水工業(yè)及水工業(yè)學(xué)科出現(xiàn)的必然性探討

摘要：本文從給水與排水的相互關(guān)系、綠色消費(fèi)及水的循環(huán)三個方面探討了水工業(yè)及水工業(yè)學(xué)科產(chǎn)生的必然性。并對水工業(yè)學(xué)科的任務(wù)與范圍以及水工業(yè)的內(nèi)容提出了筆者的膚淺認(rèn)識。

關(guān)鍵詞：水工業(yè)水工業(yè)學(xué)科必然性探討

1．引言

傳統(tǒng)的給水排水工程，是伴隨著城市化進(jìn)程開始而出現(xiàn)的，僅有100多年的歷史。盡管它歷史短暫，但是它對社會發(fā)展的巨大貢獻(xiàn)是勿容置疑的。在我國本世紀(jì)三四十年代，給水排水工程才得以出現(xiàn)，七十年代以前的給水排水工程以滿足水量需求及水的輸送為主線，以發(fā)展給水處理技術(shù)為主要特征。改革開放以來，我國國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，不但需水量迅速增加，而且對水質(zhì)的要求也不斷提高。特別是水污染的加劇，環(huán)保問題的突出；水污染由城市向農(nóng)村城鎮(zhèn)的蔓延及水污染由城市周邊水體向全流域擴(kuò)展趨勢的加劇，給水排水已由傳統(tǒng)的以滿足水量需求轉(zhuǎn)移到了解決水質(zhì)問題這一突出矛盾上來。進(jìn)入九十年代，伴隨著人類深刻反省自身發(fā)展歷史，提出可持續(xù)發(fā)展的理念和行動，伴隨著計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自控技術(shù)及現(xiàn)代測試技術(shù)等向給水排水領(lǐng)域的滲透，夕日的給水排水概念早已無法涵蓋這迅速膨脹的現(xiàn)實了。一個嶄新的水工業(yè)已呼之欲出。

2．城市“動脈”阻塞與“靜脈”變黑呼喚重組給水排水技術(shù)體系

1884年，在美國Sowerville建成第一座使用快濾池的自來水廠，標(biāo)志著現(xiàn)代給水技術(shù)和現(xiàn)代給水工程的開始。從此之后，給水工程學(xué)逐漸形成自己獨立的學(xué)科體系，而被人們所公認(rèn)，至今已有100多年的歷史。如果把當(dāng)今的給水處理廠和縱橫交錯的給水管網(wǎng)視為城市的動脈，恐怕不為過分。100多年來，雖然給水工程技術(shù)在局部工藝和某些技術(shù)環(huán)節(jié)上仍不斷發(fā)展，如各水處理單元上的基礎(chǔ)理論不斷完善，消毒方法與設(shè)備不斷改進(jìn)，凈水構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)不斷更新，水廠運(yùn)行不斷優(yōu)化，水廠管理走向自動化等，但是，給水工程的基本概念沒有發(fā)生更大的突破，總體工藝也沒有根本的變化。

傳統(tǒng)給水處理技術(shù)的主要功能是除濁度，保證飲用者不患水致傳染病。在原水水質(zhì)主要含泥沙、無機(jī)膠體類雜質(zhì)和天然有機(jī)物時，傳統(tǒng)給水處理技術(shù)可得到清涼透明、無色無味的飲用水。但是，傳統(tǒng)給水處理工藝面對當(dāng)今水源水中大量出現(xiàn)的人工合成及溶解性有機(jī)物時，就無能為力了。而且，在有有機(jī)物存在的條件下，加氯消毒還會產(chǎn)生大量的潛在致癌、致畸、致突變物質(zhì)及對人體健康有害的物質(zhì)。根據(jù)現(xiàn)代分析測試的結(jié)果，飲用水中有765種有機(jī)物，其中20多種致癌物，23種可疑致癌物，18種促癌物，256種致突變物。我國的研究發(fā)現(xiàn)，在水源水受污染的條件下，長期飲用加氯消毒水的人，比飲用非加氯消毒水的人，死于消化和泌尿系統(tǒng)癌癥的危險性更大，并發(fā)現(xiàn)了飲用氯消毒水與癌癥死亡率之間大致存在的統(tǒng)計學(xué)關(guān)系。氯消毒技術(shù)，雖使水致病不再危害人們的健康，但它的副產(chǎn)物潛在的“三致性”，已難以保證飲用水的安全性。

