SCI搬运工 | 速览南非水资源协调对策与德国污水排放调查
为了服务更多水行业科研人员，《净水技术》杂志社以我国一线水行业技术工作者对最新科研成果和动态的求知需求为出发，通过遴选，检索SCI中若干水行业知名期刊的最新学术论文，通过汇总、筛选、翻译，将世界上最新的科研成果动态以部分全文翻译、部分摘要翻译的方式呈现给我国一线的水行业工程师，为感兴趣的读者提供索引，为我国水行业的整体进步做一些微小的工作。
美国《科学引文索引》（Science Citation Index, 简称 SCI ）于1957 年由美国科学信息研究所（Institute for Scientific Information, 简称 ISI）在美国费城创办，是由美国科学信息研究所（ISI）1961 年创办出版的引文数据库。SCI（科学引文索引）与EI（工程索引）、ISTP（科技会议录索引）被并称为世界著名的三大科技文献检索系统。
所有城镇和解战略是水资源管理和供水服务之间的伙伴关系
2012年，南非水利卫生部（DWS）启动了一项研究：延续北部规划区所有城镇和解对策的第1阶段。本研究回顾，优先考虑并更新了DWS最初在2011年制定的基本所有城镇对策。通过估算预计需水量，确定可用水资源（地表水和地下水）和发展水平衡，协调2011-2035规划期间的用水需求与可用资源。建议保护，经营和管理当地水源，并在必要时增加其他水源的供水。这些建议为相关水务部门和DWS在地方和区域层面的实施提供了举措和选择，为综合和协调规划提供了机会。优先考虑批量和网状计量，水资源保护和需求管理计划的实施以及建议更新用水分配。需要进行详细的研究来确定切实可行的水资源增加方案以确保水的正平衡。该研究协调了代表水资源和水服务部门的官员和利益攸关方的关系，优先确定了在技术层面上的水资源短缺或过剩，也强调了水资源和水服务部门之间规划和协调的必要性。这些对策不是法律规定的文件，但代表了为实现DWS北部规划区的水资源基础设施协调，各部门的一些努力。应促进在地方、区域和国家规划环境中使用这些文件进行综合规划，并将所有城镇和解对策文件作为一种宝贵的资源，以优化水资源立法。
讨论
全镇和解对策的重要性
这些对策是全镇范围内唯一可用的文件（有数据支持），在城镇层面（按使用同一水源进行分组），根据现有水资源协调目前和未来的用水需求。它们包括水平衡（带有调节选项），可以立即测量特定区域的供水情况。
提倡这些对策为市，省和国家政府制定的地方、省级和国家规划活动的一部分（DWA，2013c）。此外，DWS委托进行了几项大型水系统调和策略研究，以保持对策的更新。
水资源综合管理（IWRM）的概念已纳入南非的水利法[1998年《国家水法》第36号和1997年《水务法》第108号]，这项研究中IWRM的两个原则是积极参与并承认水资源是有限资源。讲习班、研究小组会议以及与市政府和政府官员的进一步互动有助于信息传播，提高对水源和基础设施问题的认识，以及在地方化水平上量化水资源和水服务状况。
此外，应鼓励水务部门分享他们在水资源和水服务方面的经验和知识，其中一些经验和知识可能没有正式记录。这些战略研究说明了保护南非水资源的紧迫性、水脆弱性，并强调了可用水资源的高度空间变异性，以及我们如何依赖于集水区之间的水输送的最佳和负责任管理。如开普敦市所述，此类研究应受到水治理行动者和机构的更大关注。
水务部2013年国家水资源战略（NWRS）和早期版本强调，水的完全成本回收需要以关税设定的形式应用，将水作为一种经济利益进行估价。所有对策都强烈鼓励当地利用和开发水源。
这些战略除了其技术贡献外，还作为战略规划文件，强调在地方、流域、国家和国际/跨界层面的用水和水资源共享。它们使水作为一个国家在工程、社会经济发展、生态保护和政治行政方面的一项基本资源权利脱颖而出。
关键发现
虽然对每个集群区域进行了单独的审查，并确定了与该集群相关的和解选项，但出现了一些共同之处，并适用于许多领域。
1 查明潜在节约和更有效地利用水的首要选择是节约用水和用水需求管理.
