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论水质科学与工程及21世纪水处理科技

发布日期:2011-05-06  浏览次数:919

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文章摘要:  中国水星8月10日发表许保玖先生题为《论水质科学与工程兼论21世纪的水处理科技》的论文。在这篇文章中,许先生高屋建瓴,积

  中国水星8月10日发表许保玖先生题为《论水质科学与工程兼论21世纪的水处理科技》的论文。在这篇文章中,许先生高屋建瓴,积其多年之丰富学识与经验,以其对水工业和水质科学与工程学科的深刻认识与理解,对这门学科的发展进行了哲学层次上的精辟的论述。无疑,先生的观点对我国的水工业和水质科学与工程学科未来的发展会有指导意义和启发促进作用。

  虽然本人对先生的很多观点十分认同,但也想在此借题发挥,进一步提出一些对水工业和水质科学与工程学科的看法。

1,关于水质科学与工程学科的学术领域的界定范围

  水质科学与工程学科,如果应该有这样一个独立的学科定位的话,我想应该是针对某种用途的水回答一下几个简单而基本的问题:水中有什么和处于什么状态?有多少?是否需要去除或转化?能否或怎么去除?花多大代价去除到什么程度?前三个问题是水质科学问题,在很大程度上和分析技术的发展及人们的生活水平和思想水平相关。后两个问题是水质工程(水处理技术)和管理问题。先生在文中对水工业和水质科学与工程学科的定义高度概括,但在解释这一定义时,着重强调了水质工程(处理技术),对水质科学和水质工程管理方面的着墨却很有限(虽然也谈了水质概念的重要性)。本人认为,水质的化验分析、监测、不同水质的不同用途,对生物、环境和社会发展的影响,水质工程管理等等都应该包括在水工业和水质科学与工程学科之中,是这一学科的有机的不可分割的组成部分,而且与水处理技术同等重要。

  水质化验分析和监测的重要性是不言而喻的,是知道水里有什么和有多少的手段。现代水质分析技术的发展可谓一日千里,新的分析方法、仪器设备、试剂材料不断涌现,这一点看看关于水的学术杂志里的广告和仪器或材料试剂生产和供应商从水工业中所攫取的利润就再清楚不过了。十年前,GC/MS在中国绝对是从事水质科学与工程学科研究人员的奢侈品,而现在,不但研究所和大学里有,很多水处理企业里都配备了,是很平常的甚至是必不可少的分析仪器了。有的甚至装备了HPLC/MS和ICP/MS。有了这些先进的分析仪器方法,过去很多难以测定的水质指标和参数,现在变得简单快速。有了这些水质化验分析和监测的方法,对水处理技术的发展也是极大地支持和促进,没有GC/MS检测厌氧微生物的代谢产物,没有电子显微镜,很难想象污水厌氧净化处理技术理论能发展到今天这样。没有GC/MS,如何去简单快洁地分析饮用水中消毒副产物?新的分析技术也是原来不为人们所知道的水质参数得以重视,如水中的藻毒素,雌激素(内分泌干扰物)可以用HPLC/MS或生化分析方法(如ELISA方法)得以分析和鉴定等等。再比如被动采样技术(PASSIVE SAMPLER)的诞生,使得测定水中匹克量级物质变得更加容易。所以水质的化验和监测是水质科学与工程学科中不可缺少的部分。水质化验分析和监测技术越先进,对水处理技术和工艺的研究发展提供的方便就越多,当然对其要求也就越加严格,这是辩证的关系。水质分析监测的手段的提高也使得对水质的描述越来越精确,对水中的物质知道的越来越多,找到精确描述水质的参数的可能性就会大增。比如,如果用粒子计数代替浊度作为饮用水处理工艺中的控制参数,那么,避免由原虫引起的象发生在美国米尔沃基(MILWAUKEE)流行病的机会就会大增。传统污水五日生化需氧量的测定耗时长,难以用来进行工艺控制,但是现在不断有人研制新的测定方法,比如用生物芯片,可以是测定时间大为缩短,使污水的可生化性信息迅速准确地获得,对污水生化处理工艺的研究和控制十分有意义。

