21世紀(jì)的水處理科技任務(wù)是：防止由于水資源水質(zhì)惡化對(duì)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生瓶頸效應(yīng)甚至水質(zhì)災(zāi)害,。
21世紀(jì)的水處理科技是水質(zhì)科學(xué)的核心內(nèi)容,。由于水資源的世界性嚴(yán)峻形勢(shì),，21世紀(jì)將成為水處理科技得到迅猛發(fā)展的時(shí)代。怎樣發(fā)展,？本文只是對(duì)這個(gè)極難回答的問(wèn)題提幾點(diǎn)設(shè)想,，以引起注意和討論。這雖然是一個(gè)世界性問(wèn)題，但應(yīng)該結(jié)合中國(guó)的情況來(lái)提問(wèn)題,。
1.時(shí)代任務(wù)與挑戰(zhàn)
對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)，21世紀(jì)的水處理科技任務(wù)極為艱巨,，原因?qū)⒁?jiàn)下述內(nèi)容,。大致說(shuō)來(lái)，21世紀(jì)的水處理科技任務(wù)是：防止由于水資源水質(zhì)惡化對(duì)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生瓶頸效應(yīng)甚至水質(zhì)災(zāi)害,。中國(guó)水資源水質(zhì)惡化主要來(lái)源于廢水處理的舊債和新債,。中國(guó)的七大水系中，63.1％的河段水質(zhì)為Ⅳ類,、Ⅴ類或劣Ⅴ類,，失去作為飲用水水源的功能。這是舊債,。按國(guó)家現(xiàn)有規(guī)劃,，2000年的城市廢水集中處理率為25％，因此,，有75%的廢水處理率新債,。但這些并不代表全部債。
可以看出,，在現(xiàn)有的水處理技術(shù)水平和資金來(lái)源機(jī)制的條件下,，每年將不斷出現(xiàn)新債。因此,，21世紀(jì)可能會(huì)出現(xiàn)由于水資源水質(zhì)繼續(xù)惡化,，對(duì)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重的瓶頸效應(yīng)，甚至要警惕可能出現(xiàn)的,，可以類比于大面積洪水那樣的水資源水量災(zāi)害的水資源水質(zhì)災(zāi)害,。中國(guó)水處理科技的時(shí)代任務(wù)與挑戰(zhàn)是防止這一嚴(yán)重形勢(shì)的出現(xiàn)。這當(dāng)然也是水質(zhì)科學(xué)與工程的學(xué)科時(shí)代任務(wù)與挑戰(zhàn),。具體的設(shè)想有：在2025年內(nèi),，開(kāi)發(fā)出具有突破性的水處理新工藝以及強(qiáng)化現(xiàn)有工藝的改造技術(shù)，使水處理設(shè)施的建造和運(yùn)行費(fèi)用比現(xiàn)有同樣規(guī)模的設(shè)施降低約1／4～1／3,，甚至更多,。這可稱為“虛”的資金來(lái)源。實(shí)施水工業(yè)的水價(jià)概念,，收費(fèi)將是資金的實(shí)在來(lái)源,。在兩者的結(jié)合下，中國(guó)將有足夠的資金做到,，在2025年內(nèi)逐步不再每年欠廢水處理債,，并在2025年前水資源不再出現(xiàn)Ⅳ類以及低于Ⅳ類水質(zhì)水域的現(xiàn)象。
2.對(duì)現(xiàn)有水處理技術(shù)的再認(rèn)識(shí)
按高新時(shí)代的學(xué)科要求，對(duì)現(xiàn)有的水處理技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià),，是預(yù)測(cè)21世紀(jì)水處理科技如何發(fā)展的頭一步工作,。下面試提出現(xiàn)有水處理技術(shù)的不足之處。
水質(zhì)的替代參數(shù)不能精確描述水質(zhì)
