德国埃姆歇河的治理奇迹：从“黑水变清”再到“重返自然”

德国埃姆歇河是莱茵河的重要支流，所处的鲁尔区曾今是德国的钢铁和煤矿中心。岁月变迁，辉煌不再，废弃的厂房变成城市颓垣断壁，而埃姆歇河也因工业废水的无序排放，变得臭气熏天，生态环境破坏严重，成为城市的桎梏。经过一个世纪的治理，河段和周边生态已恢复到了接近自然的水平，原本衰退的重工业基地也重新焕发了生机。德国埃姆歇河流域的脱变是世界污染水体成功治理的经典案例，学习埃姆歇河流域水生态环境综合治理案例，对我国流域水生态环境向“重返自然”的美好远景前进具有重要借鉴意义。

图片来源：笔者拍摄

为此，中国建筑设计研究院绿色设计研究中心组建研究团队赴德国埃姆歇河流域学习交流考察，通过课程培训和实地调研等方式，深入研究姆歇河流域总体发展历程、污水处理、雨洪管理、水体污染治理和水生态环境修复技术措施。

研究团队介绍

研究小组来自于中国建筑设计研究院绿色设计研究中心，中心是城乡绿色生态建设领域集科研、设计和咨询于一体的综合性机构，现有员工60余人，其中教授级高级工程师4人，高级工程师10人，硕士以上学历33人，注册工程师13人。近年来，中心累计主持和参与完成了包括2022年冬奥会及冬残奥会延庆赛区项目可持续设计与顾问咨询、南宁市海绵城市建设及河道流域综合整治咨询和建筑与小区污水分散式生态处理技术研究与设备研发等国家、部委重点项目和课题研究。中心是中国城镇化促进会绿色经济与技术创新专业委员会、中国建筑节能协会建筑给水排水分会和中国建筑学会建筑给排水研究分会等学协会团体的挂靠支撑机构。

研究小组立足城乡绿色生态规划与工程技术研究领域，通过不同层级的课题研究和规划设计，致力于从技术角度突破城乡经济社会发展过程中生产生活生态空间融合的瓶颈问题，深度落实国家生态文明建设和绿色发展理念要求。

图片来源：笔者拍摄

埃姆歇河流域的治理势在必行

埃姆歇河是莱茵河的重要支流，位于德国西北部的北莱茵-威斯特法伦州，该河流为东西走向，起源于多特蒙德东南部，经过83 km在丁斯拉肯流入莱茵河，河床高差达到122 m，流经德国工业重地鲁尔区。埃姆歇河流域面积为865 k㎡，包含22个城市，流域总人口220万人。煤炭业的快速发展，城市人口的增多，导致每天有大量的工业废水和生活污水产生。当时，污水排放唯一路径是排入埃姆歇河及其支流和开采沉陷区，造成地表水、地下水污染，洪水积存泛滥。20世纪20年代，埃姆歇河流域开始建设硬质渠道，露天明渠逐渐成为工业和生活污水的受纳水体，给周边区域的居民生活健康带来巨大威胁。19世纪末，随着埃姆歇河协会（以下简写为EMGE）的成立，埃姆歇河开始了一个多世纪的治理之路。

埃姆歇河流域区位（图片来源：EMGE）

埃姆歇河流域的综合治理历程

埃姆歇河整个治理历程分为四个阶段：卫生条件改变阶段(1906年—1949年)，现代化阶段(1950年—1982年)，综合治理第一阶段(1981年—1990年)，第二阶段生态治理(1991年至今)，与此同时，1991年开始了埃姆歇河协会制定了长期规划，2006年发布了埃姆歇河总体规划，2020年计划完成整个河道治理工程。

