給排水科學與工程專業(yè)面臨的問題及發(fā)展趨勢探討

趙 偉

（安徽工程大學，安徽 蕪湖 241000）

1 給排水行業(yè)面臨的問題

水是人類生存與經濟社會發(fā)展的基本需求，也是基礎性自然資源及戰(zhàn)略性經濟資源。給排水行業(yè)主要圍繞水資源的利用進行輸送和處理等。當下我國給排水行業(yè)在獲得快速發(fā)展的同時也面臨一系列問題。

1.1 水資源短缺及利用效率低

我國在水資源方面的基本國情是人多水少、水資源時空分布不均勻。我國人均水資源占有量不足世界平均水平的1/3，被列為全球13 個人均水資源最缺乏的國家之一[1-2]。此外，我國水資源分布極不均勻。水資源中多數(shù)為洪水徑流（約占2/3），且大量淡水資源集中在南方， 北方淡水資源僅為南方的1/4。 特別是近20 年來，較少的水資源量及不均勻分布，使得水資源短缺在我國已經成為十分緊迫的問題。

目前，我國年用水量已達6 000 億m3，超過美國的淡水利用量。 美國、日本年均淡水利用量不足我國的1/6[3]。 我國農業(yè)用水量占總用水量的近60%，但其中一半以上的水量未達到有效利用。我國工業(yè)萬億元產值用水量約80 億m3， 是發(fā)達國家的10～20 倍，水的重復利用率（約40%）遠低于發(fā)達國家的水平（75%～85%）[4]。 全國多數(shù)城市自來水管網(wǎng)漏失率為15%以上，部分甚至達到20%以上。 我國水資源利用效率地域性差異較大。 在空間上，我國的東、中、西部水資源利用效率由沿海向內陸呈遞減趨勢。

1.2 水環(huán)境污染嚴重

我國污水的年排放總量已達到750 多億噸，但其中尚有部分未經任何處理直接排入江河湖庫。 2011年，中國環(huán)境狀況總體平穩(wěn)，但在淡水環(huán)境、農村環(huán)境方面仍面臨巨大挑戰(zhàn)。全國地表水水質總體為輕度污染，湖泊富營養(yǎng)化問題突出。 我國主要大江大河如長江、黃河、珠江、松花江、淮河、海河、遼河、浙閩片河流、西南諸河和內陸諸河十大水系的國控斷面的水質等級，見表1 所示[5-6]。

表1 我國地表水及地下水水質狀況

我國水體主要水質污染物如表2 所示。 目前，我國很多作為城市供水水源的河流湖庫（太湖、巢湖）處于不同程度的富營養(yǎng)化水平，藻類頻發(fā)，藻毒素污染普遍；很多水源檢測出內分泌干擾物質、持久性有毒有害物質以及幾十甚至上百種有機物。這些污染物進入供水水源會造成水處理困難及飲用水水質變差。

表2 我國水體主要污染物

1.3 飲用水安全問題突出

由于取水水源受到污染，以及傳統(tǒng)的凈水工藝及輸送存儲過程中易受到二次污染，我國很多城市的飲用水水質缺乏安全保障。 此外，國家對飲用水標準不斷提高要求，由1996 年國家標準規(guī)定的35 項增加到2001 年的96 項，增加至目前達106 項，并對飲用水中氨氮、藻毒素、消毒副產物和多種有毒有害物質提出了更嚴格的規(guī)定[7]。目前，有很多城市的飲用水水質不能達到新的飲用水標準。而農村由于缺乏基本的處理措施，飲用水問題更為嚴重。 這些飲用水水質問題嚴重影響威脅到城鄉(xiāng)居民的健康和安全，成為亟待解決的重要問題。

1.4 水的安全輸配水技術亟待提高

城市規(guī)模的擴大造成對應的城市供水管理規(guī)模迅速增大以及水廠供水半徑大大增加。這些都導致管網(wǎng)漏失現(xiàn)象普遍，管網(wǎng)損失嚴重[8]。 此外，管網(wǎng)對水質的影響問題突出，在許多城市輸配水系統(tǒng)成為制約供水水質安全的主要因素。隨著城市化的高速發(fā)展及人居環(huán)境的改善，人們對景觀用水、雨水利用、中水處理以及建筑的二次供水等輸配水技術提出了新要求。各種大型公共、商業(yè)、地下建筑、超高層以及地鐵、隧道等交通樞紐工程的發(fā)展，對消防給水技術提出了許多新的挑戰(zhàn)。

綜上所述，水已成為制約我國社會經濟可持續(xù)發(fā)展的極為重要的因素。 面對新形勢下水資源的短缺，水環(huán)境嚴重污染及社會發(fā)展對水的需求，給排水行業(yè)呈現(xiàn)以下的發(fā)展趨勢：

（1）開發(fā)經濟高效的水污染控制新工藝、新技術，提高城市和工業(yè)廢水的處理效能；

（2）開發(fā)利用新的非傳統(tǒng)水資源，包括污水的再生回用、雨洪水的儲蓄利用、海水的淡化利用；

（3） 開發(fā)與實施各類建筑的節(jié)水技術和裝置，推廣水的循序利用、 循環(huán)回用和分質利用的工程措施，提高水資源利用效率，緩解資源型缺水、水質型缺水等矛盾；

