水工业及水工业学科出现的必然性探讨

摘要：本文从给水与排水的相互关系、绿色消费及水的循环三个方面探讨了水工业及水工业学科产生的必然性。并对水工业学科的任务与范围以及水工业的内容提出了笔者的肤浅认识。

关键词：水工业 水工业学科 必然性 探讨

1．引言

传统的给水排水工程，是伴随着城市化进程开始而出现的，仅有100多年的历史。尽管它历史短暂，但是它对社会发展的巨大贡献是勿容置疑的。在我国本世纪三四十年代，给水排水工程才得以出现，七十年代以前的给水排水工程以满足水量需求及水的输送为主线，以发展给水处理技术为主要特征。改革开放以来，我国国民经济迅速发展，人民生活水平不断提高，不但需水量迅速增加，而且对水质的要求也不断提高。特别是水污染的加剧，环保问题的突出；水污染由城市向农村城镇的蔓延及水污染由城市周边水体向全流域扩展趋势的加剧，给水排水已由传统的以满足水量需求转移到了解决水质问题这一突出矛盾上来。进入九十年代，伴随着人类深刻反省自身发展历史，提出可持续发展的理念和行动，伴随着计算机技术、信息技术、自控技术及现代测试技术等向给水排水领域的渗透，夕日的给水排水概念早已无法涵盖这迅速膨胀的现实了。一个崭新的水工业已呼之欲出。

2．城市“动脉”阻塞与“静脉”变黑呼唤重组给水排水技术体系

1884年，在美国Sowerville建成第一座使用快滤池的自来水厂，标志着现代给水技术和现代给水工程的开始。从此之后，给水工程学逐渐形成自己独立的学科体系，而被人们所公认，至今已有100多年的历史。如果把当今的给水处理厂和纵横交错的给水管网视为城市的动脉，恐怕不为过分。100多年来，虽然给水工程技术在局部工艺和某些技术环节上仍不断发展，如各水处理单元上的基础理论不断完善，消毒方法与设备不断改进，净水构筑物结构不断更新，水厂运行不断优化，水厂管理走向自动化等，但是，给水工程的基本概念没有发生更大的突破，总体工艺也没有根本的变化。

传统给水处理技术的主要功能是除浊度，保证饮用者不患水致传染病。在原水水质主要含泥沙、无机胶体类杂质和天然有机物时，传统给水处理技术可得到清凉透明、无色无味的饮用水。但是，传统给水处理工艺面对当今水源水中大量出现的人工合成及溶解性有机物时，就无能为力了。而且，在有有机物存在的条件下，加氯消毒还会产生大量的潜在致癌、致畸、致突变物质及对人体健康有害的物质。根据现代分析测试的结果，饮用水中有765种有机物，其中20多种致癌物，23种可疑致癌物，18种促癌物，256种致突变物。我国的研究发现，在水源水受污染的条件下，长期饮用加氯消毒水的人，比饮用非加氯消毒水的人，死于消化和泌尿系统癌症的危险性更大，并发现了饮用氯消毒水与癌症死亡率之间大致存在的统计学关系。氯消毒技术，虽使水致病不再危害人们的健康，但它的副产物潜在的“三致性”，已难以保证饮用水的安全性。

造成城市“动脉”阻塞的直接原因是城市排水问题。虽然有考古发现表明，公元前2300年，我国先民就曾用陶土管敷设下水道，罗马也曾在公元98年前建设了城市废水管。但是，排水工程与技术的发展速度却十分缓慢，尤其是污水处理技术至19世纪末叶均无显著的进展。其重要的原因（详细原因另文分析）在于，利用天然水体的自净能力消纳、净化污水是最为方便和经济的方法，所以，人们往往首先将城市污水不作任何处理就近排放水体。当排入的污水量较少时，河流有足够的自净能力，经过一定的时间后，进入河道的污染物会被降解，河水重新返清。但当污水量日益增加，污染物的量超过河道的自净能力时，河水就会被污染，严重时就会变得黑臭，长时间不能返清。如我国上海的黄浦江，60年代逐渐被污染，80年代每年黑臭期长达150天，而其支流苏州河则终年黑臭。

