2016年01月13日 星期三

承担多重职责 支撑绿色发展

——看法国地质工作如何服务城市建设

来源:中国自然资源报 发布时间:2018-12-17

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在法国,95%的人口生活在城市地区,他们要么居住在市区(80%),要么生活在城市周边地区。在城市管理层面上,供水、能源和建材、废物收集和处理、土壤污染及棕地管理等问题,急需在适应气候变化和能源转型的前提下加以解决。为此,法国政府赋予了相关机构在城市规划、交通、土地和能源等方面的管理职责,目标是实现城市及其周边地区的和谐发展,为这里的人们提供安全健康的生活环境。为了保护居民的生活环境,实现城市可持续发展,法国地质与矿产研究部门在为政府提供决策建议的同时,也承担着城市采矿管理、清洁能源供应、污染场所识别与重建、棕地管理等职责。

法国地质与矿产研究局(BRGM,以下简称“法国地矿局”)具有创新科学技术和提供决策建议的双重职责,同时也为城市采矿(废物管理和利用)、建材和清洁能源供应、可持续能源(地源热泵、供热网、发电)、水资源(新污染物、监测)、土壤(棕地管理、污染场所及土壤的识别和重建)以及风险管理(海岸带风险、地震风险)等领域提供方法工具和创新应用。由于对这些问题具有全局性的视角,法国地矿局能够针对全球面临的挑战,为地区、国家和国际层面的规划管理机构提供适用的解决方案。

摸排污染场所并计算重建效益

大型都市区的可持续性管理会产生很多复杂的规划问题,被污染或有可能被污染的场所是潜在的重要土地储备,可能引起跨经济、环境和健康领域的严峻问题。因此,地区发展的长期规划不仅需要预测,还需要收集和整合历史数据,用于指导场所未来用途的相关决策。

比如:法国大里昂地区主管机构和法国地矿局共同制定了第一份历史城市场所清单,在地籍测量规模上探测潜在的被污染场地和土壤。上世纪90年代,罗纳—阿尔卑斯大区是第一批启用法国地矿局制定的前工业场所数据库的区域之一。该数据库共计识别了罗纳约600个场所。然而,第一份工业场所数据库清单不足以涵盖所有场所,1∶2.5万的比例也不够精确。大里昂地区主管机构需要的是与城市规划最相关的地籍测量规模信息。因此,法国地矿局受邀重新实施了这一被称为“历史城市场所清单”的任务,仅在大里昂地区就认定并记录了1万个场所。基于此,法国相关协会还开发了法国自然场所和土木工程地球化学背景数据库。

同时,法国地矿局还支持开发了一种对挖方(施工时挖掘的土石方)进行评估和重复利用的工具——Valtex。大里昂地区主管机构负责很多基础设施建设项目,包括学校、道路、废水处理厂等,这就会产生大量的挖方。法国地矿局和大里昂主管机构及多个行业机构都参与了Valtex项目,努力使城市开发项目产生的挖方能够被重复利用。

目前,法国地矿局还在研究整个都市区被污染场所重建项目的经济优化,目的是对棕地重建效益进行经济评估,包括修复所能产生的间接效益。

另外,法国地矿局还在针对里昂都市区的地质科技、地热能源和循环经济等热点问题开展了深入研究,为大里昂主管机构和其他合作伙伴提供服务。

回收建筑垃圾促进循环利用

法国每年产生的建筑垃圾约为4800万吨,每年还要从自然环境中提取约人均7吨的骨料,用于建筑和土木工程。虽然建筑垃圾回收尚未成为主流,但作为减轻自然资源压力和节约能源的解决方案之一,仍具有广阔前景。

在具体项目中,法国地矿局试用了选择性释放混凝土成分(水化水泥浆、沙和骨料)的工艺。该局对两种技术进行了优化,一项技术涉及微波加热,另一项涉及在选择性破碎前应用电脉冲。这两项技术都表现出良好的回收效果,将骨料回收用于新混凝土,并回收水泥浆用于熟料生产。

