摘要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，中國的給水形勢日益嚴(yán)峻。在此基礎(chǔ)上，中國政府提出了以水質(zhì)問題為中心的《中國2000年水工業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略》。它的一個內(nèi)涵是，隨著水質(zhì)問題的突出，傳統(tǒng)的給水排水工藝技術(shù)與工程技術(shù)已經(jīng)不能完全滿足新的要求。雖然“七五”、“八五”期間，通過國家科技攻關(guān)等科研計劃的實施，對水工業(yè)科學(xué)技術(shù)開展了廣泛的研究，但由于縱深發(fā)展不夠，集成化水平低，使得我國水工業(yè)科學(xué)技術(shù)總體水平仍然較低。在對水污染進(jìn)行新的理解的基礎(chǔ)上，本文從凈水工藝的有限性出發(fā)，提出突破大系統(tǒng)式水質(zhì)觀，建立新型水質(zhì)觀，靠人工智能等先進(jìn)科技手段實現(xiàn)一種從整體？亡把握的新水質(zhì)保障思想，從而達(dá)到給水服務(wù)水平的根本提高。

　　關(guān)鍵詞：給水工程管理 水質(zhì)保障

　　1.從兩種水廠管理自動化意見談起

　　經(jīng)過多年努力，我國水廠自動化控制水平現(xiàn)在已有了很大發(fā)展，如在大型水廠已較為普遍地采用了自動加礬、自動加氯、水泵自動變速、全廠的生產(chǎn)運行監(jiān)測和濾池自動沖洗等工藝。但水廠自動化程度的提高，也給設(shè)計、施工、使用帶來一系列問題，褒貶不一。

　　對于水廠的自動化，目前還存在不同意見。一種是極力主張，如劉燦生教授等人認(rèn)為，隨著水環(huán)境污染加劇和人們對于水質(zhì)日益提高的要求，水凈化處理操作控制單靠手工難以達(dá)到，考慮到凈水工作的可靠性，考慮到降低電耗、藥耗、減少人員等問題，自控將成為水廠必不可少的系統(tǒng)。

　　國外專家持不同意見，如美國德克薩斯州奧斯汀的給水研究專家Susan K.Booth等人認(rèn)為飲用水處理正變得越來越復(fù)雜，必須有人作用于其中。理由是水處理工作需要隨時調(diào)整，哪怕藝術(shù)級的（state-of-the-art equipment）給水裝備，使其具有類似于人的訓(xùn)練，也不足以優(yōu)化整個水廠的運行。他們認(rèn)為，正是操作者知道什么時候處理過程可能要出問題，需要人來評價周圍環(huán)境，作出各種運行決策，采取正確行動。在此思想指導(dǎo)下，他們發(fā)展的是輔助性技術(shù)工具，如PAS（process assistance system）。這種工具系統(tǒng)所要達(dá)到的是，通過給出水廠運行信息，提供解決問題的一些線索，幫助人們了解水廠運行狀況，提高人們的決策技能，使操作者能更加獨立、有效地工作。

　　劉燦生等人則認(rèn)為，自動化控制水平的提高必然促進(jìn)水處理工藝及構(gòu)筑物的發(fā)展，從而使人工不能控制的復(fù)雜高效的工藝得以產(chǎn)生，甚至?xí)�完全改變現(xiàn)有的凈化工藝流程。由此，水廠運行可以向智能化方向發(fā)展。應(yīng)該講，這就沒有完全局限在現(xiàn)有水廠水處理的技術(shù)框架內(nèi)，而是看出了智能化努力的本身，將可能改變水處理，甚至整個技術(shù)構(gòu)架。

　　當(dāng)然，上述僅是國內(nèi)外兩種代表性觀點。Susan等人感覺到在現(xiàn)有水處理技術(shù)框架內(nèi)人的作用無法取代，自動化天地極為有限。這也是有道理的，因為“從上至下”的現(xiàn)有水處理技術(shù)構(gòu)架本身就是基于人而不是機(jī)器起主要作用而構(gòu)筑的，在這種技術(shù)框架內(nèi)，根本沒有辦法實現(xiàn)高度自動化的水廠運行管理。Susan等人觀點之所以得出，畢竟從某種意義上反映出了現(xiàn)有水處理技術(shù)構(gòu)架或水處理思想本身的局限；劉燦生等人從具體技術(shù)工藝的智能化問題需要入手，提出了整個水廠的智能化的發(fā)展方向，并且。認(rèn)為智能化工作可能對凈水工藝的整個流程都能予以改變。

