以色列的淨化挑戰:水沒有不夠,只是大部分是汙水

水沒有不夠,全世界到處都有水,只是大部分的水是汙水,淨化汙水是其中的挑戰。——以色列水資源主管官員夏皮拉(Sandra Shapira)

一九五○年,以色列獨立後不到兩年,政府官員開始討論用汙水灌溉某些農作物的極端想法。由於健康與「美感」的考量,這個想法很快就被否決,但也開啟了有關這個主題的對話。

由於永遠需要新的水源,以色列政府官員與農民隨後翻轉原來的反對態度,經過數十年的時間,最後終於打造出農業經濟,以及一套利用汙水的全國廢水基礎建設。沒有其他國家像以色列一樣,將回收使用汙水當成優先政策。這個國家回收利用了超過百分之八十五的汙水。在美國,就像在世界大部分國家一樣,汙水回收根本微乎其微。幾乎可以肯定,在即將到來的未來,持續增加的水資源需求,將導致每個人的用水被受限,每一個國家很快就會轉變態度,把處理過的汙水,當成一種不可或缺的新水源。

汙水曾經被認為是一種討人厭的東西,甚至是一種汙染源,但此刻在以色列的乾旱地區,汙水的價值相當於一套水利系統,汙水被視為一項寶貴的國家資源,以色列的農民甚至希望有更多汙水可以用。

汙水指的是由所有流過水槽、淋浴、浴缸或廁所的水,也包含大部分在都市街道上流進排水溝的雨水。理想上,汙水是透過一套獨立的收集與分配系統予以處理,不會接觸到淡水網絡。

在污水排放到河川或回收之前,最好它們是都被處理、淨化了,但有些國家的汙水只是被抽離出來,未經處理就被排到湖泊或溪流裡了,因此造成這些水體的健康與環境危機,並威脅到下面的蓄水層。

在人類的歷史中,因為人類和自己的排泄物住得很近,經常因此染病。直到英國麻醉師斯諾(John Snow)博士,確認一口被汙染的水井,是一八五四年倫敦霍亂大流行的源頭時,才有汙水與飲用水要分開的觀念。基於斯諾的發現,倫敦開始把汙水送到泰晤士河的下游區段,而且距離還要夠遠,臭味才不會干擾到日常生活,同時還能保護位在上游更乾淨的水,得以用來飲用、洗滌與提供種種家庭用途。

接下來數十年,一些沒把淡水與汙水分開的歐洲城市,爆發了更多會傳染的霍亂,驗證了斯諾的假設是正確的。人們得知,光是避開廢水,就能防止很多人生病致死,並提供更高的生活品質。各國的城市也開始把未經處理的汙水,引到距離都市飲水水源很遠的水道,例如溪流與海洋等。但在這件事之後,將近一百年的時間,一直維持一樣的汙水處理方式。

二次世界大戰之後,美國與英國才擁有污水排放前要先被處理過的觀念,但當時的動機並不是擔心汙染,也不是剛萌芽的環境主義使然,而是因為當時有個錯誤觀念,以為未經處理的汙水會讓人罹患小兒麻痺症,就像被汙水汙染的河水曾經導致霍亂一樣。雖然這兩者一直沒有發現因果關係,但在一九五○年代,以今天的標準來看還很原始的廢水處理程序,已經成為都市生活的基本建設。隨著戰後的繁榮,以及各國政府服務項目的擴大,這種作法也在全球各地風行。現在,全世界有超過十萬座廢水處理廠。

一開始,汙水處理有兩個程序。第一個程序是初期處理,水在流進汙水處理中心入口一連串的攔汙柵時,就會先濾掉像垃圾與碎片等較大的東西,之後才會進行主要的處理程序。之後這些水淋淋、咖啡色、聞起來很臭的汙水,會被導入大型沉澱池,在那裡,水中較重的固體與半固體有機物質,會因為重力而沉到池底。這些有機物質或汙泥,通常會被放在密封包裝裡,並丟到垃圾掩埋場。剩下來的、還有汙染性的水,就會經由專門管線排放到溪流或海洋。

