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        水,城市的生命線

        2013-01-01 00:00:00陸宇奇
        求學(xué)·理科版 2013年1期

        水是生命之源,是人類社會(huì)離不開的物質(zhì)基礎(chǔ)。沙漠中的綠洲,因?yàn)橛辛怂?,才能使人定居下來,形成村莊。一個(gè)城市的建立,第一要?jiǎng)?wù),便是找到合適的水源。從社會(huì)歷史角度來看,當(dāng)有了城市,便有了“如何獲得可以使用的水”和“如何排除污廢水”,這兩個(gè)同時(shí)產(chǎn)生的問題。歷代城市建設(shè)者和工程師們將其經(jīng)驗(yàn)和理論傳承并發(fā)展,形成了一門學(xué)科——給排水科學(xué)與工程。

        雖然我國將給排水科學(xué)與工程專業(yè)放在土建類目錄下,但它更多的是一門研究環(huán)境的學(xué)科?,F(xiàn)代的給排水科學(xué)與工程大體可以分為三個(gè)部分:給水處理、市政管網(wǎng)、污水處理。給水處理,是指從發(fā)現(xiàn)水源,水質(zhì)凈化,到輸出凈水的過程。市政管網(wǎng),是指通過埋設(shè)在城市地下的管道網(wǎng)絡(luò),將處理后的凈水安全、高效地運(yùn)送至用戶,再將其排放出的污水、廢水和自然環(huán)境中的雨水進(jìn)行收集,通過管道網(wǎng)絡(luò)運(yùn)輸至處理設(shè)施。污水處理,是指將污廢水和雨水分類進(jìn)行處理,降解或去除其中的污染物,改善水質(zhì),達(dá)到自然水體可以承受的范圍后,排放回自然水體。這三者組成了城市的一道生命線。

        給水處理,城市的心臟

        給排水科學(xué)與工程作為一個(gè)土建類專業(yè),給排水處理設(shè)施的建造自然是重點(diǎn)之一,我們稱為水處理構(gòu)筑物,人們最熟悉的水處理構(gòu)筑物就是自來水廠和污水處理廠了。其中自來水廠由于提供生活、生產(chǎn)的水源而被稱之為城市心臟。自來水廠中的傳統(tǒng)工藝如下圖:

        這樣處理后的水,一般可以從色度、渾濁度、嗅味等物理指標(biāo);鐵離子、錳離子、苯等化學(xué)指標(biāo);總大腸菌群、兩蟲(隱孢子蟲、賈地鞭毛蟲)等生物指標(biāo)上滿足人們的生活需求。

        但是隨著人類社會(huì)的發(fā)展,原水中的雜質(zhì)和污染物呈現(xiàn)出復(fù)雜化、多樣化、難降解的發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)工藝越來越不能有效應(yīng)對(duì)現(xiàn)在的水質(zhì)問題已成為目前探討最多的話題,例如,抗生素在人體內(nèi)少量被分解,大部分最終都會(huì)被排出人體。由于人們無節(jié)制的濫用,大量的抗生素被排入自然水體,抗生素又很難被自然降解,最終經(jīng)過水文循環(huán),進(jìn)入飲用水水源。如果人們長期飲用含有微量抗生素的飲用水,便會(huì)使人體產(chǎn)生抗藥性,人們不得不加大藥量,或?qū)ふ倚碌目股仄贩N,最終進(jìn)入惡性循環(huán)。針對(duì)這一情況,對(duì)水體中抗生素物質(zhì)的處理便成為學(xué)科前沿的研究方向。

        還有人們?nèi)粘I钪惺褂玫膫€(gè)人護(hù)理產(chǎn)品,如化妝品、護(hù)手霜、潔面乳等,大多含有人工合成的化學(xué)物質(zhì),這些物質(zhì)通過各種渠道,最終都會(huì)排入自然水體,如果進(jìn)入人體,便會(huì)對(duì)內(nèi)分泌系統(tǒng)造成干擾,影響人的健康,這類物質(zhì)稱為內(nèi)分泌干擾物。