造成城市“動脈”阻塞的直接原因是城市排水問題。雖然有考古發(fā)現(xiàn)表明，公元前2300年，我國先民就曾用陶土管敷設(shè)下水道，羅馬也曾在公元98年前建設(shè)了城市廢水管。但是，排水工程與技術(shù)的發(fā)展速度卻十分緩慢，尤其是污水處理技術(shù)至19世紀(jì)末葉均無顯著的進(jìn)展。其重要的原因在于，利用天然水體的自凈能力消納、凈化污水是最為方便和經(jīng)濟(jì)的方法，所以，人們往往首先將城市污水不作任何處理就近排放水體。當(dāng)排入的污水量較少時，河流有足夠的自凈能力，經(jīng)過一定的時間后，進(jìn)入河道的污染物會被降解，河水重新返清。但當(dāng)污水量日益增加，污染物的量超過河道的自凈能力時，河水就會被污染，嚴(yán)重時就會變得黑臭，長時間不能返清。如我國上海的黃浦江，60年代逐漸被污染，80年代每年黑臭期長達(dá)150天，而其支流蘇州河則終年黑臭。

流經(jīng)各城市并接納城市污水的河流就象城市的靜脈，大量未經(jīng)處理污水的排放使城市“靜脈”變得黑臭，城市給水——“動脈”豈有不阻塞之理。城市污水對水體的污染，直接破壞了城市給水的水源。據(jù)七大水系和內(nèi)陸河流的110個重點河段統(tǒng)計，符合“地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”Ⅰ、Ⅱ類的占32％；Ⅲ類的占29％，Ⅳ、Ⅴ類的占39％。按131條流經(jīng)城市的河流統(tǒng)計，水質(zhì)在Ⅲ類以下的竟有118條，占90％。水體污染直接威脅到了飲水的安全。

面對人體污染及傳統(tǒng)給水工藝的缺憾，科技工作者除了應(yīng)努力發(fā)展高新給水處理工藝技術(shù)外，已是應(yīng)當(dāng)認(rèn)真思考目前給水與排水這兩個技術(shù)系統(tǒng)相互獨立的弊端，重組給水與排水技術(shù)體系的時候了。事實上，今天的給水處理技術(shù)與污水處理技術(shù)在許多單元技術(shù)上越來越接近。許多曾用于污水處理或污水深度處理的技術(shù)，如污水脫氮除磷技術(shù)，臭氧活性炭技術(shù)，膜生物反應(yīng)器技術(shù)等，已開始了在給水處理中的應(yīng)用探索。

3．綠色消費(fèi)所引起的飲水連鎖反映

本世紀(jì)70年代以來，人類對自身的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式逐漸開始了深刻的反思。在這場反思中，世界范圍內(nèi)掀起了一股“綠色浪潮”。這股浪潮使綠色消費(fèi)、綠色產(chǎn)品、綠色技術(shù)和綠色設(shè)計的觀念日益興起并逐步成熟。

所謂綠色消費(fèi)，它的含義是多重的。從環(huán)境學(xué)的角度講，綠色消費(fèi)是指人類的消費(fèi)活動無害于環(huán)境，即“無污染消費(fèi)”；從資源學(xué)的角度講，綠色消費(fèi)是指人類的消費(fèi)活動應(yīng)做到對自然資源的適度消費(fèi)和綜合利用，按照資源的多種使用屬性和功能加以利用，以緩解自然資源的耗竭速度；從生態(tài)學(xué)的角度講，綠色消費(fèi)是指人類的消費(fèi)活動應(yīng)符合生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流和能量流的規(guī)律，既滿足人類生存的需求，又不致造成生態(tài)的失衡，不能因人類的消費(fèi)而破壞生態(tài)系統(tǒng)的“食物鏈”，同時還應(yīng)追求生態(tài)經(jīng)濟(jì)的效應(yīng)最大。

