它的各种资源和供应都可能很快告急,很多社会经济活动也面临停摆。疫情让我们再次意识到可持续性和韧性对于一个城市来说是多么重要。水安全是城市韧性的重要层面。当今的城市如何才能走上可持续发展的道路?欧盟一个名叫COST循环城市行动(COST Action Circular City)的项目就将基于自然的解决方案(Nature based solutions - NBS),尤其是一些绿色基建(Green Infrastructure)引入城市,以应例如城市热岛、洪水、污水处理以及粮食供应等水挑战。
  COST行动计划由28个欧盟成员国以及11个非欧盟国家的参与。其目标是要建立一个跨学科平台,联动城市规划师、建筑师、循环经济学家、工程师、社会科学家和自然科学家,共同开发一个可以让城市应对水挑战的系统。基于自然的解决方案和绿色基建是该项目的核心元素。就像下图所展示的水-营养物质-能源-材料的循环圈,项目希望通过合作和研究,来验证基于这种理念的资源循环系统能否为城市提供健康的、可持续发展的环境。
  图1. 基于自然解决方案的资源循环社会
  最近参与了COST行动项目的科学家在IWA国际水协会的开源期刊《Blue-Green Systems》上发表了题为《基于自然的城市资源回收解决方案的回顾》的综述文章。在本期微信推送里,我们将对该跨学科国际合作成果进行简介。
  什么是基于自然的解决方案
  这份综述报告的一大目的就是明确基于自然的解决方案(NBS)的定义。研究团队将NBS定义将那些由自然带入城市的技术,以及从自然中衍生出来的技术。它们以生物有机体作为载体,能够实现城市地区的资源回收以及生态系统服务的恢复。
  综述报告的另一主要目的是对COST行动项目中涉及的92个子项目做一次总结,介绍当今的NBS应用和最新研发成果,分析各种可回收产品的发展障碍,探索NBS在微观(家庭)、中观(区镇)以及宏观 (城市) 层面的应用前景。报告主要考察了城市污水、工业废水、市政垃圾及废气排放,和垃圾分类和循环设计等,非技术内容则不在其讨论范围内 。
  城市污水
  统计显示,欧洲2.77亿人口规模的城市污水日产量约为4150万m³,但处理后的出水只有2.4%得以回用(约100万m³)。下表列出了各种城市污水资源回收技术及研究项目概况。
  表1. 城市污水资源回收技术概况及研究项目
  工业废水
  工业废水和废物可以中回收能源、碳、金属、化学品等物质,研究因此将工业废水和废物作为第二大类考察对象。下表2总结了多个行业的回收技术,包括垃圾焚烧、乳业、食品、造纸、金属行业等。
  表2. 工业废水和污染物的NBS资源回收技术及研究项目
  市政固废
  在欧盟地区,市政固废(Municipal Solid Waste, 简称MSW)占废弃物总量的10%。乍看这比例不高,但因为市政固废成分复杂,包括了家用垃圾、商业楼宇垃圾、建筑垃圾、市政污泥等,这意味着复杂的分类收集机制。下表3列出了处理市政固废的NBS技术。
  表3. 市政固废的NBS处理方法和研究项目
  废气
  NBS技术可净化室内和室外废气,包括颗粒物、SO2、NOX、N2O、O3、VOCs,还可以将CO2转化为O2。下表4总结了目前从城市废气回收二次资源的技术和项目。
  表4. 处理排放废气的NBS技术及项目一览
  城市废弃资源的分离回用
  除了末端处理,前端的资源分类也相当重要。首先可以通过雨污分离管网提高污水厂进水浓度。更进一步的理念应该是在厕所间进行资源分离,通过无水厕所、真空厕所等设施分离黄水(尿液)、褐水(粪便)、黑水(褐水、灰水、黄水混合)。第三是餐厨垃圾和生物垃圾的有机转化。下表5对这些源头分离技术和项目进行总结。
  表5. 城市污水和废弃物的源头分离技术和项目
  图2. 荷兰Sneek的真空厕所分离家庭用水的流程图
  共同问题
  NBS在城市污水、工业废水、城市固体废弃物和废气四个方面的应用有各自的困难和挑战。作者认为,总的来说NBS面临以下三方面的阻力。
  第一是缺少关注度。尽管在上述一些实例里NBS显示出比传统技术更好的表现和效率,但依然没有受到应有的重视。作者认为这些成果应得到更好的宣传,让更多的决策者了解NBS,认识其优点并建立信心和信任。
  第二是法律法规方面的障碍。NBS理念和技术很难和现行的法律法规兼容,因为一种资源用过之后就会被视作“废弃物”,其处理就要执行废弃物管理的标准。一些现有的法规并不允许对一些回收后的二级产品直接回用,例如荷兰仍在讨论城市里产生的堆肥的使用条件和范围,因为无法对每家每户自产的堆肥进行检测,无法确认其质量是否符合目前的标准。这就导致一些NBS技术无法在整个城市得到推广。
  第三是自身的技术问题。除了得到政策支持,NBS技术自身也要继续优化,它们很多还处于小试或中试规模,而且产品的卫生安全还有待验证。
  在这个阶段,其实三个方面的阻碍相互影响。只有促进和政府以及一些私人投资者的沟通才能打开市场,反过来让决策者看到成功案例,才能获得法律法规的支持,最终获得继续研发的经费,建立一个良性循环。
  小结
  在综述报告最后,作者们也提出了一些展望和建议:
  1.在更多城市和地区对现有的NBS技术进行概念验证
  2.对得到验证的NBS资源回收系统进行更大规模的试验
  3.突出NBS技术的多功能性,吸引更多的投资
  4.与价值链上的其他组织加强合作
  5.细化NBS技术的全额成本计划,以便和传统农业方法进行比较
  这份综述报告最大的亮点就是将目前欧盟超过90个基于NBS的资源回收项目进行了汇总简介,也对其技术要点和发展障碍进行了分析,非常值得读者收藏查阅。
  图3. COST行动