曲久辉：城市水环境与水生态四十年回顾与展望

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城市发展史就是一部城市与水相伴的历史，它改变了水环境，重塑了水生态。在自然界中，水的性质不会改变，但在社会中，水的性质一直在改变。改革开放40周年，中国城镇化率从1978年的17.9%上升到2017年的58.5%，城镇常住人口从1978年的1.72亿增加到8.13亿，完成了发达国家上半年完成的城镇化进程。与城市化相匹配的是中国的工业化进程。在过去的40年里，中国的农业用水量减少了10%，工业用水量增加了1.5倍。水资源极其有限，完成了城市化和工业化进程的支撑，为人类和城市创造了前所未有的丰功伟绩。回顾40年来中国水环境的变化，可以总结出以下规律:1978-1999年，以发展为重点；1999-2012年，以综合利用为重点；2010-2018年，以保护和恢复为重点。预计到2050年，中国的水环境将得到全面改善。同时，中国还创造了一系列世界第一:在基础设施方面，到2016年，全国城市供水能力达到3亿吨/日，供水管道75.7万公里，污水处理能力达到1.82亿吨/日，排水管网长度达到57.7万公里；在科研投入方面，中国已经牢牢占据了sci论文发表数量的宝座，各方面的科研投入都远远领先于世界其他国家。

回顾过去40年，中国城市水环境变化的核心问题一直是水质问题，导致了水质与健康、水质与循环、水质与生态之间的矛盾，表现为发展与保护的矛盾、污染与清洁的相持、恶化与改善的博弈、提升与下降的波动。

1.供水:水质和健康

在水质安全目标下，水源微污染现状已成为供水的主要矛盾。为了在质量保证的指导下发展，供水行业在保护水源、修订标准、加强净化和建设管网方面投入巨资，供水行业发展迅速。但它总体上也表现出以下特点:

(1)污染和质量保证之间的博弈

由于经济的快速发展，水环境受到了一定程度的影响。从1978年到1999年，我国地表水水质恶化，污染加剧，逐渐表现为严重的有机污染和湖泊富营养化。经过高度重视和努力，自2002年以来，我国地表水水质达到一至三类水的比例逐年增加，整体水质不断改善。

(2)标准修订与技术创新的协调

在质量保证目标的指引下，中国饮用水标准也经历了一个发展过程。自1955年《自来水水质标准暂行标准》在北京、天津、上海、大连等城市试行以来，1985年颁布了《饮用水卫生标准》(gb5749-2006)，这是一个从零开始解决标准问题的过程；从1985年到2006年，国家标准从35项指标扩大到106项指标，我国饮用水标准逐步与国际标准接轨；自2006年以来，饮用水标准逐渐将重点放在有机物和微生物上，这符合中国国情，也符合世界水质标准的发展趋势；2018年，随着上海市地方标准的发布，各项指标进一步扩大到111项，标准体系逐步向世界优秀城市优质饮用水的目标迈进。

标准第一，标准的完善带动技术改造的协调发展。自20世纪80年代中期以来，中国在原有的以控制水传播的严重传染病为目标的第一代处理工艺(混凝、沉淀、过滤和消毒)的基础上，开展了臭氧-生物活性炭工艺的研究，并广泛推广了以微量有机污染物和氯化消毒副产物为目标的第二代工艺。进入21世纪后，针对“两虫”等微生物的纳滤膜、电渗析、反渗透等工艺逐渐进入水厂，形成第三代处理工艺。随着标准的进一步指导，未来的水厂将以高浊度、高藻含量和微污染物净化为控制目标，探索超滤膜、高锰酸钾及其复合药剂的应用。除工艺本身外，未来的水厂将更加注重技术改造方向，如少投甚至零投化学品、节约土地资源和满足卫生需求。以膜为代表的技术将进一步改变传统净水工艺的模式和效率。

(3)水质和容量增加

令人欣慰的是，经过40年的不断投资和科研实践，中国的供水已由数量型向质量型转变，水质和容量都有所提高。2006年以前，中国的供水行业主要是弥补历史债务，主要是保证居民的基本饮用水需求。2006年后，逐渐从注重数量转向注重质量，水厂工艺不断完善，管材选择也更加注重对水质的影响。原水三类水合格率超过70%，成品水合格率超过99%，终端水合格率也超过96%。

(4)挑战与创新

然而，健康和安全保障是饮用水供应的无尽需求。我们将面临地表水水质标准的完善和准确管理、水质改善和生态系统恢复、水质净化过程的优化和适应、从源头到水龙头全过程的水质安全、饮用水的健康安全和人们的心理认同等一系列问题，以及一系列创新发展方向。例如，制定科学有效的水资源管理条例，实施先进和长期的处理和恢复措施，创造简单和低消耗的清洁工艺，开辟不含或含少量化学品的绿色工艺，以及形成标准和效果协同的控制系统，这些都相继提出，从而创造了一种挑战和创新的局面。

2.污水:水质和循环

源头控制和减排一直是污水处理的首要目标。在减排的推动下，污水处理行业正通过减排、严格排放标准、促进技术创新和明确理念而成功前进。然而，围绕污水处理的争论一直在持续，标准的上限从高到低，指标从少到多，变化从慢到慢；技术上，灰色技术转向绿色技术，资源和能源消耗处理转向循环利用处理；以及污水的资源属性、中水的生态整合、排放的风险控制等。

(1)环保迫使排放升级

自1988年以来，中国逐步提高了从水污染到水环境治理的排放标准。一些有条件的省市在国家标准的基础上，结合其受纳水体的自净能力、规划的水质目标、水环境的生态安全水平，以及因地制宜、量力而行、因材施教的原则，进一步制定了更加严格的地方标准，不断探索“宽与严、高与低”标准的困惑。

(2)科学技术支持技术进步

与供水行业类似，污水处理技术的支持与标准的发展保持同步。20世纪70年代，a/o工艺是污水处理的主流工艺。20世纪80 ~ 90年代，a/a/o工艺和ab工艺逐渐成为主流。21世纪初，改良的a/a/o和回流污泥生物脱氮工艺逐渐得到应用。近十年来，膜法、高级氧化和厌氧氨氧化技术逐渐出现，处理能力不断提高。

(3)创新，提高综合水平

随着各种能力的提高，污水处理行业逐渐依靠创新来提高其综合水平。典型做法是通过先进的厌氧消化生产自给自足的沼气，同时生产有机营养土为周围的农业、林业和土地利用服务，实现植物与网络的整合，实现能量与数量的高度整合。

（4）理念引领先进方向