人們很快就發現,在主要處理程序中還沒溶解的有機物質,會導致水道中的氧氣耗竭,因此又增加了另一道程序。在主要程序後,在混合物中加進很多益菌與氧氣。這些飢餓但友善的蟲子會吃掉仍然存在於汙水中的有機物質,例如人類排泄物、食物殘渣、淋浴時洗掉的皮膚等。吃了這頓定溫的含氧大餐之後,細菌變得又胖又重,就會沉到池底,並隨著主要處理程序的池底物質,一起被移除。

在第二個處理階段中,大部分的有機物質都被移除了,但還是有病毒與其他有毒物質,此外還有一種久久不散的氣味。第二道程序處理過後的汙水,還不安全,也不潔淨,不過,水質已經比以前好了,並且和第一道處理程序後的汙水一樣,被排放到溪流與海洋。

一九七○年代,全世界開始出現環保顧慮,有能力負擔的國家和城市就增加了第三道處理程序。這道程序會用氯、紫外線,或其他方法消毒廢水,之後才予以排放。即使現在已經把水處理到這個程度,汙水處理基本上還是被當成是種麻煩或社會成本,像垃圾一樣,很少被看成是一種機會。

《拯救水資源危機》內文附圖1

從小學開始,標準的以色列學校課程就包括保存水資源課,這是每一個人的責任。透過訓練,教學童如何用更少水洗澡、刷牙的訣竅。等到學童長大成人,省水觀念就根深柢固,並成為日常生活很重要的一部分。這張1960年代的海報提醒學童:「即使浪費一滴水,也很可惜。」(Ze’ev Lipman)

以色列一開始也和世界其他地方一樣,汙水未經處理就丟了。以色列在台拉維夫與其他沿岸城市蓋了專用管線,排放居民產生的生活廢水。這條管線深入地中海半英里,污水排出來時,會低於海平面十到十五英呎,這樣做是希望潮流能將廢物帶走或帶到海床上。至於內陸城市就靠附近的河川,把汙水帶到地中海。雖然設計這套系統的工程師已經盡可能設想周到,但由於潮汐的移動,一波一波的汙水有時候會流回海岸線汙染海灘,影響了以色列剛起步的觀光產業。

一九五六年,大台拉維夫的七個城市,合在一起稱為「丹區」(Dan Region),占有以色列全國人口的三分之一,汙水比例則超過全國的三分之一。以色列決定,把丹區的所有廢水集中起來,用大型管線送到台拉維夫南邊大約八英里遠,那邊有個無人居住的地帶,它們在那裡蓋了一座叫做「夏夫丹」(Shafdan)的汙水處理廠,用以處理這些汙水。這個名稱是希伯來文「丹區汙水」(Dan Region Sewage)的縮頭字。由於預算與工程問題,這個計畫比想像中更花時間,直到一九七三年,這座汙水處理廠終於能處理所有城市的汙水。

在汙水處理廠興建過程中,人們出現一種還不太確定的期望,希望這座設施興建完成後,某些處理過的廢水也許可以作為農業用水。沒有人預期到的是,夏夫丹完全改變了以色列的水資源面貌、農業,與內蓋夫沙漠地區的經濟發展。

全新的水源

夏夫丹南邊五英里、距離地中海不遠的內陸地區,那裡有很多沙丘,沙丘下面將近三百英尺的位置就是一個蓄水層。一九五○年代末期,以色列政府的地質學家與水文學家,開始思考蓄水層上方的細沙能不能當成另一個過濾器,淨化仍然很髒、但已經過第二道處理程序的廢水。就像當時的一般汙水處理廠,夏夫丹處理廢水只有兩道程序,沒有能力提供第三道處理程序所能做到的安全與潔淨程度。

要找出砂濾法是否奏效,有其風險。萬一只是部分處理過就滲到蓄水層的水,經過六個月到一年的竄流,仍帶著病毒與完整的危險微粒,就會汙染地下的蓄水池,這些水就不能用來飲用或洗澡了。但如果砂濾法真的行得通,這些沙丘就能成為一個大規模且不含化學物質的解決方案,能處理夏夫丹每天處理過的大量汙水。