除此之外,法国国家放射性废物管理机构(ANDRA)的极低放射性废物存放场所正在面临饱和,因此在对核电厂拆除项目的招标中选择了Cyber项目。该项目是由法国地矿局主导的,旨在研发出一种分离所用混凝土成分材料的工艺。许多研究表明,放射性物质在水泥浆中集聚。在法国,这将为优化材料地上存放,以及泥沙和骨料去污染开辟新路。特别是那些对于核工业材料释放有门槛的国家,可回收混凝土废料的数量将得以显著增长。

针对新兴城市问题进行联合研发

法国地矿局和法国威立雅环境集团之间的合作历史悠久,两个机构之间第一份正式的科学与工业合作协议签订于2007年。法国地矿局对原材料回收利用的专业知识丰富,这些经验可以通过示范项目研发新的资源管理解决方案和回收利用工艺。这使其和威立雅环境集团的合作水到渠成,双方确立了五大研发重点:

第一个重点领域涉及污染场所和土壤。双方合作的目的在于对受金属污染的场所(包括空气、土壤和水3个组成部分)研发整体的修复治理工艺。该项目已经确立了技术解决方案并不断测试其可能性、不同组合方案、效率和局限性,以便开发出适用于工业的解决方案。

第二条研发线路聚焦两个“城市采矿”项目:一个项目针对冶金固体残渣,另一个项目针对城市拆迁废料。这两个项目的目标均为研发出能够分离可重复利用材料的工艺。

第三条研发线路以循环经济为中心,关注金属废物的重复利用,特别是稀土,可以从家居废物焚烧灰渣中提取。

第四个重点课题是针对水资源的,在这方面法国地矿局已开展过多个联合研究项目,如地下水重新注入过程中的废物处理工艺。这些在实验室及试点场所进行的研究将大规模应用于实际案例,对受水资源匮乏困扰的国家而言,尤其具有吸引力。

第五条研发线路也是专门为水资源设定的,旨在对喀斯特网等复杂水文地质系统进行更进一步的了解。

法国地矿局开展的联合研究是以竞争优势和技术共享为基础,解决共同的需求。该局和威立雅集团就合作意愿正式签订协议,但不构成约束性框架限制。威立雅根据市场上面临的技术挑战和相应战略确立研究主题,地矿局围绕这些主题调整现有或重新制定研究计划,包括提供服务及全面合作。这种合作模式能够适应不同的项目需求,也能让其他伙伴加入,具有高度灵活性和需求化定制等特点。

研发决策工具支撑政府管理

法国地矿局利用其研发的方法工具帮助地方政府机构管理土地资源,修复潜在的污染棕地。该局研究人员指出,城市区域管理者面临着矛盾的局面:他们不得不面对住房和基础设施的建设用地需求,同时又必须保留农地和自然区域。通常情况下,他们的解决方案是在空地上重建,但是又存在退化的可能。

城市用地重建要求在满足所有社会、经济、环境、健康和资本限制的条件下,根据一种综合方法进行长期规划。据法国地矿局研究人员介绍,该局针对这些需求开发了具体工具,并和地方政府机构一起实施具体的研发项目,并为项目开发提供科学技术支持。

以法国地矿局制定的历史城市场所清单为例,在地籍测量规模上探测潜在的被污染场地和土壤,如果结合城市地球化学背景研究,则可以构成一个空间诊断的必要工具,成果用于补充法国《住房出租买卖管理与城建翻修规划法》的法案条款。据了解,目前法国环境与能源管理署的RefrinDD项目,就是用来测试潜在被污染棕地重建的预设情景,从而根据环境、技术、其他限制因素和风险等来选择最合适的修复方案。

法国地矿局在土壤污染领域拥有的综合技术,还被广泛应用于其他项目中。比如:在欧洲HOMBRE项目中,法国地矿局通过相关指标来预测棕地的出现,并代表生态部修订国家对被污染场所的修复和重建方法。

开展技术研究确保水质安全

法国地矿局致力于研究跟踪“新兴”污染物的先进技术。所谓的“新兴”污染物,即性质和危害各异的微污染物,它们经工业、废水厂、农业喷雾等以分子污染物的形式排放到环境中,使水质恶化,对人体和环境健康造成危害。