（4）研究飲用水安全保障技術和安全輸配水技術以及提高水質的關鍵技術，以滿足城鄉(xiāng)居民對飲用水水質安全的迫切需要。

給排水行業(yè)的這種發(fā)展趨勢必然導致高等學校中給排水專業(yè)的內涵發(fā)生變化。 主要變化如下。

1.4.1 水環(huán)境污染導致專業(yè)內涵的發(fā)生變化

（1）微污染水處理技術的重視。目前，由于受到污染，水環(huán)境（河流、湖泊等）存在有復雜的污染物質，如內分泌干擾物、微量難降解有機物（POPs）、藻毒素、微生物等。而澄清、過濾、消毒等常規(guī)的給水處理工藝難以將這些復雜污染物去除。這種含有復雜污染物質水體作為供水水源必然導致水廠出水水質下降，從而影響飲用水水質。 此外，國家飲用水安全方面越來越重視，并不斷提高飲用水標準。因此，近年來微污染水處理技術的研究及發(fā)展逐步成為熱點，并產生了一系列研究成果。這些研究成果促進了微污染水源處理技術的提高。這就要求我們在給排水專業(yè)在課程設置中加大對于微污染水的學習深度，增加該方向的最新研究成果。

（2）氮、磷等營養(yǎng)性物質的高效去除。 一方面，隨著“綠水青山就是金山銀山”理念的深入人心，我國對污水排放標準及地表水環(huán)境質量標準要求不斷提高。另一方面， 我國水體較嚴重的富營養(yǎng)化仍未得到改善，國家正大力整治黑臭水體。 因此，污水廠出水中N、P 等營養(yǎng)性物質的經濟高效利用以及如何降低目前水體中已有營養(yǎng)性物質的已成為重要課題[9]。

（3）污廢水的資源化利用得到重視。 隨著循環(huán)經濟理念深入人心，過去將污水中的污染物完全當作有害物質的理念也得到更正。 目前，污水處理過程的資源化利用技術得到重視，并發(fā)展出一系列新的污水資源化利用技術，如微生物燃料電池、營養(yǎng)物質回用等。此外，污水廠中污泥的資源化利用越來越普遍，包括污泥厭氧消化中的產氣利用、 污泥干化焚燒發(fā)電、污泥建材等[10]。

這些行業(yè)新方向的發(fā)展變化必然要求給排水專業(yè)內涵發(fā)生一定的變化，并促使專業(yè)體系及教學課程改革。

1.4.2 新工藝、新材料的發(fā)展促使專業(yè)方向的變化

為了應對當前日益突出的水質問題，給排水行業(yè)通過不斷實踐開發(fā)出一系列新的水處理工藝，并逐步成為水處理工藝的發(fā)展方向，如生物技術、膜技術、高級氧化技術和生態(tài)工程技術。其中既有水處理工藝體系的改變也有單元處理技術的改變。如已經開發(fā)出包括預處理、強化常規(guī)處理、深度處理、安全消毒的工藝體系用于處理微污染原水。 另外，膜成本的大幅度降低使得膜技術在水處理單元中得到大量應用，從而產生一系列膜處理工藝。 隨著新工藝的快速發(fā)展，一系列新材料如納米材料在水處理領域得到廣泛應用。這些新工藝及新材料的發(fā)展與應用對于給排水專業(yè)來說拓寬了專業(yè)知識面，對專業(yè)知識體系的建立或更新提出了更高的要求，由此帶來專業(yè)知識體系的變革導致專業(yè)方向的多元化。

1.4.3 高新技術的發(fā)展成為專業(yè)發(fā)展的新增長點

當今給排水工程設施越來越復雜，機電設備在整個工程中的投資比例不斷增大，機電設備的集成度及技術含量不斷提高。同時大數(shù)據(jù)、信息技術、仿真模擬技術和自動控制技術等高新技術在給排水工程中得到越來越多的應用，如大型自來水廠和污水處理廠的智運行過程智能化程度越來越高， 操作人員越來越少。高新技術在給排水工程中的應用主要表現(xiàn)為：（1）設備化、集成化。 為大型給排水工程的建設提供良好的條件，大大縮短工期；（2）檢測手段儀表化、實時化。對水質進行準確的連續(xù)動態(tài)監(jiān)測，為遠端進行實時數(shù)據(jù)采集；（3）運行控制自動化、智能化。 通過前一步現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)采集傳輸后，分析是否需要采取措施進行遠程控制， 調整工藝參數(shù)， 達到良好的水處理效果。（4）工程設計模塊化、數(shù)字化。提高工程的設計協(xié)同配合，提高設計效率。 高新技術在給排水行業(yè)中的應用必然要求高校給排水專業(yè)的課程中增加智能自動化化、編程等課程的開設學時，培養(yǎng)學生的系統(tǒng)編程能力及多專業(yè)合作解決問題的能力。

2 結論與展望

人們對于高質量生活及綠水青山的向往以及國家對水質標準的不斷提高，倒逼給排水行業(yè)在改善飲用水水質及改善水環(huán)境上下工夫，也意味著給排水專業(yè)的內涵將發(fā)生變化。 同時當前新材料、新工藝的發(fā)展在給排水行業(yè)帶來發(fā)展的同時，也讓給排水專業(yè)發(fā)展方向發(fā)生了一定的變化。 隨著信息技術浪潮的來臨，大數(shù)據(jù)、智能化等技術應用于給排水行業(yè)，給行業(yè)帶來新的增長點，同時也給高校給排水專業(yè)的內涵智能化發(fā)展提供了借鑒。給排水行業(yè)的發(fā)展與給排水專業(yè)未來應該努力形成良性的正反饋，促進給排水專業(yè)未來更好地發(fā)展。