如果砂子能作為處理媒介,將具有很多的好處。第一,不需要再蓋一座大型的新廢水處理廠。第二,被沙子淨化後的大量的水,可以直接放在蓄水層,需要時再抽出來用,也不必再蓋一座蓄水庫。但最重要的是,這些回收水就能用來灌溉。

這當中每一個過程,都需要大膽的思考與龐大的費用。況且,如何讓這七個城市同意(後來還加入其他十八個城市與鄉鎮)把汙水集中在一起處理,並興建一座超大型的汙水處理廠,本身就是一項龐大的溝通任務。嘗試利用沙子達到第三次處理程序的水質,挑戰了傳統科學與工程的既有思維。這個程序後來被稱為土壤含水層處理(Sand Aquifer Treatment)或SAT。更驚人的是,把一個淡水蓄水層變成處理過的廢水專門存放點,這是政府與公用設施很少會考慮面對的風險。對於一個沒有太多空間失去現有水源的國家來說,這個風險令人膽戰心驚。

夏夫丹的工程師還肩負另一個頗為重要的挑戰:這個處理過的汙水蓄水層中的水,一滴都不能流入附近的淡水蓄水層。因此,必須持續觀測儲存地區的水量,也必須在周圍另鑽特別的水井,以便觀察與監控蓄水層中的水。毀掉一個蓄水層是一回事,這個國家承擔不起失去一連串的蓄水層。

就在夏夫丹計畫與測試如火如荼地進行時,強勢的農業部資深官員約蓋夫(David Yogev)開始主張,即使沒有SAT的水,從夏夫丹與以色列其他汙水處理廠經過第二次處理過的水,也可以被農民使用。但這並沒有說服其他兩個部會,兩個部會皆對此憂心忡忡。

健康部擔心,這些不完全處理過的廢水將使農作物吸收到有毒物質。如果植物確實出現這種情形,健康部的科學家就必須確認,這些有毒物質不會轉移到人體身上。相同的道理,如果用回收水灌溉的作物當成動物飼料,就必須確認雞蛋、牛奶或肉品表面,不會出現有害物質。基於這些顧慮,經過廣泛測試後,一開始僅同意像棉等不能食用的作物,可以用回收的廢水灌溉,後來才又陸續開放特定種類的作物。

《拯救水資源危機》內文附圖2

從《聖經》國王時代興建的古老水道,到當代的水利技術,以色列的郵票很多都與水的主題相關。2007年,梅克若公司成立十七周年時,以色列就發行一張郵票,表揚這家變成國家水利設施、在建國前就成立的公司。這張郵票說明梅克若的很多功能,包括水質淨化、深井技術、管線施工,以及人造雨。

環境保護部則有不一樣的顧慮。即使這些處理過的水,可以被用在非食品用途的工業用作物上,環保部的科學家想要確認,這會不會對以色列的水井或其他地下水造成影響?如果灌溉用水中還有危險微粒,看不見的有毒物質是否會滲過土壤,並汙染到可能位在作物下方的蓄水層。如果不小心使用,這些回收水將可能汙染許多以色列不可或缺的地下水源。於是,環境保護部畫出一張詳細地圖,明確顯示出哪些地方可以用不同程度的廢水。任何可能有風險的蓄水層,就有嚴格的使用廢水指導方針。儘管農民必須取得特別許可,才能使用不同處理程度的廢水,但很多官員能免不了長期的擔憂,農民是否會堅守詳細的灌溉指南。

SAT後來被證明是完美的第三道處理程序,終於讓大家鬆了一口氣。六個月到一年期間,廢水經過沙子一層一層往下流到蓄水層,已經攔掉所有雜質,水質也達到精湛的品質。農業部為農業找到新的水源,而且沒有發現其他部會擔心的汙染問題。假以時日,農民們將會感激、並會依賴這個新水源。

從那之後,從夏夫丹水庫到內蓋夫,就蓋了一條直徑六英呎、長五十英里的專用管線,為該地區農民提供新的灌溉水源。一開始,還對能使用夏夫丹的水灌溉的作物有所限制,但經過幾年的測試,夏夫丹的水已經可以像淡水一樣自由使用。現在,除了不能飲用,夏夫丹的水可以作為任何用途。