2 该研究确定了在许多集群中改进计量和记录保存的必要性，为水抽取（地表水和地下水），处理和分配提供计量数据。
3 市政部门在建立水基础设施资产登记方面取得进展，甚至拥有信息供水管理系统。包括处理工程和大型基础设施的设计和运营能力在内的有关供水基础设施设计和运行能力的最新信息对于了解与可用水源相关的完整系统和状态至关重要。
4 在WARMS中登记和许可使用水资源，由DWS维护。市政和大型用水户在取水和用水量方面有一定的许可分配。研究发现，许多已登记和许可的水量实际上低于当前的用水量，这些研究发现加强信息公开有利于发现需要改进的问题或更新的领域。
5 这些对策都是基于集群层次进行的研究，此外DWS启动了几个更大的供水系统协调对策研究，两个层面的信息同步并纳入研究过程，从对策中得出的结论应纳入更大的和解对策。
6 这项研究确定了几个领域需要进一步调查和可行性研究，以确定地表水(格伦阿尔卑斯大坝、豪特里维尔大坝、利登堡大坝、川内大坝和阿尔巴西尼大坝)或地下水增加方案和可用性(许多农村或较小的群集地区)。
7 将水的回收利用，应作为某些区域的水平衡的一部分，已经应用的区域应继续保持。
结论
《国家水法案》 [1998年第36号法案]确定了一个目标，以充分了解南非的用水、开发、保护、管理和控制，并进一步确保可用水能够满足基本的人类和生态需求。这些对策强调了良好治理的必要性，认识到战略和国际义务。这些对策提供了一个切实可行的水资源规划视角，而不是侧重于运营和管理。DWS和市政现在需要将这些建议付诸实施和延续。推荐参考：
推荐参考：
Esterhuizen M,Jager L D, Jezewski W A. The All Towns Reconciliation strategies a partnershipbetween water resource management and water services[J]. Water Science &Technology Water Supply, 2019, 19: 79-87.
德国流域和河流中污水排放的动态变化以及河岸过滤
对饮用水供应的影响——一项全国调查
将废水排放到河流中随后用于饮用水取水的方法被称污水再生利用。如果通过堤岸渗滤或含水层补给来提供饮用水生产用地表水，则应考虑特定地点因素来评估废水排放对堤岸渗滤水的影响。本研究根据第一次全国性的勘察，定量分析了德国各地溪流中的废水量占比，及其对用这些溪流生产间接饮用水的影响。综合考虑溪流的最小和平均流量情况以及德国7500个废水处理设施的排放，利用ArcGIS对河流进行自动评估。在5月至9月期间，市区天然水体流量低，废水排放量在平均最低排放情况下的占比大于30-50％。提出了一个概念模型，用于估算超过监测触发水平（与健康相关的化学物质）的堤岸渗滤比例，用来定性评估用于饮用水的地表水中废水再利用的相关性。使用三个案例研究地点的化学监测数据验证了这种方法。
结果与讨论
不同流量条件下河流污水排放的动态变化
河流和堤岸渗滤水会使得质量降低，特别是在较长时期低水量情况下，同时地表水中废水排放的相对贡献增加。因此，需要德国各地的2344个测量站长期平均最小年排放(MMAD)和平均年排放(MAD)记录，以说明在改变河流排放条件期间废水排放的影响。将2003年河2005年两个代表年的日流量与莱茵河，美因河和内卡河的MMAD和MAD进行比较。 每条河流取一个代表性测量站，结果如图1所示。
这些结果表明，在干旱和均匀年份（2003年和2005年）63-83％的日流量比MAD值低，同时显示了三个计量站的MMAD情况。这一比较表明，并且当需水量最高时，从春季到夏季冬季，几乎有六个月处于低流量情况，这种情况在未来考虑到气候变化影响可能会更加普遍。