  水中的物质是否都要去除或转化?这涉及到水的用途和标准。对这个问题要有一个科学的认识。不同用途的水要有一套与之相应的科学的标准。如何建立一套适用的以科学事实为基础的水质标准就是一门很大的学问,这部分无疑也应该是水质科学与工程学科的有机内容。比如污水回用的有关标准,如果回用到农业,则标准制订过程应考虑回用水对土壤的短期和长期影响,对农作物的影响,对人类和其他使用这些农作物的生物的影响等等;如果回用到工业,则应考虑腐蚀、结垢等等因素。水质标准可以说是对水处理工艺设计、运行和管理的依据,也是水质科学和工程学科研究的要达到和逾越的目标,其重要性不言而喻。而没有一套有充分科学依据的水质标准,水质工程(处理)技术的研究和发展就变得盲目,失去了具体的目标和方向。

  对水工业发展规律的正确认识,无疑有助于水质科学与工程学科的发展。使这一学科呼之欲出并打上时代烙印的并不是所谓高科技,而是人们对水 - 这种我们曾经认为是取之不尽且可自来的而如今却日渐减少的资源 - 的重新认识。诚然,高科技可以使不用笔即可画图,可以不入实验室即可做试验,或许也可以帮助找到解决某种水质问题的方法,总之,它能加速来水质科学与工程学科发展的步伐,但它不能从根本上改变人们对水的认识。如果人们对水的观念改变了,不再视之为理所当然免费用品,如果形成并尊重水资源应可持续利用的自然伦理,制订水资源有偿使用的社会法律法规,加强对水资源的管理,那才是催生水质科学与工程学科并促进其发展的动力。而事实上,这也正是我们所面临的现实。所以关于水的伦理、价值、法律法规、管理等等也应该包含在水质科学与工程学科之中。

2 关于21世纪的水处理科技

  许先生认为,"对中国来说,21世纪的水处理科技任务极为艰巨",是要"防止由于水资源继续恶化而对国家经济的可持续发展产生瓶颈效应。"而且他认为,"在现有的水处理科技水平和资金来源机制的条件下",最终会导致"水资源水质灾害",所以要"通过水处理的技术途径防止这一严峻形势的出现。"本人认为这是给了水处理科技一个"不可能的任务(MISSION IMPOSSIBLE)"。单靠水处理科技不能完全彻底地解决"水资源水质"问题。"在2025年内,开发出具有突破性的水处理新工艺及强化现有工艺的改造技术,使水处理设施的建造和运行费用比现有同样规模的设施降低约1/4-1/3,甚至更多。",这一点过于乐观了。从过去国内外几十年的水处理技术研究发展和应用的历史看,水处理的成本都不是在下降,而是在上升,这一点我相信水处理设施的规划、投资、设计、运行和使用管理者(包括行政主管部门)更为清楚。对给水处理来说,随原水水质的不断恶化,随水质标准的不断提高,处理成本越来越高,这点已经勿庸置疑。新的给水处理技术,如过滤技术(超滤、纳滤、反渗透等),臭氧活性碳技术,生物预处理技术,那一项不是增加成本的技术?对污水处理来说,确实在不断有人研究所谓低投资低运行费的处理技术,但统而言之,这些技术都不完美,占地小的,施工、运行和设备成本会高,运行成本低的,其他方面的投资可能会大,不是处理出水水质标准不高,就是只能应用于某种特定的污水或应用于较严格的特定条件下。去除或转化一定量的污染物就需要一定的能量和物质输入,这是自然规律。所以在未来25年水处理成本下降的空间可以说十分有限。而且随环保法规越来越严,占到污水处理成本一半的污水厂污泥处理成本几乎不可能下降。

 
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