　　上述兩種意見或觀點都是在凈水思想框架內(nèi)認(rèn)識自動化，沒有從水處理所面臨的根本問題或水質(zhì)技術(shù)根本發(fā)展的要求來考慮可能容涵或需要發(fā)展整個自動化或智能化工作。從對水廠自動化存在不同觀點這一現(xiàn)實情況來看，至少說明已有自動化工作和目前的自動化努力還沒有與水工業(yè)發(fā)展的根本問題緊密聯(lián)系起來，以致使自動化工作方向成為了一個問題。

　　我們的觀點是，水廠自動化或智能化發(fā)展，與水處理技術(shù)根本性發(fā)展緊密聯(lián)系在一起，或者可以說為后者所內(nèi)在需求。沒考慮到水處理技術(shù)的根本發(fā)展，就搞不清給水自動化或智能化發(fā)展的真正必要及整體發(fā)展朝向。總言之，只有在對現(xiàn)行水處理技術(shù)思想是否應(yīng)該予以根本突破的研究過程中，才能看出水廠或整個給水系統(tǒng)智能化的根本發(fā)展思路或前景。而若想搞清這一點，首先就應(yīng)該從現(xiàn)有水處理技術(shù)到底存在哪些根本局限入手。

　　2.現(xiàn)行水處理技術(shù)的局限

　　從本質(zhì)上講，現(xiàn)有凈水技術(shù)并不是針對或能夠解決水污染問題，這可以從病毒污染、有機(jī)污染、新型污染和重金屬污染等方面來加以闡述。

　　首先，現(xiàn)有水處理技術(shù)無法解決病毒污染問題。眾所周知，病毒對人體健康的危害是明顯、嚴(yán)重的，然而在目前“要直接測定水中病原菌（如傷寒、霍亂、痢疾等腸道傳染病，一般均通過飲用水進(jìn)行傳播）并以之作為水質(zhì)分析的例行項目，還不能做到�！币簿褪钦f，對于病毒，目前尚無完善的技術(shù)可供例行檢測。所謂消毒，主要是去除細(xì)菌，現(xiàn)行水處理工藝對病毒的消除還無能為力。如在西班牙阿爾卑斯河62陸軍營地就曾發(fā)生過因供水受病毒污染，造成500名士兵突然爆發(fā)傳染性肝炎的事例。《科學(xué)美國人（中文版）》1997年第4期上的一篇文章也指出：“目前人類尚對大多數(shù)生物病毒一籌莫展。”

　　其次，現(xiàn)有水處理技術(shù)無法解決有機(jī)污染問題。對此，李圭白院士提出：“以現(xiàn)行城市的自來水廠常規(guī)水處理技術(shù)處理的水，水中仍含有許多有毒、有害物質(zhì)，特別是微量有機(jī)污染物可檢出數(shù)百種，其中有許多是具有‘三致’作用的重點污染物。有相當(dāng)多的城市自來水廠出水的致突變試驗（Ames試驗）顯示陽性，表明飲用這種水是不安全的……，由于飲用水中出現(xiàn)的污染物種類數(shù)量眾多、多數(shù)濃度極低，無論檢測和去除都十分困難，所以飲用水除污染是一個涉及多學(xué)科的高科技項目。”

