水，城市的生命线

水是生命之源，是人类社会离不开的物质基础。沙漠中的绿洲，因为有了水源，才能使人定居下来，形成村庄。一个城市的建立，第一要务，便是找到合适的水源。从社会历史角度来看，当有了城市，便有了“如何获得可以使用的水”和“如何排除污废水”，这两个同时产生的问题。历代城市建设者和工程师们将其经验和理论传承并发展，形成了一门学科——给排水科学与工程。

虽然我国将给排水科学与工程专业放在土建类目录下，但它更多的是一门研究环境的学科。现代的给排水科学与工程大体可以分为三个部分：给水处理、市政管网、污水处理。给水处理，是指从发现水源，水质净化，到输出净水的过程。市政管网，是指通过埋设在城市地下的管道网络，将处理后的净水安全、高效地运送至用户，再将其排放出的污水、废水和自然环境中的雨水进行收集，通过管道网络运输至处理设施。污水处理，是指将污废水和雨水分类进行处理，降解或去除其中的污染物，改善水质，达到自然水体可以承受的范围后，排放回自然水体。这三者组成了城市的一道生命线。

给水处理，城市的心脏

给排水科学与工程作为一个土建类专业，给排水处理设施的建造自然是重点之一，我们称为水处理构筑物，人们最熟悉的水处理构筑物就是自来水厂和污水处理厂了。其中自来水厂由于提供生活、生产的水源而被称之为城市心脏。自来水厂中的传统工艺如下图：

这样处理后的水，一般可以从色度、浑浊度、嗅味等物理指标；铁离子、锰离子、苯等化学指标；总大肠菌群、两虫（隐孢子虫、贾地鞭毛虫）等生物指标上满足人们的生活需求。

但是随着人类社会的发展，原水中的杂质和污染物呈现出复杂化、多样化、难降解的发展趋势。传统工艺越来越不能有效应对现在的水质问题已成为目前探讨最多的话题，例如，抗生素在人体内少量被分解，大部分最终都会被排出人体。由于人们无节制的滥用，大量的抗生素被排入自然水体，抗生素又很难被自然降解，最终经过水文循环，进入饮用水水源。如果人们长期饮用含有微量抗生素的饮用水，便会使人体产生抗药性，人们不得不加大药量，或寻找新的抗生素品种，最终进入恶性循环。针对这一情况，对水体中抗生素物质的处理便成为学科前沿的研究方向。

还有人们日常生活中使用的个人护理产品，如化妆品、护手霜、洁面乳等，大多含有人工合成的化学物质，这些物质通过各种渠道，最终都会排入自然水体，如果进入人体，便会对内分泌系统造成干扰，影响人的健康，这类物质称为内分泌干扰物。

此外，水厂取水的水源地还可能发生突发事件，比如前些年的太湖蓝藻暴发，由于太湖周围房地产开发和工业开发，政府对污水排放的监管不力，太湖受到了日积月累的污染，最终造成了湖中蓝藻的大暴发。大量的蓝藻使得湖水中的溶解氧下降，导致了湖中水生物的缺氧死亡。而水质的恶心最终也会使得蓝藻大量死亡。蓝藻死亡后会释放出一种有毒物质——藻毒素，它会对人类的肝脏造成严重的损伤。诸如此类的新型污染物不断出现，使得工程师们需要对这类原水做进一步深层次的处理，称为深化处理。这也给水处理的技术发展提出了新的要求，指明了发展方向。

市政管网，城市的血脉

当原水经过处理合格后，就从心脏通过血管，向城市的各个地方输送，这血管就是市政给水管网，而给排水工程专业在这方面主要负责“血管的搭建”以及“控制血压的高低”。比如非金属管道在穿越马路时，如果挖深不足一米，需采用混凝土进行包接保护，否则来往的车辆很可能将管道压裂；而对于部分离水厂较远或地势比较高的地方，水压不足可能导致水输送不到用户家里，这时需要考虑是进行二次加压还是加大一次加压（因为加大一次加压会使整个市政管网水压过高，造成运行成本过高，而且容易爆管，但二次加压又要考虑设施成本）。

市政管网还有市政雨水管网方向，它主要运用计算机软件对管网系统建立模型，对降雨过程进行模拟，发现问题，然后对管网设计进行优化，其主要作用是将雨水排出城市，防止内涝。近年来，我国各大城市相继出现“观海”现象，就是因为市政雨水管网存在问题。

此外，市政污水管网也是市政管网重要的一环，它负责将身体里的废水导入“肾脏”。

市政管网需要对水体的运动规律、水文规律有深入的了解。所学科目有流体力学、水泵及泵站、水文学、给水排水管网和建筑给水排水等。

污水处理，城市的肾脏

过去，人们将污废水收集后，直接排入河道、湖泊等自然水体，对环境造成了严重的污染。现在人们开始逐渐认识到环境问题的重要性，越来越重视污水处理的问题，于是肾脏——污水处理厂出现了。但与给水处理面临的问题相似，污水中污染物也呈现出复杂化、多样化、难降解的趋势。由于水文循环的规律，给水处理和污水处理是相互联系、相辅相成的。如果污水处理效果提高了，那么自然水体中的污染物就减少了，原水的给水处理效果也就更好了，反之亦然。污水处理与给水处理相比，起步比较晚，技术发展的空间更广阔，由于污水处理中污染物的复杂程度和严重程度更高，对应不同水质条件的污水，处理的方法也五花八门。常见的有生物化学法，如生物曝气池、氧化沟、AAO工艺等；物理法，如活性炭吸附法、膜过滤法等；也有一些交叉结合的方法，比如生物膜法、生物活性炭法等。随着社会不断发展，各种生活污水、工业废水的分类会越来越精细，需要达到的处理效果也会越来越高，污水处理方向的前景十分美好。

此外，由于给排水科学与工程专业最终成果大多以工程的形式实现，所以画法几何、工程制图、理论力学、材料力学、结构力学、钢筋混凝土结构和工程经济学等工程方面的知识也必不可少。虽然目前给排水科学与工程专业与热门专业相比，显得有些朴素、单调。但它是保障社会发展的基础学科，会永远随着社会的发展而不断发展。