夏夫丹其實身兼兩個角色。它是一座廢水處理廠(而且是中東地區最大、技術最先進的廢水處理廠),解決了有關河川與海岸污染的環境顧慮與大眾疑慮。除此之外,夏夫丹還協助人們重新思考以色列的廢水處理,並回收廢水作為農業用途。在夏夫丹成功後,以色列的每一個城市後來都把汙水當成可以讓國家更好的資源,農業也改變其樣態,農民不再需要爭奪供水的分配。

現在,以色列處理百分之九十五的汙水,其餘會流到化糞池。梅克若公司廢水與回收水部門主管亞何洛尼(Avi Aharoni)說:「以色列現在處理這麼大量的汙水,其實和世界各地的先進國家沒有太大的差異。不同之處,也是超越其他國家的地方是,以色列有不少農作物的生產是運用這些回收水的。」

以色列有一套獨立的收集與分配的基礎建設,專門用於處理過的廢水,這些水大約有百分之八十五是供給農民種植作物使用,還有一部份的回收水則用來增加河川的水量,這對河川的自然樣態將有所助益。目前也完成某些計畫,比方尚未經過第三道程序處理過的水,可以用來撲滅森林大火。處理過的汙水現在已經占全國農業用水的三分之一,並占所有用途的百分之二十。整體來說,每一年使用的回收水超過一千億加侖。以色列的目標是增加汙水的回收使用,計畫幾年後要達到九成的回收率。相比之下,西班牙是廢水回收利用的第二大國家,回收的廢水占百分之二十五。但最富裕的國家,例如美國的回收水不到一成一。未來,世界各地遲早會像以色列一樣,用高度淨化過的汙水灌溉作物。

廢水回收讓以色列的水資源面貌徹底改觀。而且,回收水的重要性不輸滴灌法、特別育種和抗旱的種子,它徹底改變了以色列的農業地景,不管雨水豐沛或缺乏,以色列不只能養活自己,還能成為重要的農業出口國。

廢水基礎建設拯救了以色列的農業

以色列為了取得新水源,而開始收集雨水,但這樣做卻意外地昂貴又不衛生。雨滴落到地面後,就不乾淨了。當雨滴聚集開始流下來時,會吸附很多汙染物,大部分是汽車與卡車廢氣中的油脂與煤煙。除了種種品質問題,以色列的雨水落入溪流後,溪流也會一併帶走從海灘與沙漠吹來的大量沙子與砂礫。

即使雨水可以用合理的價格淨化,仍是一種不可靠的水源。可能有某些年份,雨水超過可以保存的容量;但更令人擔憂的是,某些年份的雨水可能不夠農民需要的量。但廢水回收不必依賴千變萬化的氣候和雨量,就相對可靠多了;即使開發回收水必須先蓋基礎建設,但廢水回收最後也比雨水相對便宜。

以色列目前仍然用既有的暴雨集水設施收集與保存雨水,大部分都是在一九八○年興建的設施,最近幾年就不再興建新的集水設施,但這些設施比每年實際收集雨水具有更重要的意義,因為以色列因此有機會研發出先進的保存水資源知識,特別是在興建保存水資源的網路系統,只是這一次是要保存的是處理過的汙水。以色列在一九九五年開始興建數百個儲存廢水的蓄水庫,現在已經成為以色列不可或缺的多功能系統,負責儲存經過夏夫丹與其他汙水處理廠處理過的汙水。

《拯救水資源危機》內文附圖3

以色列於1985年在最低面值的紙鈔,當時是新的五舍克勒紙幣,追思總理艾斯科爾。肯定他發展國家水利基礎建設的功勞,尤其是國家水資源輸送工程。這張紙鈔的設計,是一段管線把水從北部山丘送到南部沙地的藝術呈現。

以色列猶太民族基金(Jewish National Fund, JNF)資深主管施瑞伯(Yossi Schreiber)指出:「到了一九八○年代,大家很清楚看到,如果沒有回收的廢水可以用,當時的農耕方法在以色列就做不下去了。」當時以色列就做出決定,不只夏夫丹,每一個城市、村莊、鄉鎮與農場,都必須處理汙水,並且把它回收使用在農業上。施瑞伯說:「但這不是一蹴可幾的事。這個過程包括開發新技術、興建一套新的全國基礎建設,還要為這一套龐大又昂貴的新系統找到資金。」