　　第三，現(xiàn)有水處理技術(shù)無法解決似激素作用的污染問題。近年來科學(xué)家們討論內(nèi)分泌紊亂（導(dǎo)致癌癥、不育癥、甲狀腺機(jī)能障礙、先天缺陷、行為障礙、神經(jīng)系統(tǒng)壓抑和生殖器官畸形等）的原因，認(rèn)為人造化學(xué)物質(zhì)可能正在嚴(yán)重破壞人和野生動物的激素。過去曾認(rèn)為低水平污染是安全的，現(xiàn)在認(rèn)識到低水平污染也危害健康。近年來在自然界發(fā)現(xiàn)了不少畸型動物，在人類社會中出現(xiàn)了逐漸增加的癌癥病例，專家們認(rèn)為這是由于近似于生物激素的化學(xué)物質(zhì)引起的，是一種新型環(huán)境污染。美國圖蘭大學(xué)的約翰·麥克拉克倫教授等人在1996年6月發(fā)表的一篇論文中指出，用作殺蟲劑的多種化學(xué)物質(zhì)，每個個體物質(zhì)雖然濃度極低，只有幾百億分之一，單個來看沒有不良影響，但如果混合在一起就會產(chǎn)生相當(dāng)于個體160至1600倍的激素作用。王占生教授指出，如果這個結(jié)論屬實，那么它將徹底推翻化學(xué)物質(zhì)的安全標(biāo)準(zhǔn)。

　　第四，現(xiàn)有水處理技術(shù)還不能有效解決重金屬污染問題。隨著中國工業(yè)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，重金屬污染問題日益突出。從國內(nèi)外的研究可知，對水中重金屬離子的去除，現(xiàn)有的方法多是針對某種特定形態(tài)存在的重金屬污染物，普遍存在著對重金屬離子選擇性差的缺點。至今，人們還在尋找一種不受高背景的堿金屬和堿土金屬影響，對重金屬離子有著較高選擇性的新方法。

　　另外，在污水生物處理方法中，由于廢水中一些成份對細(xì)菌的抑制作用，即使我們知道了水中某些要除去的污染物，凈化目的也達(dá)不到。

　　那么我們就要問，為什么直到今天，水處理技術(shù)還存在上述問題呢？

　　3.污染問題實質(zhì)及其啟示

　　鐘淳昌先生指出，在原水和出水水質(zhì)的要求下，我國的水處理工藝正開始變化，預(yù)計一個更完善的針對有機(jī)污染為重點的處理工藝流程將逐步形成。由上述，已經(jīng)看到不只是有機(jī)污染使先行水處理技術(shù)遇到阻礙，還有重金屬污染和生物污染等問題同樣使水技術(shù)顯得無能為力。我們認(rèn)為出現(xiàn)這種局面的主要原因是人們沒有從污染問題的實質(zhì)出發(fā)，沒有研究開發(fā)出針對污染問題的水質(zhì)保障技術(shù)，而一味地在“去除理念”的作用下，發(fā)展凈化朝向的水處理技術(shù)。這就無形中使水中含又雜質(zhì)與水整個受到污染問題發(fā)生了不應(yīng)有的混淆。

　　應(yīng)該看到，污染問題與水質(zhì)不好或水中個別元素含量過多不是一回事。污染必須是水中存在不是離散存在，而是出現(xiàn)整體組織性變異。已有的水處理（常規(guī)及基于常規(guī)水處理工藝的預(yù)處理和深度處理）沒有達(dá)到整體把握水質(zhì)的程度，結(jié)果因水的組織性存在，要么去不掉想去的東西，要么將水中那些有益人體健康的微量元素也一并去除。

　　再說，在水的組織沒變的情況下，去掉組織中的某個成份，自有別的來頂替，組織的功能即在于此�，F(xiàn)在還不知道如何超越對水中個別成份進(jìn)行處理的技術(shù)境界，而達(dá)到整體地改變水的組織性存在的效果。也就是說，現(xiàn)在的水處理根本不是解決污染問題，而只是去水中雜質(zhì)。應(yīng)該講，污染問題是水質(zhì)工作的嶄新問題，需要發(fā)展新的水質(zhì)保證思想和給水工程理論。

　　長期以來，人們一直將水作為簡單系統(tǒng)存在，即將水分成由若多成份或要素組成的大系統(tǒng)。現(xiàn)有的水處理技術(shù)都是基于一定的水質(zhì)分析和指標(biāo)要求，即水處理工藝都是針對水中某些特定成分的去除而開發(fā)的。