流经各城市并接纳城市污水的河流就象城市的静脉，大量未经处理污水的排放使城市“静脉”变得黑臭，城市给水——“动脉”岂有不阻塞之理。城市污水对水体的污染，直接破坏了城市给水的水源。据七大水系和内陆河流的110个重点河段统计，符合“地面水环境质量标准”Ⅰ、Ⅱ类的占32％；Ⅲ类的占29％，Ⅳ、Ⅴ类的占39％。按131条流经城市的河流统计，水质在Ⅲ类以下的竟有118条，占90％。水体污染直接威胁到了饮水的安全。

面对人体污染及传统给水工艺的缺憾，科技工作者除了应努力发展高新给水处理工艺技术外，已是应当认真思考目前给水与排水这两个技术系统相互独立的弊端，重组给水与排水技术体系的时候了。事实上，今天的给水处理技术与污水处理技术在许多单元技术上越来越接近。许多曾用于污水处理或污水深度处理的技术，如污水脱氮除磷技术，臭氧活性炭技术，膜生物反应器技术等，已开始了在给水处理中的应用探索。

3．绿色消费所引起的饮水连锁反映

本世纪70年代以来，人类对自身的社会经济发展模式逐渐开始了深刻的反思。在这场反思中，世界范围内掀起了一股“绿色浪潮”。这股浪潮使绿色消费、绿色产品、绿色技术和绿色设计的观念日益兴起并逐步成熟。

所谓绿色消费，它的含义是多重的。从环境学的角度讲，绿色消费是指人类的消费活动无害于环境，即“无污染消费”；从资源学的角度讲，绿色消费是指人类的消费活动应做到对自然资源的适度消费和综合利用，按照资源的多种使用属性和功能加以利用，以缓解自然资源的耗竭速度；从生态学的角度讲，绿色消费是指人类的消费活动应符合生态系统物质流和能量流的规律，既满足人类生存的需求，又不致造成生态的失衡，不能因人类的消费而破坏生态系统的“食物链”，同时还应追求生态经济的效应最大。

绿色消费是通过实行绿色产品制度来实现的。原西德最早实行绿色产品制度，随后，日本、西欧及北美也很快普及了该制度。绿色产品已从90年代初的200多种食品扩展到了日用消费品、家用电器、机电产品甚至住房。既然人们对绿色产品倍加青睐，因此，为生产绿色产品的技术——绿色技术也就应运而生了。如同人们对绿色消费有不同的理解一样，对绿色技术也有不同的看法。概括地讲绿色技术至少包括以下一些意义：（1）绿色技术应是追求人与自然和谐，保证生态系统物质流和能量流正常循环的技术。（2）绿色技术应该是利用资源和修复资源相统一的现代技术及技术系统。“无公害或少公害”的技术只是这种技术体系的初级阶段。（3）用绿色技术生产出来的产品应该有利于人类的健康、文明和进步。绿色消费、绿色技术和绿色产品必然要求“绿色设计”。绿色设计不仅贯穿于人类技术活动的全过程，而且延伸至人类的消费活动。前者要求在设计产品时必须按环境保护的要求选用合理的材料、结构和工艺，在制造和使用的过程中降低能耗、物耗，不产生毒副作用；后者要求在改善人类生活品质的条件下，能“修复资源”“回归自然”。

喝什么样的水好？目前已成为人们的热门话题，打开电视，翻开报纸，各种品牌各种类型的“水”便扑面而来，太空水、纯净水、纯水、矿泉水、优质水等等。各种各样的水正冲击着我们多年形成的饮水观念。我们的自来水到底怎么了，普通大众感到困惑。这既表明目前饮水问题的严重，同时，也表明“绿色消费”在饮水观念上的折射。人们不再仅仅要求饮水符合“卫生标准”，而且越来越强烈地要求饮用水水质优良、营养，符合“健康标准”，要求饮水中污染物尽可能少，微量元素尽可能符合生理机能的需求，而且美味可口。人们要求净水工艺安全可靠，净水药剂不产生有害于人体的副产物。人们原有的饮水观念随着大型矿泉水公司、大型纯净水公司的出现而正在经历着一次历史性的变革。这场变革首先反映出人们对“水”绿色产品的需求，同时也正在强化着两个重要概念“水是产品”，“水是商品”。这正是重组给水排水技术体系的思想基础。

