污水处理必须遵循水循环基本规律

　关键词：水循环 循环 

 

　生态环境恶化主要是因为水资源的不合理开发利用造成的。水危机产生的主要原因是：一方面水资源的短缺与不合理利用并存，另一方面为污水处理能力不足，造成江、河、湖、库及近海水域水质富营养化日益严重。水资源短缺和污染是目前制约经济和社会可持续发展的重要因素。污水处理作为污染防治的基本措施已经受到人类的普遍关注。从总体上看，污水处理忽略了污水处理的整体性和水循环的基本原理，以单一指标作为衡量基准。污水处理需要建立新的衡量标准，从水自然循环和社会循环入手，寻求水循环的基本规律，实现水资源的良性循环。

 

　　系统论认为，水的自然循环是具有自组织结构的非平衡开放系统，水的社会循环是具有人工组织结构的平衡系统。

 

　　从地球诞生，可能就有水的存在。以水为介质地球完成了物质、能量和信息三要素之间的交换，由水平啄收和储存太阳能，完成能量的转换，使地球由一个“死球”进化为一个“活球”，从此有了生命的产生。可以说是水孕育了生命的发生、发展，也孕育了地球的整个变迁过程。

　　在无人类参与或人类干预很小的条件下，水的存在形式主要包括云，地表水（包括海洋、冷雪、湖泊、沼泽、河流等），地下水和生物水四部分。这四部之间呈四面体状的相互关系，云由其余三种水体通过蒸发而形成，再通过雨、雪、雾和冰雹等，分别进入其余水体；地表水体的大部分水源来自于云和地下水体，同时自身也进行着各种形式的转变，这其中也完成着物质、能量和信息的转换过程；地下水体主要来源于地表水体的下渗和云；生物水和其余三个方面都有不可分割的关系，但从总量上来看相对小了很多，所以可以认为云、地表水体和地下水体起了决定性作用，决定着水的循环方向和整体特性。这三种水体之间的循环主要依靠太阳能来推动的，生物能相对作用较小，自然系统起了决定性的作用。自然水体利用太阳能和生物能在循环过程中携带和产生物质和

能量，保持熵值的稳定，即水体自净。

 

　　水的社会循环是水自然循环的一个子系统，又包括农业灌溉、工业用水和居民生活用水三个系统。这些系统通过取水系统和排水系统相互连接成一个复杂的网络系统。与自然循环相比，社会循环具有可控制性和系统完成有序化以及在时间上的及时性。 

　　人类诞生以来，对水循环的干预作用越来越大，尤其在工业革命以来，大量的水被应用，大量的含有高浓度有机物和无机物的水被排放到自然水体，大大超过了水体自然循环中太阳能和生物能所能带走的负荷，造成大量物质在水体中积累，也增加了人类的利用成本。水循环系统的熵值增加，原有的平衡被打破，新的平衡即将建立。

　　水自然循环是一种开放的自组织系统，维持地球物质、能量和信息的交换，由于太阳能和生物能的参与作用使系统维持相对稳定的有序状态。由于人类活动的参与作用，输进了原本没有的新物质和能量，打破了原有的有序状态，向一种新的有序状态演变。人类的社会活动是一种有组织的活动，不同于自然循环的自组织活动。多年来人类活动的结果表明，人类的有组织活动违背了水自组织活动的基本规律，这就是水危机产生的根源，也是生态环境恶化的根源。

 

　　我国的水污染经历了一个从工业废水到生活污水，从行业重视到国家重视，从国家重视到全民重视，从直接排放到末端治理；从单独分散的点源治理到流域性和区域性的水污染防治发展；工业废水从末端治理转移到清洁生产为主的“污染综合预防”；生活污水从合流集中处理排放到分流、分散处理回用的发展过程。这期间除了经济、社会以及环保观念等因素制约处，渗透着人们对水和水污染控制认识逐渐深入的过程。

　　我国工业废水城市污水排放量大，到2000年排放量达到3000亿m3。工业废水的治理始于六、七十年代，到“七五”期间(1986～1990)被列入国家科技攻关重点项目，“九五”期间国家攻关课题中工业废水的研究内容彻底由末端治理向清洁生产转移，把污染控制和生产过程紧密结合起来，提出通过加强生产环节的管理、技术设备改造以及工艺流程改进，提高水利用率，减少工业废水和污染物排放量。 

　　80年代以前城市污水多为直接排放，从“七五”开始国家科技攻关逐步研究一些城市污水处理技术，随着“八五”、“九五”的开展，在城市污水处理方面已经具备了成熟的处理技术。随着水源短缺，城市污水成为重要的城市杂用水水源，污水回用也成为城市污水处理面临的主要问题。我国“七五”期间提出了回用水质标准，到“八五”、“九五”这一技术也取得了长足的进步。