除了要舖設從家裡到全國各地汙水處理廠的管線,處理後的水也需要新的管線送到保存水資源的設施,還需要另一組新管線把水送到田裡的農場。這些水不能隨時都有,必須是在需要時才供水。另外,由於各廢水處理廠提供的水水質不一,每一個處理廠的水必須存在相對的蓄水庫,各水庫也只能供應特定作物或灌溉地區使用。

每天產出的汙水量大致相同,但農民的作物只在一年的某些時段需要水。由於何時要種植作物、需要灌溉,都有季節的變化,全國的廢水回收庫也被視為水資源重要基礎建設的一部分。

雖然以色列已經越來越有錢,但國家基礎建設定期維護的前期成本,仍然超出以色列的政府所能負擔,特別是它仍有持續的國防負擔。世界各地開發中國家,都是由政府組織提供援助,例如美國國際開發總署(United States Agency for International Development , USAID),以及歐洲的類似援助機構,以興建自己的水資源基礎建設,但美國對以色列的援助鎖定在軍事與安全需求,不可能用在水利基礎建設上。

是故,JNF美國分會以及有猶太人居住的國家,從當地捐款人身上募到資金,為以色列籌到三成至五成的整體水庫興建費用。不足的錢則由以色列政府、JNF的以色列辦公室,以及農民的水利合作社提供。

JNF得到了全球各地的支持,將款項用在關於水利設施、農村發展、林業與環境專案等領域,大幅改善了當地人的生活品質,尤其是以色列繁華城市的周邊發展,更得助於此。以色列的廢水回收系統,目前雖然尚未全部完工,一切都在持續進行中。若沒有JNF的努力以及JNF支持者的慷慨解囊,估計會花更多年才能完工。

只要妥善維護,這些蓄水庫會有數十年的生命。它的成本的確是很昂貴的,舉例來說,一座一年能流出八億加侖水量的蓄水庫,造價是一千萬美元。以色列已經有二百三十座不同蓄水量的水庫,但只要政府的資金配置得宜,JNF計畫繼續蓋四十座。現在政府的資金主要集中在蓋海水淡化基礎建設。

汙水穩定、可靠,而且可以預測

全國廢水回收工程完成之前,政府必須確定,要有顧客使用這些新水源。JNF施瑞伯說:「必須教育農民使用這些回收水有哪些好處,畢竟剛開始運作時,他們是非常抗拒的。」

從建國以來,農民都是從農業部水資源規劃署配到淡水。如果可以拿到淡水,或希伯來文中的「甜」水,沒有人想用回收的廢水。但只要告知農民,在配給他們的淡水中,每一單位沒用到的淡水,就能多配到百分之二十的回收水,對水有永恆渴望的莊稼人就逐漸簽約了。廢水提供極大的降價空間,讓他們有更大的誘因轉換用水。另外,這些水含氮量高,也幫農民省下很多肥料成本。

《拯救水資源危機》內文附圖5

從辦公室廁所到學校、噴泉到海灘淋浴間,在以色列的公共場所,到處可以看到保存水資源的標語。全部都傳達同一個訊息:每一個市民都是守護國家水資源的一份子。這個金屬標示的設計源頭,是藍色條紋的以色列國旗,但六芒星的位置則是水龍頭,並用希伯來語的命令語氣:「省水!」(Seth M. Siegel)

但是讓農民改用回收水的最佳誘因,財務因素並不是最直接的。因為雨量每一年都不一樣,但回收水是穩定、可靠、可以預測的。當農民得到政府保證,每年分配到的回收水可以固定,不像過去必須忍受,每年的淡水配給都不一樣,農民當然有理由改用回收水。

過去,以色列農民不想在自己的田地與果園使用回收水,現在都能接受了。農業部負責配水給農民的官員羅非(Taniv Rophe)博士說:「回收水的品質高、價格低,農民不斷要我增加給他們的廢水量。」

根據供需法則,以色列現在也開始提高回收水的價格,就像他們之前曾經通知農民,要為淡水付完整的市場價格一樣。羅非說:「就像考慮其他所有成本,農民也必須把水價考慮進去。」她說,取消補貼後,選擇作物會更聰明,也會用創新與科技灌溉,最重要的是,用水也會更有效率。