　　對水質(zhì)指標(biāo)的依賴不僅體現(xiàn)了現(xiàn)有水處理技術(shù)的實質(zhì)，而且也是導(dǎo)致水處理技術(shù)局限性的根本原因。因為隨著水環(huán)境的日益惡化和人們對水質(zhì)工作要求的不斷提高，對水中成份的濃度起限定作用的《標(biāo)準(zhǔn)》也正在失去意義。所謂標(biāo)準(zhǔn)，除了對檢驗項目的數(shù)量限定，還落實到對所包含項目濃度的限定上。人們已經(jīng)注意到，即使在水中成份能被檢測且“達(dá)標(biāo)”的情況下，由于一些化學(xué)沾污物質(zhì)在人體中的的累積效應(yīng)，也會對人體產(chǎn)生危害作用。因為“飲用水是參加人體內(nèi)代謝過程的一種物質(zhì)，它所含的任何沾污成分，都有可能對人體產(chǎn)生短期的、長期的，甚至遺傳性的影響�！�

　　約翰·麥克拉克倫教授等人對濃度極低人工化學(xué)物質(zhì)的組成成份可以在水中合而成害的發(fā)現(xiàn)，加上人們已經(jīng)了解到，在任何濃度水平上，能導(dǎo)致體細(xì)胞遺傳物質(zhì)突變，誘發(fā)致癌的物質(zhì)都可以發(fā)揮作用，即無閾值的事實，這些就更從根本上否定了對水中物質(zhì)的濃度加以限定的思想方法。

　　考察污染問題的實質(zhì)給我們的一個直接啟示，就是要突破那種單獨考慮水中成份的大系統(tǒng)水質(zhì)觀，而代之以復(fù)雜、整體和動態(tài)的，能解釋水污染與水中雜質(zhì)不同問題類型的新的水質(zhì)觀。只有這樣，才能真正有效地發(fā)展針對污染問題的新技術(shù)。

　　4.新型水質(zhì)觀及水質(zhì)保障思想的建立

　　許保玖先生在評論美國包含83項沾污物的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)時，早在1990年就提出：“對那些含有數(shù)以百計沾污物的原料水”即時在制成自來水成品后，對每種沾污物都有了濃度限制，仍然不能對它們在人體內(nèi)所起的代謝效應(yīng)，進(jìn)行清楚的解釋�！�

　　美國這一包括83項沾污物的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該說，還是基于大系統(tǒng)水質(zhì)觀，還沒有完整地考慮水與人體生理活動的關(guān)系問題。當(dāng)然，也沒從污染是水發(fā)生整體組織性變異，與水質(zhì)含有雜質(zhì)問題不同這一角度考慮。

　　目前水環(huán)境問題對水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)造成了根本性的沖擊，應(yīng)該從新的角度來尋找和建立更有效的水質(zhì)保障思想。在突破大系統(tǒng)水質(zhì)觀這一問題上，值得注意的是，COD和BOD就并不是直接表示有機(jī)物內(nèi)容和量的指標(biāo)，也不是把有機(jī)物完全分解的方法，而是根據(jù)近一個世紀(jì)的經(jīng)驗和研金，目前在世界上被用來作為一種有價值的衡量污染程度的尺度。除COD和BOD之外，作為新的測定法，現(xiàn)在開始使用TOC、TOD、UV（紫外吸光）等方法。這些都不是純粹的大系統(tǒng)水質(zhì)觀，但還沒有達(dá)到我們所期望的地步。

　　從污染問題的實質(zhì)，我們可以看出水實際上一個可變組織或開放的復(fù)雜系統(tǒng)存在，用復(fù)雜觀看水是必須的。所謂水污染，就是水本身發(fā)生了整體轉(zhuǎn)型。水回用或解決污染情況下的飲水問題，就不是“去污”，或者說去除水中個別成份就可了事，而是要將那個變化過去的整體“水型”給糾正過來。我們進(jìn)行的可謂是某種組織的“重建”工作。