4．水的循环、运动规律及属性是水工业产生的内因

水的循环从观念上看应包括三个层次的涵义：第一是指各种水体通过蒸发、水汽迁移、降水、地面径流、地下径流所形成的水文循环，这是一种自然循环，也是一种大循环；第二是指自然水文循环受到人类社会活动影响而形成的自然社会循环，这一循环是自然与人类活动综合影响的结果，是一种中循环；第三是水仅在某一特定范围内（如某一工厂），完全由人类活动所形成的人工“小循环”，水的后两种循环可以由下列框图来表示。

图1 水的第二、三类循环框图

若水的第二、三类循环正常、良好，水的自然大循环也就趋于正常、良好。在人类生活与生产力水平较低时，不完善的第二、三类循环可以通过第一类循环的作用来弥补，从而达到修复自然资源“水”的目的。然而，当第二、三类循环的量很大，循环速度远远超过第一循环的速度时，不完善的后两种循环就将使水的自然大循环遭到破坏，从而使水不能自我修复，当前的情况正是这样。显然，水工业的目的就是要在利用水资源的同时最大限度的回用或再生这种资源，用工程与技术手段完善和保障后两种循环的正常，使水的自然循环保持正常。

从水的循环模式我们可以知道，“水”具有很突出的双重性，即社会属性和商品属性。水是城市与人类生存基础的基础，它为社会所共同拥有，给水排水工程设施是城市重要的基础设施之一等，是水的社会属性的明显注脚。水的开采、加工、输送、分配至用户的过程与石油等矿产资源的开采、加工和利用十分相似，因此，它具有明显的商品属性。过去，我们的观念中错误地未将水视为商品，其必然结果是忽视它的价值，因而，只重视“水”的使用，不重视“水”的维护，使水的各类循环不能正常起来也就不足为奇了。除此之外，水还具有不可替代性和可再生性。能源对于现代文明是十分重要的，我们可以从石油、煤中获得能源，也可以用自然能源（太阳能、风能等），还可用核能，但水对于生命体而言，目前还没有可替代和可人造的。然而，水在被人们使用之后并不改变其H2O的化学结构，只是其中溶有或含有了其它我们称之为污染物的物质，如果将这些物质从水中去除掉，水就得以再生。正是由于水的这一特性，使得水才可能100％的循环，成为100％的绿色产业。

5．结束语

从上述讨论可知，原来的给水排水工程已不能涵盖当今城市、社会、经济发展与水资源或水环境的相互关系所涉及的政治、社会、经济、法律和技术等方面的问题。因此，现有的给水排水工程必然会出现种种不适应和矛盾冲突。这种矛盾冲突随着社会主义市场经济的发展还会更加激化，要解决这一矛盾，呼唤与产生新的产业和新的学科就是一种历史的必然。水工业和水工业学科将承担起这一使命。

由于水的循环性和可再生性以及它的社会性和商品性，水工业与其他工业相比有很大的不同。这一工业的原料是水，产品也是水，因此，这一工业不仅要将原料“水”加工成产品“水”销售，而且还要负责将产品“水”还原生产成原料“水”，其经营活动可以说是没有起点也没有终点的。由此而观之，水工业是从事水的可持续发展和利用，以满足社会经济可持续发展所需求的水量水质作为生产目标的特殊工业，它包括水的开采、加工、输送、回收及利用的有形产业和为这些产业提供技术、咨询及管理维护的综合服务业。

水工业学科将以城市与工业及社会影响为目标，以水质及水的社会循环为核心，运用社会学、经济学及法学等社会科学原理，利用物理学、化学、微生物学、流体力学，以及机械制造技术、仪器仪表技术、土木工程技术、电子技术、计算机技术等自然科学技术为研究手段，为现代化的城市建设和工业生产服务，为人类社会的可持续发展服务。