綠色消費(fèi)是通過實行綠色產(chǎn)品制度來實現(xiàn)的。原西德最早實行綠色產(chǎn)品制度，隨后，日本、西歐及北美也很快普及了該制度。綠色產(chǎn)品已從90年代初的200多種食品擴(kuò)展到了日用消費(fèi)品、家用電器、機(jī)電產(chǎn)品甚至住房。既然人們對綠色產(chǎn)品倍加青睞，因此，為生產(chǎn)綠色產(chǎn)品的技術(shù)——綠色技術(shù)也就應(yīng)運(yùn)而生了。如同人們對綠色消費(fèi)有不同的理解一樣，對綠色技術(shù)也有不同的看法。概括地講綠色技術(shù)至少包括以下一些意義：綠色技術(shù)應(yīng)是追求人與自然和諧，保證生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流和能量流正常循環(huán)的技術(shù)。綠色技術(shù)應(yīng)該是利用資源和修復(fù)資源相統(tǒng)一的現(xiàn)代技術(shù)及技術(shù)系統(tǒng)。“無公害或少公害”的技術(shù)只是這種技術(shù)體系的初級階段。用綠色技術(shù)生產(chǎn)出來的產(chǎn)品應(yīng)該有利于人類的健康、文明和進(jìn)步。綠色消費(fèi)、綠色技術(shù)和綠色產(chǎn)品必然要求“綠色設(shè)計”。綠色設(shè)計不僅貫穿于人類技術(shù)活動的全過程，而且延伸至人類的消費(fèi)活動。前者要求在設(shè)計產(chǎn)品時必須按環(huán)境保護(hù)的要求選用合理的材料、結(jié)構(gòu)和工藝，在制造和使用的過程中降低能耗、物耗，不產(chǎn)生毒副作用；后者要求在改善人類生活品質(zhì)的條件下，能“修復(fù)資源”“回歸自然”。

喝什么樣的水好？目前已成為人們的熱門話題，打開電視，翻開報紙，各種品牌各種類型的“水”便撲面而來，太空水、純凈水、純水、礦泉水、優(yōu)質(zhì)水等等。各種各樣的水正沖擊著我們多年形成的飲水觀念。我們的自來水到底怎么了，普通大眾感到困惑。這既表明目前飲水問題的嚴(yán)重，同時，也表明“綠色消費(fèi)”在飲水觀念上的折射。人們不再僅僅要求飲水符合“衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)”，而且越來越強(qiáng)烈地要求飲用水水質(zhì)優(yōu)良、營養(yǎng)，符合“健康標(biāo)準(zhǔn)”，要求飲水中污染物盡可能少，微量元素盡可能符合生理機(jī)能的需求，而且美味可口。人們要求凈水工藝安全可靠，凈水藥劑不產(chǎn)生有害于人體的副產(chǎn)物。人們原有的飲水觀念隨著大型礦泉水公司、大型純凈水公司的出現(xiàn)而正在經(jīng)歷著一次歷史性的變革。這場變革首先反映出人們對“水”綠色產(chǎn)品的需求，同時也正在強(qiáng)化著兩個重要概念“水是產(chǎn)品”，“水是商品”。這正是重組給水排水技術(shù)體系的思想基礎(chǔ)。