多年来,法国地矿局一直在研发创新性工艺来识别这些“新兴”污染物。有些污染物(包括其降解产物)已经被识别并加以管制,但是许多其他污染物尚待识别。《欧盟水框架指令》是该领域研究的基础。自2008年以来,在国家药品残留物行动计划下,法国地矿局和Loire-Brittany水务机构对地表水和地下水中的30多种残留药物进行采样,目前已经为国家取样行动提供了411种“新兴”污染物。

在处理新形式的污染中,改善有机化合物的探测和表征是重点。为此,法国地矿局研发了一种具有高度创新性的采样系统,配合高分辨率质谱仪的液相色谱分析,用于探测未知化合物。该采样系统既能探测(即使只有少量)已知化合物,也能探测未知分子,从而对其进行关注并进行表征识别。目前,法国地矿局通过方法研发、采样分析、技术创新等,正在对“新兴”污染物开展大量研究。

建立创新实验平台提供服务

法国地矿局的主要职责之一是与环境、循环经济和能源转型部门的经济参与者成为合作伙伴,并为他们提供服务。这也是法国地矿局和政府签订的绩效合同中的一项内容。开展不同规模的实验,始终是法国地矿局的核心活动之一,目前该局推动创建了3个新的实验平台:PRIME、Plat’Inn和Mimaroc。

Plat’Inn平台以循环经济的生态技术为中心,专用于处理和回收利用矿物资源及废物,将其作为新的原材料来源,而且具备从几十千克到5吨的处理能力。PRIME平台以环境工程和度量为重点,研发并验证新的度量系统、环境管理和修复解决方案(土壤、底土、含水层和泥沙),并研发生态技术和相关服务。Mimaroc平台正在为支撑能源转型和缓解气候变化而调查底土使用,该平台以二氧化碳贮存、储能和地热资源为重点测试热交换器性能。

建立这些新的实验平台将对现有设施进行重新部署,每个平台都将配备多层面的新实验设施,土木工程和设施所需总预算约为1100万欧元。Plat’Inn和PRIME的安装于今年年底完成,Mimaroc将于2019年竣工。设立这些项目要求各级地方政府机构、公共和私营合作伙伴予以密切合作,并提供充足费用,如法国国家科学研究院(CNRS)、法国农业科学研究院(INRA)、奥尔良大学等。

法国地矿局实验室有关负责人表示,早在1975年,该局就建立了占地2000平方米的实验室——一个最初专用于矿物学和该领域各种创新工艺技术研发的小型工厂。而随着法国地矿局的使命变化,目前该局正在试图与经济参与者尝试开展新的合作,通过提供弥补实验室研究和实际工业活动之间缺失环节的设施,不断加强支撑中小企业及其价值链的能力。

开展国际合作共同解决城市难题

在全球气候变化的情况下,世界新兴经济体的特大城市如何处理供水问题?由法国地矿局牵头开展的Coqueiral项目,已经提出了几个初步解决方案。该项目是由法国地矿局进行的法国—巴西ANR联合试点项目,共有9所大学和公共研究机构以及1个中小型企业参与。其目标是在巴西累西腓地区(370万公顷)评估全球气候变化对沿海地下水的影响,并了解造成地区退化的影响因素。

累西腓及其城市区域很好地反映了新兴经济体面临的问题,其城市人口的急剧增长、财富分配的不公平以及治理不力,都会造成巨大的水资源压力。项目采用的方法结合了“硬”科学(地质学和水文地质学、地球化学和建模)和人文社会科学(社会学、人类学)。

累西腓的供水依靠水库,但是配水管网中存在多个漏点,反复不断的干旱造成限时供水。约有1.5万口水井作为替代提供水资源,但是主要地下水位在过去20年已经下降了70米,而且这些水有时候含盐。Coqueiral项目对含水层的功能进行了调查,发现较深含水层的自然补给率很低,且受到海侵剩余盐度的影响。同时,过度采水已经让自然流量发生反转,造成被污染的近地表含水层正在泄漏。项目所构建的概念模型等,正在为巴西当地政府制定地下水保护战略提供关键信息。

不仅如此,法国地矿局还在拉巴斯(地面移动和地震风险)、太子港和圣多明哥(地震微分区)以及阿尔及尔、拉巴特和突尼斯(沿海洪灾)等其他特大城市开展了风险问题研究。

(地调局发展中心战略与情报研究室 编译)