给排水科学与工程专业面临的问题及发展趋势探讨

赵 伟

（安徽工程大学，安徽 芜湖 241000）

1 给排水行业面临的问题

水是人类生存与经济社会发展的基本需求，也是基础性自然资源及战略性经济资源。给排水行业主要围绕水资源的利用进行输送和处理等。当下我国给排水行业在获得快速发展的同时也面临一系列问题。

1.1 水资源短缺及利用效率低

我国在水资源方面的基本国情是人多水少、水资源时空分布不均匀。我国人均水资源占有量不足世界平均水平的1/3，被列为全球13 个人均水资源最缺乏的国家之一[1-2]。此外，我国水资源分布极不均匀。水资源中多数为洪水径流（约占2/3），且大量淡水资源集中在南方， 北方淡水资源仅为南方的1/4。 特别是近20 年来，较少的水资源量及不均匀分布，使得水资源短缺在我国已经成为十分紧迫的问题。

目前，我国年用水量已达6 000 亿m3，超过美国的淡水利用量。 美国、日本年均淡水利用量不足我国的1/6[3]。 我国农业用水量占总用水量的近60%，但其中一半以上的水量未达到有效利用。我国工业万亿元产值用水量约80 亿m3， 是发达国家的10～20 倍，水的重复利用率（约40%）远低于发达国家的水平（75%～85%）[4]。 全国多数城市自来水管网漏失率为15%以上，部分甚至达到20%以上。 我国水资源利用效率地域性差异较大。 在空间上，我国的东、中、西部水资源利用效率由沿海向内陆呈递减趋势。

1.2 水环境污染严重

我国污水的年排放总量已达到750 多亿吨，但其中尚有部分未经任何处理直接排入江河湖库。 2011年，中国环境状况总体平稳，但在淡水环境、农村环境方面仍面临巨大挑战。全国地表水水质总体为轻度污染，湖泊富营养化问题突出。 我国主要大江大河如长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河、辽河、浙闽片河流、西南诸河和内陆诸河十大水系的国控断面的水质等级，见表1 所示[5-6]。

表1 我国地表水及地下水水质状况

我国水体主要水质污染物如表2 所示。 目前，我国很多作为城市供水水源的河流湖库（太湖、巢湖）处于不同程度的富营养化水平，藻类频发，藻毒素污染普遍；很多水源检测出内分泌干扰物质、持久性有毒有害物质以及几十甚至上百种有机物。这些污染物进入供水水源会造成水处理困难及饮用水水质变差。

表2 我国水体主要污染物

1.3 饮用水安全问题突出

由于取水水源受到污染，以及传统的净水工艺及输送存储过程中易受到二次污染，我国很多城市的饮用水水质缺乏安全保障。 此外，国家对饮用水标准不断提高要求，由1996 年国家标准规定的35 项增加到2001 年的96 项，增加至目前达106 项，并对饮用水中氨氮、藻毒素、消毒副产物和多种有毒有害物质提出了更严格的规定[7]。目前，有很多城市的饮用水水质不能达到新的饮用水标准。而农村由于缺乏基本的处理措施，饮用水问题更为严重。 这些饮用水水质问题严重影响威胁到城乡居民的健康和安全，成为亟待解决的重要问题。

1.4 水的安全输配水技术亟待提高

城市规模的扩大造成对应的城市供水管理规模迅速增大以及水厂供水半径大大增加。这些都导致管网漏失现象普遍，管网损失严重[8]。 此外，管网对水质的影响问题突出，在许多城市输配水系统成为制约供水水质安全的主要因素。随着城市化的高速发展及人居环境的改善，人们对景观用水、雨水利用、中水处理以及建筑的二次供水等输配水技术提出了新要求。各种大型公共、商业、地下建筑、超高层以及地铁、隧道等交通枢纽工程的发展，对消防给水技术提出了许多新的挑战。