4．水的循環(huán)、運(yùn)動規(guī)律及屬性是水工業(yè)產(chǎn)生的內(nèi)因

水的循環(huán)從觀念上看應(yīng)包括三個層次的涵義：第一是指各種水體通過蒸發(fā)、水汽遷移、降水、地面徑流、地下徑流所形成的水文循環(huán)，這是一種自然循環(huán)，也是一種大循環(huán)；第二是指自然水文循環(huán)受到人類社會活動影響而形成的自然社會循環(huán)，這一循環(huán)是自然與人類活動綜合影響的結(jié)果，是一種中循環(huán)；第三是水僅在某一特定范圍內(nèi)，完全由人類活動所形成的人工“小循環(huán)”，水的后兩種循環(huán)可以由下列框圖來表示。

圖1水的第二、三類循環(huán)框圖

若水的第二、三類循環(huán)正常、良好，水的自然大循環(huán)也就趨于正常、良好。在人類生活與生產(chǎn)力水平較低時，不完善的第二、三類循環(huán)可以通過第一類循環(huán)的作用來彌補(bǔ)，從而達(dá)到修復(fù)自然資源“水”的目的。然而，當(dāng)?shù)诙⑷愌h(huán)的量很大，循環(huán)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過第一循環(huán)的速度時，不完善的后兩種循環(huán)就將使水的自然大循環(huán)遭到破壞，從而使水不能自我修復(fù)，當(dāng)前的情況正是這樣。顯然，水工業(yè)的目的就是要在利用水資源的同時最大限度的回用或再生這種資源，用工程與技術(shù)手段完善和保障后兩種循環(huán)的正常，使水的自然循環(huán)保持正常。

從水的循環(huán)模式我們可以知道，“水”具有很突出的雙重性，即社會屬性和商品屬性。水是城市與人類生存基礎(chǔ)的基礎(chǔ)，它為社會所共同擁有，給水排水工程設(shè)施是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一等，是水的社會屬性的明顯注腳。水的開采、加工、輸送、分配至用戶的過程與石油等礦產(chǎn)資源的開采、加工和利用十分相似，因此，它具有明顯的商品屬性。過去，我們的觀念中錯誤地未將水視為商品，其必然結(jié)果是忽視它的價值，因而，只重視“水”的使用，不重視“水”的維護(hù)，使水的各類循環(huán)不能正常起來也就不足為奇了。除此之外，水還具有不可替代性和可再生性。能源對于現(xiàn)代文明是十分重要的，我們可以從石油、煤中獲得能源，也可以用自然能源，還可用核能，但水對于生命體而言，目前還沒有可替代和可人造的。然而，水在被人們使用之后并不改變其Ｈ2Ｏ的化學(xué)結(jié)構(gòu)，只是其中溶有或含有了其它我們稱之為污染物的物質(zhì)，如果將這些物質(zhì)從水中去除掉，水就得以再生。正是由于水的這一特性，使得水才可能100％的循環(huán)，成為100％的綠色產(chǎn)業(yè)。

5．結(jié)束語

從上述討論可知，原來的給水排水工程已不能涵蓋當(dāng)今城市、社會、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源或水環(huán)境的相互關(guān)系所涉及的政治、社會、經(jīng)濟(jì)、法律和技術(shù)等方面的問題。因此，現(xiàn)有的給水排水工程必然會出現(xiàn)種種不適應(yīng)和矛盾沖突。這種矛盾沖突隨著社會主義市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展還會更加激化，要解決這一矛盾，呼喚與產(chǎn)生新的產(chǎn)業(yè)和新的學(xué)科就是一種歷史的必然。水工業(yè)和水工業(yè)學(xué)科將承擔(dān)起這一使命。

由于水的循環(huán)性和可再生性以及它的社會性和商品性，水工業(yè)與其他工業(yè)相比有很大的不同。這一工業(yè)的原料是水，產(chǎn)品也是水，因此，這一工業(yè)不僅要將原料“水”加工成產(chǎn)品“水”銷售，而且還要負(fù)責(zé)將產(chǎn)品“水”還原生產(chǎn)成原料“水”，其經(jīng)營活動可以說是沒有起點也沒有終點的。由此而觀之，水工業(yè)是從事水的可持續(xù)發(fā)展和利用，以滿足社會經(jīng)