　　我們暫且給這個完整的組織性存在，即一定水質(zhì)起一個名，就叫作“陣”。陣有相對相和的意思，兩個相和的陣共同成就一個“文”。如果將人體的生命生理特點也看作一個陣的話，那么，所謂有益健康的水，就是一個正好可以與人這個陣相和，即成文的存在。由此更可以看出，水污染是指水陣被變動，以致于不能與人體正常的生命生理活動，即人這個陣成就一個文。

　　如果這樣講來的話，下一步水工業(yè)工程發(fā)展的目標(biāo)就應(yīng)是從人體生命生理活動，即人這個陣性存在出發(fā)，本著與之相和成文的原則，來塑造水這個陣。這樣的話，我們對水就不是進(jìn)行簡單的處理，而是一種整體設(shè)計。

　　不管怎么說，站在使水這個復(fù)雜系統(tǒng)對人體生命生理活動具有服務(wù)可靠性這個觀點上，即使二陣相和成文來發(fā)展新的水質(zhì)保障思想，都是必然的趨勢�，F(xiàn)在關(guān)鍵的問題是要在理論上對這一思想進(jìn)一步闡述和論證，直至最終可以工程化。當(dāng)然，這一工作需要高級的科學(xué)技術(shù)手段加以支持才行，如分布式人工智能思想和技術(shù)；但反過來也同樣，這種新的從整體出發(fā)的水質(zhì)保障思想也一定會對智能技術(shù)的發(fā)展提供原動力，對原本已經(jīng)落后的水工業(yè)設(shè)備制造業(yè)給以根本性的促動。這一點，正如張悅先生所提出的：“從國外發(fā)展趨勢看，一種新型處理工藝的問世總伴隨著一批專用設(shè)備投向市場……，加快設(shè)備制造業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，盡快提高產(chǎn)品的綜合技術(shù)水平是污水處理設(shè)備發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急……，盡快形成高層次、高質(zhì)量的產(chǎn)品群，滿足迫在眉睫的市場需求。由此興起的我國污水處理設(shè)備產(chǎn)業(yè)，將會超越一個發(fā)展時代，迅速接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平。

　　本質(zhì)上講，現(xiàn)在的水處理技術(shù)只是一個固定的陣，其中混合、絮凝、沉淀、過濾和消毒在各自不同的陣下存在。這種技術(shù)之所以不能奏效于污染問題的解決，在于存在層次的差異。因為問題的解決是要求變陣的，而技術(shù)手段卻是一個固化的陣性存在，在水平上根本就達(dá)不到。生物式污水處理技術(shù)也是如此，都是一個以定陣存在來試圖達(dá)到變陣結(jié)果。

　　5.從人工濕地污水處理法來領(lǐng)會新的水質(zhì)保障思想

　　我們不妨從現(xiàn)有污水處理來試圖理解水質(zhì)提高的新思路，著重考慮人工濕地污水處理方法的機(jī)制或原理。如北京近年搞的污水蘆葦濕地處理，就是利用土壤——植物等自然條件，經(jīng)過嚴(yán)格設(shè)計、調(diào)控、監(jiān)管，既能進(jìn)行污水處理，恢復(fù)濕地，提供農(nóng)業(yè)再生水源，改善生態(tài)環(huán)境，又可收獲優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的蘆葦�，F(xiàn)在的問題是，人們還沒完全講清生物處理法的原理，對人工濕地污水處理法也沒有真正的理解。在這種情況下，人們往往將人工濕地污水處理法與生物污水處理法相混同，認(rèn)為人工濕地污水處理法是生物式處理。當(dāng)然，人工濕地污水處理法中肯定包含著生物處理，但人工濕地處理法本身不可能完全是生物處理。目前人們從整體上還搞不清楚人工濕地污水處理法中所包含的機(jī)制和一般原理。