        此外,水廠取水的水源地還可能發(fā)生突發(fā)事件,比如前些年的太湖藍(lán)藻暴發(fā),由于太湖周圍房地產(chǎn)開發(fā)和工業(yè)開發(fā),政府對(duì)污水排放的監(jiān)管不力,太湖受到了日積月累的污染,最終造成了湖中藍(lán)藻的大暴發(fā)。大量的藍(lán)藻使得湖水中的溶解氧下降,導(dǎo)致了湖中水生物的缺氧死亡。而水質(zhì)的惡心最終也會(huì)使得藍(lán)藻大量死亡。藍(lán)藻死亡后會(huì)釋放出一種有毒物質(zhì)——藻毒素,它會(huì)對(duì)人類的肝臟造成嚴(yán)重的損傷。諸如此類的新型污染物不斷出現(xiàn),使得工程師們需要對(duì)這類原水做進(jìn)一步深層次的處理,稱為深化處理。這也給水處理的技術(shù)發(fā)展提出了新的要求,指明了發(fā)展方向。

        市政管網(wǎng),城市的血脈

        當(dāng)原水經(jīng)過處理合格后,就從心臟通過血管,向城市的各個(gè)地方輸送,這血管就是市政給水管網(wǎng),而給排水工程專業(yè)在這方面主要負(fù)責(zé)“血管的搭建”以及“控制血壓的高低”。比如非金屬管道在穿越馬路時(shí),如果挖深不足一米,需采用混凝土進(jìn)行包接保護(hù),否則來往的車輛很可能將管道壓裂;而對(duì)于部分離水廠較遠(yuǎn)或地勢比較高的地方,水壓不足可能導(dǎo)致水輸送不到用戶家里,這時(shí)需要考慮是進(jìn)行二次加壓還是加大一次加壓(因?yàn)榧哟笠淮渭訅簳?huì)使整個(gè)市政管網(wǎng)水壓過高,造成運(yùn)行成本過高,而且容易爆管,但二次加壓又要考慮設(shè)施成本)。

        市政管網(wǎng)還有市政雨水管網(wǎng)方向,它主要運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)建立模型,對(duì)降雨過程進(jìn)行模擬,發(fā)現(xiàn)問題,然后對(duì)管網(wǎng)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化,其主要作用是將雨水排出城市,防止內(nèi)澇。近年來,我國各大城市相繼出現(xiàn)“觀?!爆F(xiàn)象,就是因?yàn)槭姓晁芫W(wǎng)存在問題。

        此外,市政污水管網(wǎng)也是市政管網(wǎng)重要的一環(huán),它負(fù)責(zé)將身體里的廢水導(dǎo)入“腎臟”。

        市政管網(wǎng)需要對(duì)水體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、水文規(guī)律有深入的了解。所學(xué)科目有流體力學(xué)、水泵及泵站、水文學(xué)、給水排水管網(wǎng)和建筑給水排水等。

        污水處理,城市的腎臟

        過去,人們將污廢水收集后,直接排入河道、湖泊等自然水體,對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染?,F(xiàn)在人們開始逐漸認(rèn)識(shí)到環(huán)境問題的重要性,越來越重視污水處理的問題,于是腎臟——污水處理廠出現(xiàn)了。但與給水處理面臨的問題相似,污水中污染物也呈現(xiàn)出復(fù)雜化、多樣化、難降解的趨勢。由于水文循環(huán)的規(guī)律,給水處理和污水處理是相互聯(lián)系、相輔相成的。如果污水處理效果提高了,那么自然水體中的污染物就減少了,原水的給水處理效果也就更好了,反之亦然。污水處理與給水處理相比,起步比較晚,技術(shù)發(fā)展的空間更廣闊,由于污水處理中污染物的復(fù)雜程度和嚴(yán)重程度更高,對(duì)應(yīng)不同水質(zhì)條件的污水,處理的方法也五花八門。常見的有生物化學(xué)法,如生物曝氣池、氧化溝、AAO工藝等;物理法,如活性炭吸附法、膜過濾法等;也有一些交叉結(jié)合的方法,比如生物膜法、生物活性炭法等。隨著社會(huì)不斷發(fā)展,各種生活污水、工業(yè)廢水的分類會(huì)越來越精細(xì),需要達(dá)到的處理效果也會(huì)越來越高,污水處理方向的前景十分美好。

        此外,由于給排水科學(xué)與工程專業(yè)最終成果大多以工程的形式實(shí)現(xiàn),所以畫法幾何、工程制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和工程經(jīng)濟(jì)學(xué)等工程方面的知識(shí)也必不可少。雖然目前給排水科學(xué)與工程專業(yè)與熱門專業(yè)相比,顯得有些樸素、單調(diào)。但它是保障社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)學(xué)科,會(huì)永遠(yuǎn)隨著社會(huì)的發(fā)展而不斷發(fā)展。

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