描述水質(zhì)的參數(shù)有兩類,，一類僅表示水中一種成分的濃度,，另一類則表示水中一組成分的濃度，稱為水質(zhì)的替代參數(shù),。替代參數(shù)是描述水處理過(guò)程的主要參數(shù),。但由于替代參數(shù)不能精確描述水質(zhì)，水處理過(guò)程也就得不到精確的描述,。
濁度的不精確性就是一個(gè)最好的例子,。濁度是飲用水標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)主要替代參數(shù)。它的大小是以水的透過(guò)光或者散射光的能力來(lái)度量的,。一般說(shuō)來(lái),，濁度越小，水質(zhì)越好,。但濁度實(shí)際是用來(lái)表示水中的性狀,、大小和質(zhì)量各異的全部微粒物的總濃度。這顯然是一種不精確的水質(zhì)描述,。
五日生化需氧量（BOD5）
這個(gè)替代參數(shù)的不精確性是一個(gè)很好的例子,。這個(gè)以有機(jī)物在生物降解過(guò)程中的氧氣需要量作為有機(jī)物的當(dāng)量代表，概念上可以說(shuō)完全無(wú)瑕,。
BOD5的不精確性源于所用的測(cè)定方法,，這包括：測(cè)定中的微生物生長(zhǎng)環(huán)境與生產(chǎn)中的環(huán)境迥異；
BOD5與總BOD無(wú)精確的數(shù)量關(guān)系,；不考慮廢水中有機(jī)物物種和濃度所產(chǎn)生的生化過(guò)程差別,；不考慮接種所用的，由不同物種,、不同密度的微生物所組成的生態(tài)系統(tǒng)的生化過(guò)程的差別,。
因此，為了精確地描述水質(zhì),，有必要對(duì)這些替代參數(shù)應(yīng)用做出新的銓釋或修正,，或者創(chuàng)設(shè)更好的水質(zhì)參數(shù)。
缺乏精確理論
表現(xiàn)為下列一些代表現(xiàn)象：
對(duì)一個(gè)新的水處理過(guò)程和它的每一個(gè)階段所產(chǎn)生的處理效率的精確數(shù)據(jù)必需通過(guò)中試廠進(jìn)行模擬試驗(yàn)獲取,，無(wú)計(jì)算理論可循,。
水處理設(shè)備的構(gòu)型越復(fù)雜，其各部分尺寸的確定越要依賴經(jīng)驗(yàn)規(guī)則,。例如劃分成5個(gè)功能區(qū)的機(jī)械攪拌澄清池,，每個(gè)區(qū)所占池子總?cè)莘e的百分?jǐn)?shù)都是由經(jīng)驗(yàn)定的,。
理論和設(shè)計(jì)間的反差：對(duì)某些處理設(shè)備，一方面是存在一序列的用復(fù)雜的微分方程描述的理論,；另一方面則是,，它們的設(shè)計(jì)仍然只是按照規(guī)范條文，只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算,?？鞛V池就是一個(gè)很典型的例子。
缺乏精確理論使水處理技術(shù)停留在經(jīng)驗(yàn)技術(shù)階段,。
分析思路可能要另辟蹊徑
水處理技術(shù)缺乏精確理論的一個(gè)原因，可能是對(duì)水處理過(guò)程分析的思路不合拍,，于是就出現(xiàn)探求新思路的問(wèn)題,。
按混沌的概念，紊流,、微生物群體的生長(zhǎng)這些水處理過(guò)程常見(jiàn)的現(xiàn)象都屬于混沌,。因此，混沌也就可能成為一條新思路,，值得加以討論,。
什么是混沌？可以通過(guò)著名的“蝴蝶效應(yīng)”獲得初步概念,?！皩?duì)初始條件的敏感依賴性”是混沌的一個(gè)基本條件?！昂?yīng)”是對(duì)這一基本條件的夸大性形象表述,。其意是：南美亞馬遜河流域熱帶雨林中一只蝴蝶的翅膀扇動(dòng)所引起的擾動(dòng)氣流，兩周后在北美的得克薩斯州可能引起一場(chǎng)龍卷風(fēng),。Wiener引用一首民謠對(duì)“蝴蝶效應(yīng)”做了生動(dòng)的表述,，增加了它的可理喻性。民謠為：釘字缺,，蹄鐵卸,；蹄鐵卸，戰(zhàn)馬蹶,；戰(zhàn)馬蹶,，騎士絕；騎士絕,，戰(zhàn)士折,；戰(zhàn)士折，國(guó)家滅,。這里,，釘子是“蝴蝶”,，國(guó)家滅是“龍卷風(fēng)”。