　　大家知道，生物處理中用菌膠團(tuán)氧化分解有機(jī)物，吸附了許多雜質(zhì)以后，顏色變深，看不到細(xì)菌單體，不再具有旺盛的生命力，而像一團(tuán)爛泥似的，然后通過技術(shù)措施使之沉降，再新生膠團(tuán)，實現(xiàn)新一輪循環(huán)。人工濕地則不同，它是利用土壤與植物之間的一種合和作用，并使水參與其中，從而使植物與水土都得到本質(zhì)上的改變和提高。這里，人工濕地污水處理法是從整體上入手來改變水質(zhì)。其中的道理，不能用從水中去除哪些成份來簡單說明和解釋，也不能用生物化學(xué)工程原理來解釋其中的機(jī)制或原理。

　　現(xiàn)在人們已經(jīng)明白，蘆葦濕地示范工程是一個完整的生態(tài)系統(tǒng)，其所有因素之間都是相互聯(lián)系、互為因果的。在人工濕地污水處理法中，存在著的是一種共生機(jī)制。我們認(rèn)為這種共生機(jī)制，就是一種水土與植物兩種陣性存在的相和成文，并且在保持成文的過程中，各自都得到整體改進(jìn)，即植物得到了生長和成熟，水土也由最開始的被污染得到了恢復(fù)和再生。

　　通過初步的研究，可以基本推斷人工濕地法與生物處理法在原理上有著根本的不同，不能簡單地認(rèn)定人工濕地法就單純靠的是一種生物化學(xué)工程原理來使水質(zhì)得到提高。如果按著我們的說法搞清了人工濕地與生物處理的本質(zhì)區(qū)別，或者說更進(jìn)一步弄明白了人工濕地處理潔中所蘊含著的一般道理，那么，就可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究，以期對污水處理或水的再生利用提供強(qiáng)有力的指導(dǎo)。這種工作，也許就是我們今后需要努力的一個重要方向。

　　總之，本文緊密圍繞解決水污染問題這個中心，從要根本超越凈水工藝和凈水思想的角度來談水質(zhì)保障思想及給水技術(shù)的根本發(fā)展問題。水工業(yè)工程技術(shù)的發(fā)展一定要從整體技術(shù)構(gòu)架上進(jìn)行創(chuàng)新，要在技術(shù)思想水平上根本提高，即不再進(jìn)行“從上到下”的總體優(yōu)化問題，而代之以“由下至上”的自組織或智能行為。這種技術(shù)或工程思想不僅可以適應(yīng)解決水污染問題的工程需要，而且能夠適應(yīng)外在環(huán)境的復(fù)雜多變，如實現(xiàn)智能給水。人到時所要進(jìn)行的是設(shè)計，是對整個技術(shù)構(gòu)架的維持，而并非是如今這樣的運行決策。如果達(dá)到此種工程技術(shù)境界，就可以完滿實現(xiàn)水工業(yè)戰(zhàn)略，即更好地進(jìn)行水質(zhì)保障，為人體的健康，為社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展可靠地服務(wù)。

　　參考文獻(xiàn)

　　[11傅濤，水工業(yè)的學(xué)科體系建設(shè)研究，哈爾濱建筑大學(xué)博士論文，1999.3

　　[2]聶梅生，中國2000年水工業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，建設(shè)部科技司，1996

　　[3]鐘淳昌、任鶴云，中國城市給水工程的發(fā)展方向，給水排水，V01.20，No.6，1994

　　[4]劉燦生、費霞麗、高欣忠，我國水廠自控技術(shù)的發(fā)展趨勢，給水排水，V01.24，No.1，1998

　　[5]SusanK.Booth etal，JOURNAL AWWA，May 1999，V0l.91，No.5，pp42—50

　　[6l李圭白、李星，污染源治理與飲用水除污染并重，哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報，V01.29，No.5，1996

　　[7]王占生，非危言聳聽 應(yīng)見微知著，給水排水，V01.24，No.6，1998

　　[8]趙璇、吳天寶、葉裕才，我國飲用水源的重金屬污染及治理技術(shù)深化問題，給水排水，V01.24，No.l0，1998

　　[9]鐘淳昌，我國城市給水近年來幾個傾向性問題，給水排水，V01.24，No.2，1998

　　[10]許保玖，當(dāng)代給水與廢水處理原理，高等教育出版社，1990

　　[11]張悅，我國城市污水處理設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展趨勢與對策，給水排水，V01.24，No.1，1998