　　多年来，从借鉴国外经验消化吸收到自行研制设计，我国的水处理技术已经步入国际先进行列。但是由于我国经济基础相对薄弱，城市化、工业化进程还需要大量资金扶持，环保资金相对投入较小，已经建设的处理设施跟不上城市建设和工业改造的步伐，所以水处理率还远远不能达标，致使我国的环保事业存在严重的瓶颈。

 

　　水的社会循环由于人类的干预作用增加了原来没有的物质和能量，导致系统有序性的失衡。必须要解决两个问题：一是利用人工方法恢复打破的有序性，就是污水的净化处理；另一个方面自省人类的干预活动，以更接近自然循环的方式、方法进行生产活动。最根本的方法就是站在实现自然循环的角度，对生产过程中产生的污染物进行必要的污染治理，减少人类干预对水自然循环的不良影响，实行污水生态处理，通过对水社会循环的有效控制，解决对自然循环的破坏作用，避免自组织和系统有序化时间上的滞后性对人类行为带来的不良后果。

　　生态学是研究生物与自然环境之间关系的科学，这里的“生态”表示人类活动与污水处理之间的关系。污水生态处理并不是技术上的突破，是一种污水处理理念的转变。对于现有技术来说，基本可以实现污水的有效处理，但是对于我们来说，要解决的主要问题并不是单一的污水处理问题，要从整体性和水循环的角度充分考虑环境保护、生态建设等多含总因素，包括城市规划，地面、地下水体特点，水系功能定位，气候条件以及下游水体特点等等，确定处理工艺。

　　1995年水处理提出水工业的概念，将水作为一种商品，包括给水排水以及用水等一系列过程，也就是水作为商品从生产、使用到最终处理全生命周期的动作过程。这也是污水生态处理另一个方面的体现。

 

　　近代给排水系统的水处理流程实际上是效仿水循环中，在生态学、地球化学作用下自然发生的水质变换过程，通过集中增加电力等能源，达到比自然快得多的水质变换速度。尤其是近几年水污染控制领域增加了可持续发展的要求，发展方向定位于清洁生产和流域、区域治理。这两方面都是站在水自然循环的角度来规划、控制人类干预下水的社会循环，所以污水生态处理在人们的研究方向、研究内容、思维领域和学科专业上已经有了准备，只需要进一步的理解和认识。

　　近年来随着可持续发展的提出，水工业成为以水为主的主要学科部门。水质科学与工程学是水工业的匹配学科，以水质处理/控制为核心内涵，研究水工业为水资源可持续提供社会和各种用水服务所需的科学技术的学科。学科中突出了水概念的重要性，应该看到水资源的主要问题在于水质，污染治理的主要目标是保护水质免遭破坏，水自然循环有序性的打破，究其原因是由于人类活动改变了水体的水质，增加了不能净化的新物质或超过了水体的净化能力。

　　我国水工业的总体发展目标是尽快实现水的良性社会循环。多年的研究实践中，人们已经意识到水循环和水污染控制之间不可分割的关系，实现水的良性循环，必须控制水的良性社会循环，良性循环产生的关键就是立足于污水生态处理的水污染控制措施。

 

　　经济发展的需求

　　追求经济的协调发展是人类一直的梦想，可以为经济的发展注入生机和活力。经济发展是一把双刃剑，一方面提高了人类认识自然、改造自然的能力，另一方面在改造自然的同时不同程度地在破坏自然，人类承受着自然的惩罚。经济发展与环境保护之间是一对矛盾，国际上对此曾提出各种不同的见解，先发展还是先治污，还是边发展边治污，各有见解。我们认为之所以出现不协调是因为人类活动没有遵循自然发展的基本规律，破坏了水自然循环和地球生态系统的有序性，原有的平衡被打破，熵值增加，迫使全球系统向一个新的可能不利于现有生物生存的平衡演变。

　　污水生态处理是为了保证人类生活与水自然循环之间建立良好关系而提出的。维持经济的协调发展，不能以耗费有限资源为代价，使与自然界间的开放式循环代谢按环境负荷最小的方式与自然耦合。经济发展始终是追求低投入、高产出的活动模式，多年来人类对于水资源的开发和利用方式表明是一种极端违反经济规律的活动。应当看到，将经济发展和资源利用两方面连环考虑进行综合规划的思路还处于初级阶段。人类已进入地球环境时代，原有的区域分割时代已经行将结束，单单强调给、排水和水处理是不够的，水的利用需要进行全新的设计和总结。应当明确认识到人类活动与水自然循环的相互关系，明确水质是水循环的关键。

 

　　污水处理并不是简单的达标排放，多年来人类由于控制和管理不当，水的社会循环已经严重影响到水的良性自然循环。人类还不能改变水的自然循环，用社会循环取而代之。只有充分认识到水自然循环的重要性，才能在人类活动中，有效控制水的社会循环，实现水的良性自然循环，对水的利用才能从必然王国走向自由王国。污水生态处理从水循环利用的角度出发，分析人类活动与水循环之间的基本关系，提出污水处理必须遵循水循环的基本规律，是可持续发展的要求，也是实现水良性社会循环的关键。