综上所述，水已成为制约我国社会经济可持续发展的极为重要的因素。 面对新形势下水资源的短缺，水环境严重污染及社会发展对水的需求，给排水行业呈现以下的发展趋势：

（1）开发经济高效的水污染控制新工艺、新技术，提高城市和工业废水的处理效能；

（2）开发利用新的非传统水资源，包括污水的再生回用、雨洪水的储蓄利用、海水的淡化利用；

（3） 开发与实施各类建筑的节水技术和装置，推广水的循序利用、 循环回用和分质利用的工程措施，提高水资源利用效率，缓解资源型缺水、水质型缺水等矛盾；

（4）研究饮用水安全保障技术和安全输配水技术以及提高水质的关键技术，以满足城乡居民对饮用水水质安全的迫切需要。

给排水行业的这种发展趋势必然导致高等学校中给排水专业的内涵发生变化。 主要变化如下。

1.4.1 水环境污染导致专业内涵的发生变化

（1）微污染水处理技术的重视。目前，由于受到污染，水环境（河流、湖泊等）存在有复杂的污染物质，如内分泌干扰物、微量难降解有机物（POPs）、藻毒素、微生物等。而澄清、过滤、消毒等常规的给水处理工艺难以将这些复杂污染物去除。这种含有复杂污染物质水体作为供水水源必然导致水厂出水水质下降，从而影响饮用水水质。 此外，国家饮用水安全方面越来越重视，并不断提高饮用水标准。因此，近年来微污染水处理技术的研究及发展逐步成为热点，并产生了一系列研究成果。这些研究成果促进了微污染水源处理技术的提高。这就要求我们在给排水专业在课程设置中加大对于微污染水的学习深度，增加该方向的最新研究成果。

（2）氮、磷等营养性物质的高效去除。 一方面，随着“绿水青山就是金山银山”理念的深入人心，我国对污水排放标准及地表水环境质量标准要求不断提高。另一方面， 我国水体较严重的富营养化仍未得到改善，国家正大力整治黑臭水体。 因此，污水厂出水中N、P 等营养性物质的经济高效利用以及如何降低目前水体中已有营养性物质的已成为重要课题[9]。

（3）污废水的资源化利用得到重视。 随着循环经济理念深入人心，过去将污水中的污染物完全当作有害物质的理念也得到更正。 目前，污水处理过程的资源化利用技术得到重视，并发展出一系列新的污水资源化利用技术，如微生物燃料电池、营养物质回用等。此外，污水厂中污泥的资源化利用越来越普遍，包括污泥厌氧消化中的产气利用、 污泥干化焚烧发电、污泥建材等[10]。

这些行业新方向的发展变化必然要求给排水专业内涵发生一定的变化，并促使专业体系及教学课程改革。

1.4.2 新工艺、新材料的发展促使专业方向的变化

为了应对当前日益突出的水质问题，给排水行业通过不断实践开发出一系列新的水处理工艺，并逐步成为水处理工艺的发展方向，如生物技术、膜技术、高级氧化技术和生态工程技术。其中既有水处理工艺体系的改变也有单元处理技术的改变。如已经开发出包括预处理、强化常规处理、深度处理、安全消毒的工艺体系用于处理微污染原水。 另外，膜成本的大幅度降低使得膜技术在水处理单元中得到大量应用，从而产生一系列膜处理工艺。 随着新工艺的快速发展，一系列新材料如纳米材料在水处理领域得到广泛应用。这些新工艺及新材料的发展与应用对于给排水专业来说拓宽了专业知识面，对专业知识体系的建立或更新提出了更高的要求，由此带来专业知识体系的变革导致专业方向的多元化。

1.4.3 高新技术的发展成为专业发展的新增长点

当今给排水工程设施越来越复杂，机电设备在整个工程中的投资比例不断增大，机电设备的集成度及技术含量不断提高。同时大数据、信息技术、仿真模拟技术和自动控制技术等高新技术在给排水工程中得到越来越多的应用，如大型自来水厂和污水处理厂的智运行过程智能化程度越来越高， 操作人员越来越少。高新技术在给排水工程中的应用主要表现为：（1）设备化、集成化。 为大型给排水工程的建设提供良好的条件，大大缩短工期；（2）检测手段仪表化、实时化。对水质进行准确的连续动态监测，为远端进行实时数据采集；（3）运行控制自动化、智能化。 通过前一步现场实时数据采集传输后，分析是否需要采取措施进行远程控制， 调整工艺参数， 达到良好的水处理效果。（4）工程设计模块化、数字化。提高工程的设计协同配合，提高设计效率。 高新技术在给排水行业中的应用必然要求高校给排水专业的课程中增加智能自动化化、编程等课程的开设学时，培养学生的系统编程能力及多专业合作解决问题的能力。

2 结论与展望

人们对于高质量生活及绿水青山的向往以及国家对水质标准的不断提高，倒逼给排水行业在改善饮用水水质及改善水环境上下工夫，也意味着给排水专业的内涵将发生变化。 同时当前新材料、新工艺的发展在给排水行业带来发展的同时，也让给排水专业发展方向发生了一定的变化。 随着信息技术浪潮的来临，大数据、智能化等技术应用于给排水行业，给行业带来新的增长点，同时也给高校给排水专业的内涵智能化发展提供了借鉴。给排水行业的发展与给排水专业未来应该努力形成良性的正反馈，促进给排水专业未来更好地发展。