汙水用光了

就在以色列為回收水開發出一個大市場之後,即使人口仍然持續成長,汙水的供應量卻開始減少。簡單說,以色列現在產生的汙水比以前少。

以色列長期以來一直是一個用水很經濟的國家。學童在學校就學到,淋浴時間要短,抹肥皂時要關水。兒童時期的初階衛生課程中,還教學生刷牙時要關水龍頭。但節省家庭用水靠的不是一時興起或偶然。以色列的人家裡的每一個水龍頭,都會安裝流量限制器。

更值得一提的是,以色列是全世界第一個規定使用二段式沖水馬桶的國家,這也是在以色列發明的裝置。以色列一家基布茲公司普拉松(Plasson),從一九七三年就開始生產塑膠馬桶。一九八○年代,該公司從本古里安大學一個教授手上,買到一個很聰明的專利:馬桶可以有不同的沖水量。這家公司花了好幾年時間研發產品,後來才把這個點子提給政府。

普拉松前任主管阿什肯納齊(Shaul Ashkenazy)說,說服政府應該採用二段式沖水馬桶很容易。「家庭用水中有百分之三十五的水是用在沖水馬桶。如果用二段式沖水馬桶,一個家庭可以省下一半的沖水量,相當於家庭的淡水總用水量的兩成。如果把以色列所有的家庭與馬桶加總起來,以及把省下來的沖水量加總起來,就是相當可觀的水量。」因此,以色列不只規定民宅都要使用二段式沖水馬桶,還強制每一間辦公室、餐廳、飯店或公共場所都要採用,不限普拉松的版本。以色列水務局估計,由於使用二段式沖水馬桶,平均每人每年省下的水大約一千七百加侖,整個國家約省下一百三十五億加侖的水,這都是此創新產品的功勞。

《拯救水資源危機》內文附圖4

2000年代末期,以色列發生長時間的乾旱,以色列水務局推出全國宣導活動,鼓吹更低的用水量。有九位以色列名人出現在「以色列乾涸了」系列廣告,他們熟悉的臉蛋,像乾裂的土地一樣。在這個系列中,一支2009年的電視廣告人物,是以色列的超模雷斐莉(Bar Refaeli),因為被廣泛討論而成為保存水資源宣導活動的代表人物。(Israel Water Authority)

儘管以色列最近的水資源比較充足,政府減少了教育民眾要省水的媒體廣告預算,但省水政策的推廣仍非常普及,到處可以看到的「每一滴水都很重要!」的標語,標語旁還直接標出「即使浪費一滴,也很可惜」的字樣。還有一連串「以色列乾涸了」宣導活動的電視廣告,畫面上可以看到以色列的名人臉孔,因為缺水而乾透、破裂。

比起消費者宣導或二段式沖水馬桶,自由市場機制更是大幅降低了消費者的用水量,尤其是草皮與花園的澆水量,以色列的花園大部分已經改種本土植物、做甲板,只留一小塊的後院雜草。以色列人家裡的灌木與樹木,為了省水,全部都採用較低技術版本的滴灌設備。大部分公園景觀都是用回收水灌溉。

雖然庭園用水不會影響到家庭排到水溝的用水,但這代表了一種全國的心態。直到現在,即使海水淡化後的水源充足,不管在家裡或室外,消費者仍然抱持的謹慎用水的心態。

低沖水量馬桶與其他省水裝置,再加上持續不斷努力省水的心態,讓流到全國汙水供應管線的汙水總量,減少了幾個百分比。儘管汙水供應量變少,對農民與政府的水量配給者造成困擾,但汙水減量本身卻有經濟上的利益,因為汙水處理廠的耗損就會因此降低。以色列完全未經處理的原汙水,是已開發國家中最少稀釋、最濃稠的汙水,因此以色列的廢水處理設施也是以高效率的方式運作。其他國家的汙水,特別是美國,一般都是高度稀釋的汙水,相對來說,以色列的處理場就不需要用到大量的水。

文章來源:https://goo.gl/ll3139

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