我國的水處理工業(yè)已經(jīng)逐漸形成，每年的污廢水處理量接近1000億立方米(2018年達(dá)到817億噸)，約占用水量的15%(2018年為13.6 %)，達(dá)到我國河流總徑流量的3%左右(2015－2019年全國水資源量為（2.9±0.22）×1012 m3)，取水量已經(jīng)逼近警戒線，如果河流徑流量的5%被取用，不管采用何種凈化方式施以補(bǔ)水，都可能引發(fā)生態(tài)上的災(zāi)難。在水資源配置方面，我國的水資源總量擁有仍然屬于豐沛，然而人口基數(shù)巨大，人均擁有量(2064 m3/人，2018年) 僅約占全世界平均值的1/3(6074 m3/人，2018年)。我國耗水的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)如鋼鐵、造紙、印染、化工等居多，加上經(jīng)濟(jì)發(fā)展的區(qū)域不均勻性，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與人口聚集所造成的河流水質(zhì)性污染普遍存在。我國很多省份特別是華北等地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)了流域水資源嚴(yán)重超載的現(xiàn)象。

        我國目前的人均GDP(10483美元，2020年)約為美國的1/6(63416美元，2020年)，與世界發(fā)達(dá)國家比較，處在資源屬性、人力戰(zhàn)略與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的上升期。水資源可能成為一個(gè)重要瓶頸，并將取決于我們的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)未來的發(fā)展變化。我們需要改變沒有污染就沒有環(huán)保產(chǎn)業(yè)的傳統(tǒng)思路，把水資源戰(zhàn)略置前，重新認(rèn)識(shí)水的經(jīng)濟(jì)當(dāng)量意義及其在實(shí)現(xiàn)碳中和過程中的媒介作用。在水工業(yè)中，水源是基礎(chǔ)，污染是對(duì)象，工藝是手段，工程是目的，所有目的必須為可持續(xù)生態(tài)的目標(biāo)服務(wù)；全過程的保護(hù)、預(yù)防、應(yīng)用、控制、修復(fù)、循環(huán)等，構(gòu)成了完備的水工業(yè)鏈。其中，在水資源—水環(huán)境—水生態(tài)—水工業(yè)的鏈條中，表現(xiàn)出多賦存狀態(tài)、多相轉(zhuǎn)變、多季節(jié)變化、多物種依存的資源屬性；表現(xiàn)出復(fù)雜性、多樣性、多環(huán)境效應(yīng)等共存的污染對(duì)象；還表現(xiàn)出多學(xué)科、多方法、多技術(shù)的解決手段，以及多用途、多服務(wù)對(duì)象、多目標(biāo)需求的社會(huì)經(jīng)濟(jì)行為。

        這樣，在認(rèn)識(shí)水溶液或污廢水性質(zhì)基礎(chǔ)上，我們把污廢水處理工藝的重要性置身于難降解有毒工業(yè)廢水的高效處理技術(shù)與理論中，是非常有必要的。難降解有毒工業(yè)廢水傳播/干預(yù)的行業(yè)構(gòu)造了水質(zhì)特征急劇變化并使之具有復(fù)雜性和典型性，其中污染過程是自發(fā)行為，阻斷這個(gè)過程需要處理工藝的革新。工業(yè)廢水與使用原材料、中間產(chǎn)物、產(chǎn)品途徑、分離純化等生產(chǎn)工藝及原理技術(shù)水平相關(guān)，還受化合物、催化劑、溶劑介質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)等物化因素的控制，所表現(xiàn)出來的污染特征豐富多樣。由此啟發(fā)科學(xué)家們研究各種控制原理，包括反應(yīng)、分離、轉(zhuǎn)化、利用、儲(chǔ)存、排放及其組合等，涉及物理、化學(xué)、生物、物化、生化等多學(xué)科及其交叉領(lǐng)域。對(duì)此，復(fù)雜工業(yè)廢水的污染屬性/溶液性質(zhì)與各種控制原理的功能屬性之間的吻合關(guān)系，在質(zhì)量—能量/熱量—電子的不同物理/化學(xué)尺度上的表現(xiàn)，將成為未來水污染控制技術(shù)支持水工業(yè)發(fā)展的理念方向。因此，本文嘗試從污廢水的產(chǎn)生機(jī)制、水溶液性質(zhì)包括污廢水溶液性質(zhì)及其演變、水處理工藝發(fā)展等的原理思考出發(fā)，提出針對(duì)有毒/難降解復(fù)雜工業(yè)廢水處理工藝的重要性，旨在尋求水工業(yè)發(fā)展與碳中和、經(jīng)濟(jì)效率、生活質(zhì)量等相關(guān)的科學(xué)與技術(shù)目標(biāo)的規(guī)劃。

摘 要

       從自然演化、人類活動(dòng)、科學(xué)發(fā)展角度分析污廢水的產(chǎn)生機(jī)制及其對(duì)天然水體溶液性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)人類遷徙的城鎮(zhèn)化以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率約束導(dǎo)致污廢水與天然徑流之間的矛盾，使生態(tài)水體呈現(xiàn)出由地表純凈水向水質(zhì)污染方向的功能轉(zhuǎn)化，擾動(dòng)了元素/化合物在地球表面或水體界面的離心與向心遷移的平衡，明確了水體界面或水圈作為物質(zhì)地球循環(huán)中轉(zhuǎn)站/轉(zhuǎn)運(yùn)站的原理機(jī)制。隱藏在各種水處理工藝原理中的物理、化學(xué)、物化、生化等豐富功能能夠解決中轉(zhuǎn)站中所積累的矛盾，所以，集合溶液性質(zhì)與污廢水處理工藝原理之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系及其技術(shù)應(yīng)用將構(gòu)成更加完備和潛在的水工業(yè)，所提出的水溶液性質(zhì)概念同樣適用于給水與純凈水的生產(chǎn)與管理。針對(duì)有毒/難降解的工業(yè)有機(jī)廢水如煤化工行業(yè)焦化廢水，在前端工藝清潔生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，需要把產(chǎn)品資源回收、性質(zhì)互補(bǔ)利用、水量循環(huán)機(jī)制作為共性目標(biāo)，把低能耗與物耗、關(guān)鍵污染物去除以及明確環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)歸趨作為污染控制工藝選擇的依據(jù)，同時(shí)要求全過程產(chǎn)生低的二次污染如碳排放等?；谒芤盒再|(zhì)的改變及其過程演變的探究將拓寬水污染控制的工藝?yán)碚撆c技術(shù)邊界。水污染控制與水環(huán)境保護(hù)相結(jié)合的水工業(yè)全過程追求技術(shù)、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)目標(biāo)的一致，爭取得到綠色、低碳、循環(huán)等生態(tài)目標(biāo)的響應(yīng)，即生活、生產(chǎn)、生態(tài)“三位一體”的協(xié)調(diào)發(fā)展。