埃姆歇河治理的时间轴线图（图片来源：德国伍珀塔尔研究所（WIKUE, 2013））

“灰”、“绿”综合治理计划

从1992年开始，埃姆歇河用20年时间，完善流域内污水处理厂和地下隧道系统的建设，即所谓灰色基础设施的建设；同时用大约25~30年时间，对埃姆歇河及其支流开展生态修复，即所谓河道的修复。另外，在全流域内开展雨水管理，建设绿色雨水基础设施。在埃姆歇河沿岸集中设置4座生活污水处理厂和26座工业废水处理厂，每年生活污水处理量6.29亿m ，工业废水处理量1 600万m ；为保证污水输进污水处理厂的重要途径，埃姆歇河流域共建设地下深邃97 km；修复河道及岸线生态系统是埃姆歇河流域“重返自然”的开始，通过恢复或拓宽河道断面，硬化岸坡恢复为生态岸坡，恢复河道弯曲等措施恢复河道的自然生态功能；建设绿色雨水基础设施，制定“15/15”项目，推广雨水花园、下凹绿地、透水铺装、绿色屋顶等生态设施，提高流域雨水的滞纳能力和消化效果。

综合治理计划（图片来源：EMGE）

“灰”色措施—流域排水体制改善

早期的埃姆歇河流域中生活污水和工业废水是通过散排的形式直接进入每个集水区的支干流，再在每个集水分区下游设置提升泵站，将污废水泵入污水输送干管，最终直接排入埃姆歇河，该排水体制解决了集水分区的污水和雨水排放问题，但造成埃姆歇河的地表水和地下水污染。

新的埃姆歇河流域排水系统，通过合流制干管将生活污水和工业废水进行集中收集、输送到带溢流的雨污混合水沉淀净化池，并被输送到埃姆歇河沿岸新建设的地下隧道系统，最终进入雨季污水处理厂的高负荷下运行处理，最后排入埃姆歇河，实现雨污混合污水的全面净化处理。部分地下隧道系统中剩余的雨污混合水，先经过沉淀池沉淀净化，再溢流到混合污水的塘-湿地净化系统中进一步净化，最终排入埃姆歇河支流。

（a）改造前 （b）改造后

埃姆歇河流域排水体制（图片来源：EMGE）

德国埃姆歇河流域生态环境综合治理的过程中特别强调了对受污染径流雨水的收集、调蓄、净化与利用，无论是合流制下水道的溢流水，还是分流制的雨水管道的径流雨水，都予以收集、调蓄、处理与利用，用作水资源。

波茨坦广场雨水综合利用系统（图片来源：笔者拍摄）

除了雨季雨污混合污水通过市政污水处理厂处理外，还对溢流雨污水采用雨水沉淀池、雨水净化塘和地表径流人工湿地等进行处理。

雨水净化塘（图片来源：笔者拍摄）

“灰”色措施—污水处理厂建造或扩建

建造或扩建污水处理厂是改善埃姆歇河流域水环境问题的第一步。在埃姆歇河沿岸埃共建设四个集中式市政污水处理厂进行二级生物处理，分别是埃姆歇河河口污水处理厂、多特蒙德-杜森污水处理厂、波特洛普污水处理厂，以及杜伊斯堡污水处理厂。2012年，四座污水厂的总处理污水量为6.29亿m 。

埃姆歇河流域市政污水处理厂分布图（图片来源：EMGE）

（1）多特蒙德-杜森污水处理厂：服务人口为62.5万人，人均污水排放量为151 L/(人·d)，污水处理量为94 375m /d。

（2）波特洛普污水处理厂是在1929年在这个地方建立了第一座污水处理厂，仅为机械澄清设施。处理负荷为134万人口当量。

（3）杜伊斯堡污水处理厂服务居民人口为37.5万人，其中24万人是家庭生活污水，其余的是蒂森克虏伯的工商业废水。

（4）埃姆歇河口污水处理厂早前处理大量的河水以及上游污水处理厂净化后的出水，为保障埃姆歇河河水的干净提供了最后一道防线，2017年后转变为传统城市生活污水处理厂，从地下隧道中取雨污混合物污水进行处理，重建后将配备双层沉淀系统，处理效率提升日最大流量将为16.5m /s，处理负荷相当于230万人口当量。

在埃姆歇河流域，所有污水处理厂都满足所要求的污染物排放浓度。根据“污水条例”，规模>100 000人口当量的市政污水处理厂出水总氮必须低于13 mg/L。考虑到对污水处理厂的营养物质削减的要求，如果氮的去除率低于75%，则需要采取行动。