實(shí)際上,，水處理過(guò)程中有許多現(xiàn)象可以認(rèn)為就是“蝴蝶效應(yīng)”,。活性污泥法運(yùn)行中出現(xiàn)的污泥膨脹現(xiàn)象,，就是一個(gè)例子,。污泥膨脹指，在沉淀池內(nèi)正常狀態(tài)下只占一定池子容積比例的污泥,，由于在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)污泥容積突然膨脹,，從而打亂了活性污泥法正常運(yùn)行的現(xiàn)象。這里,，“龍卷風(fēng)”顯然是污泥膨脹,，但“蝴蝶”則可能有多種形態(tài)。
雖然混沌可以引起思路的活躍,，但仍然只是一條路子,。
3.創(chuàng)新芻議
積極創(chuàng)新是中國(guó)水處理科技履行時(shí)代任務(wù)迎接時(shí)代挑戰(zhàn)的必然出路。只有通過(guò)創(chuàng)新才能使水處理設(shè)施的建造和運(yùn)行費(fèi)用大幅度地降低,，從而消除水處理債做出貢獻(xiàn),。只有創(chuàng)新也才能解決眾多的水處理疑難性問(wèn)題。創(chuàng)新必須充分利用,、發(fā)揮高新技術(shù)時(shí)代的科技特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),。下面試從3個(gè)方面列出一些想法。
新材料的利用
一,、是利用現(xiàn)有新材料,，對(duì)水處理設(shè)備的構(gòu)型進(jìn)行創(chuàng)新，包括：為了優(yōu)化水處理整體過(guò)程的需要,，利用新材料創(chuàng)建更緊湊的水處理廠整體構(gòu)型,，避免傳統(tǒng)的平面式的松散的構(gòu)型；為了優(yōu)化反應(yīng)過(guò)程混合狀態(tài)的需要,，利用新材料創(chuàng)制新的單元設(shè)備的構(gòu)型,，改變傳統(tǒng)的盒子式的構(gòu)型。
二,、是根據(jù)改善水處理過(guò)程的需要（如膜濾組件,、填料、濾料的構(gòu)型以及濾膜抗堵塞性能等）,，提出創(chuàng)制新性能的材料,。
生物技術(shù)的利用
一、是創(chuàng)制微生物型的水處理制劑,，包括三個(gè)層次：現(xiàn)有的EM技術(shù)（effectivemicroor－ganisms有效微生物群）可視為第一層次,。EM技術(shù)是指通過(guò)投加一種特制的微生物活性制劑以取得生物處理的優(yōu)化效應(yīng)的生物技術(shù),。第二層次指，按原水水質(zhì)及處理要求,，用天然微生物物種配制的,，優(yōu)化生物處理的微生物制劑。第三層次是,，為水的高效生物處理生產(chǎn)的人工菌種或菌種群體制劑,，以及為疑難水處理問(wèn)題生產(chǎn)的特效人工菌種，或菌種群體制劑,。
二,、是與新材料結(jié)合，創(chuàng)制既有利于水處理過(guò)程的構(gòu)型同時(shí)又兼有生物處理功能的填料,、吸附劑,、濾料甚至水處理組件等器材。
結(jié)合水處理技術(shù)特點(diǎn)的需要,，積極創(chuàng)設(shè)一整套水處理專用的基礎(chǔ)科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)科，是促進(jìn)21世紀(jì)水處理技術(shù)獲得創(chuàng)新能力的最根本保證,。
CopyRight © 國(guó)策環(huán)保 版權(quán)所有 All Rights Reserved 蜀ICP備2021000821號(hào) 技術(shù)支持：觀道溝通