废水指示剂化学物卡马西平的在废水和美因河中的浓度验证了ArcGIS模型得到的美因河中废水的比例。 2016年期间，沿着美因河的9个测量站采集了样品。基于卡马西平浓度计算的废水排放量贡献更接近于MMAD的分布（平均MMAD-CBZ=4％±4％），而不是MAD（平均CBZ-MAD=15％±5％；图2）
鉴于低流量的普遍存在，德国所有河流MMAD条件下的废水排放量（图3a）。根据这项研究的结果，在MMAD条件下，在大量河流流域中废水排放量贡献超过10-20％（图3b）。超过40％的测量站，包括内卡、埃姆斯河、美因河、莱茵河下游和中游的支流的污水排放量超过20-30％。然而，在MAD条件下，除内卡河流域外，全国超过50％的测量站的废水排放量贡献仅在0％到5％之间（图3c）
对于天然水体流量高的地方，废水排放的影响可能会大大减少。例如，源自阿尔卑斯山前陆的多瑙河支流（MMAD-MAD条件下，伊勒河8-54 m3/s; 莱希河49-113 m3/s; 伊萨尔河95-174 m3/s）以天然水体为主，在MMAD条件下废水排放量低于10-20％。因此，伊勒河的汇合导致废水的从30％-50％（在Kirchen-Hausen测量站）稀释到10-20％（新乌尔姆）（支持材料的图1）。另一个例子是莱茵河中下游的分水岭，在MMAD条件下，其支流主要是废水排放量超过50％。然而，由于天然水体流量高，莱茵河中下游的污水排放量仅在10％至20％之间，在莱茵河上游则低于5-10％（在MMAD和MAD条件下均为如此，见于支持材料图2）。另一方面，起源于中部高地和德国北部平原的河流（如Ems，Ruhr，Havel，Neckar和Main河流）在MMAD条件下的流量低于20-90 m3/s， MAD条件下为80-240 m3/s。此外，这些河流流经高度城市化的地区，其中30%河流在MMAD条件下废水排放占比超过了50%（支持材料的图3，图2和图3a）。
该研究的结果揭示了废水对河流的高度影响，这些河流是饮用水取水、工业用途或灌溉用途的重要水源，特别是在德国的许多城市化地区。此外，由于氧气消耗，有害物质排放和营养物质含量增加，废水的大量排放会损害地表水的生态和化学状态，这可能对水生生物造成更大的风险。
用于饮用水供应的河流中废水含量增加的相关性
在给定位置的堤岸渗滤的水质量不仅取决于地表水质量，废水排放量的贡献程度和废水处理水平，还取决于大量特定地点的因素。这些包括井的位置和类型，地表水和取水井之间的距离，陆地地下水的相对比例，以及水力生物地球化学因素，如水力渗透率，沉积物电导率和主要的氧化还原条件。由于这些因素，在没有上述因素或当地水质数据的详细信息的情况下，不可能在全国范围内对堤岸渗滤比例（即堤岸渗滤对饮用水供应的贡献）和饮用水取水井的预期水质进行累积估算。进一步的研究对于每个流域的相关水质数据（包括DWTP的位置和特定地点的水文地质因素）至关重要。本研究中确定关键堤岸渗滤比例的概念方法（参见第2.2节）适用于三种选定的指示化学品：羟基嘌呤醇（OXY），缬沙坦酸（VSA）和卡马西平（CBZ）。这些化合物源自废水，在水环境中具有高度持久性，在德国和欧洲河流中浓度较高。德国环境署已经提供了一份三种化合物与人体健康（MTLs）的毒理相关性评估。对于不同的废水排放量比例（0%-100%），计算了井中的堤岸渗滤比例，其中三种指示剂化学品中每一种的MTL值都会超标（图4，左图）。在这种概念方法的基础上，在5％的堤岸渗滤液和60％废水的情况下，高平均废水流出物浓度羟基嘌呤的MTL将超标（图4，左）。对于表现出较低废水流出物浓度的卡马西平，当废水比例和堤岸渗滤液比例均为约60％时，才会发生MTL超标（图4，左）。
使用合适的指示化学品，已知的毒理学信息以及饮用水井中堤岸渗滤液比例的计算进行的评估为全球任何地点提供了一种通用的定性方法，以定量分析污水再利用情况。在这种概念方法的帮助下，如果已知污水中指示剂化学物质浓度的位点特定数据和河流中废水排放物的百分比，则可以确定污水再利用的可能。根据本研究期间开发的ArcGIS模型的结果（图4，右图）建议的工作流程可供水务公用事业和监管机构用于识别可能发生MTL超标的站点，从而减少大量饮用水厂的综合监测；也可用于在特定地点的采取行动，以减少对饮用水质量的潜在影响。
对于位于莱茵河，哈维尔河和美因河沿岸的三个不同案例研究中，这些概念方法通过特定地点的指示化学物质测量（即羟基嘌呤醇和卡马西平）得到了了验证，据ArcGIS模型三条河的废水比例分别为7%、17%（MAD条件下）和42%（MMAD条件下）（表1）。根据当地测量的化学数据确定废水排放量为10％，该数据位于靠近DWTP-A的莱茵河中，其中堤岸渗滤后的水随后经过臭氧化和活性炭过滤。堤岸渗滤中地表水的比例平均为79％，且卡马西平MTL超标。此外，由于随后在DWTP-A进行了先进的处理，即使在废水排放浓度较高的情况下，也不会在成品饮用水中出现MTL超标。DWTP-B通过IBF从柏林泰格尔湖提取饮用水，约含有80%的堤岸渗滤液为80万居民提供饮用水。根据检测位点的测定，饮用水生产水井中的卡马西平（0.3μg/ L）和羟基嘌呤醇（1.8μg/L）的MTL均超标（表1）。柏林自来水公司DWTPB在2016年在生产的饮用水中大约有13-14％的废水来源，这支撑我们的概念方法的结果。随后，DWTP-B生产的饮用水（由堤岸渗滤和陆地地下水组成）的平均缬沙坦酸（1 μg/L）和羟基嘌呤醇（0.4 μg/L）浓度，高于其MTL（0.3μg/L）。这种情况引发柏林自来水公司采取措施减轻影响柏林溪流中废水的比例的增加。案例研究区DWTP-C验证了该观点，DWTP-C废水排放量高（42％，MMAD条件下）但堤岸渗滤比例低（11％），堤岸渗滤液中的羟基嘌呤的MTL 500 ng / L（图4）。
本研究的结果认为可能存在微生物污染物（例如病毒）对污水排放物影响下的堤岸渗滤水质量有潜在影响。由于缺乏监测数据，特别是地下的流动时间，因此无法得出污水再利使用过程中微生物污染物污染的结论。但是，德国的饮用水设施必须符合地下至少50天的水力停留时间，以确保病原体的灭活，即原水的微生物安全。但是，如果发现MTL超标的污水再利用条件，后续研究还应包括全面的微生物风险评估。
推荐参考：
Karakurt S, Schmid L,Hübner U, et al. Dynamicsof wastewater effluent contributions in streamsand impacts on drinking watersupply via riverbank filtration in Germany—A national reconnaissance[J]. Environmental Science & Technology, 2019, 53(11):6154-6161.
《SCI情报》为内部交流资料，不公开发行销售，目前仅对直接通过杂志社或微信微店订阅《净水技术》全年杂志的读者赠阅。
《SCI情报》分为科研版和工程版，每两月交替发行，杂志社通过固定的检索周期，每次检索8~10本最具影响力的水行业SCI期刊，阅读200篇左右的文献后，筛选21篇最有指导性和实用性的论文，每期刊载一篇最新SCI论文的全文翻译及20篇SCI论文的摘要翻译。
版权声明：本资料为翻译和汇编作品，其著作权由汇编人（上海《净水技术》杂志社）享有，未经许可，任何人或单位不得侵犯本翻译和汇编作品的著作权。本资料部分素材来自收费期刊，为以防侵犯原作者和所发表期刊的著作权，任何人或单位不得对素材原文进行公开出版。