2019年10月31-11月2日，IWA在中国香港成功举办了第8届国际水协亚太水大会 IWA ASPIRE (Asia-Pacific Regional Group) Conference 2019。会上，曲久辉院士就中国城市水环境与水生态过去四十年的发展做了主旨发言。从1978年到2018年，中国的水环境发生了巨大的变化，40年的跌宕起伏不禁发人深省。对未来，我们又寄予怎样的展望？天IWA微信公众号将带大家回顾该主旨报告的精彩内容。
“城市的发展史，就是一部城市与水相伴而生的历史，改变了水环境，重塑了水生态”
水是一切生命机体的组成物质，也是生命代谢活动所必需的物质，又是人类进行生产活动的重要资源。水作为整个生物圈中最重要的物质和资源，对人类的生产和生活发挥着无可替代的作用。在自然过程中，海洋上蒸发的水汽被气流带到大陆上空，在适当的条件下凝结，以降水的形式降落的地表。蒸腾、降水、地表径流、河流湖泊组成了水的自然循环。但随着社会发展，人类活动不断改变着自然环境，越来越强烈地影响水循环的过程。人类通过各种方式抽取淡水资源用于生产生活，而产生的污废水随之又排入受纳水体中。构筑水库、开凿河网以及大量开发利用地下水等行为，改变了水的原来径流路线，引起水的分布和水的运动状况的变化，人类对水的自然循环的作用构成了水的社会循环。中国的水环境自改革开放40年以来经历了开发为主、综合利用、保护修复的不同阶段，预计在2050年能实现全面好转的局面。正因为中国体量庞大，社会发展极具独特性，其城市水管理实践也是最大规模、最复杂和最具挑战性：
- 改革开放40年，中国城镇化率从1978年的17.9%提升到2017年的58.5%。城镇常住人口增加了近4倍；
- 与1978年相比，中国的农业用水减少了10%，工业用水增加了1.5倍；
- 中国用40年时间完成了全球最大规模的城市化与工业化进程，用极其有限的水资源，完成了对城市化和工业化进程的支撑，史无前例。
截止到2017年，全国城市供水能力达到3.24亿吨/天，供水管道总长75.7万公里，污水处理能力1.82亿吨/天，排水管网长度57.7万公里，均位居全球第一。中国城市供水能力及管网长度
中国排名前十的水务上市企业总市值近人民币280亿美元，市政污水运营总规模前三的企业分别为：北控水务（36.5亿吨/年）、碧水源（29.2亿吨/年）、首创股份（28.5亿吨/年）。中国在水环境科学与技术领域SCI发文量（全部作者）仅次于美国，位居世界第二。在科研投入方面，中国国家自然科学基金会每年在水环境科学与技术领域的科研基金高达2.6亿元人民币，是位居第二的美国国家科学基金会的4倍。而在排名前十的基金资助机构里，除了中国国家自然科学基金会，中国有还6家机构上榜，分别为：中国科学院、国家重点基础研究发展计划（973计划）、中央高校基本科研业务费专项资金资助、水体污染控制与治理科技重大专项以及国家高技术研究发展计划（863计划）。水环境科学与技术领域TOP10基金资助机构（单位：万元人民币）在这40年的发展历程中，中国城市水环境的变化主要是以“水质”为核心，既要追求水质与健康、循环和生态之间的协同，同时又不断涌现着“发展与保护”的矛盾，“污染与清洁”的胶着以及“恶化与改善”的博弈。中国历时40年的发展，体现了水源微污染与水质安全保障之间的矛盾与统一。而中国的城市供水事业则是在保“质”引导下的快速发展，具体体现在水源保护、标准修订、水质净化以及管网修建。1978年至1999年间，中国地表水体质量不断恶化，污染加重。90年代初期，湖泊富营养化问题比较突出，流经城市的河段污染十分严重。到90年代中期，各大江河均受到不同程度的污染，并呈发展趋势，工业发达的城镇附近，水域污染尤为严重。大、中城市下游河段大肠杆菌污染明显加重。90年代末期，我国七大水系的水质状况并没有得到改善：水体污染程度仍在加重，范围也在不断扩大，地表水有机污染普遍，湖泊富营养化问题突出。1999年往后的17年间，中国地表水体质量自2002年起一类至三类水比例逐年增加，水质整体向好。供水体系也是一直在保质引导下不断发展。饮用水中能对人体健康造成不良影响的微生物和化学成分数量众多。为控制饮用水中微生物和化学物的含量，要求制定一系列管理计划。这些计划的实施为供水系统的保护和过程控制提供了基础。基于保障健康的目标始终是供水标准制定与实施的核心组成部分。从1955年到1985年的30年间，我国解决了生活饮用水卫生标准从无到有的过程，当时的《生活饮用水卫生标准GB5749-1985》涵盖了35项控制指标。在之后的20年间，指标由35项增加至106项（《生活饮用水卫生标准GB5749-2006》）。同时，水利部自2006 年起逐步建立全国重要饮用水水源地核准公布制度，于2006 年、2008 年、2011 年分三批（第一批57 个、第二批59 个、第三批59 个）将175 个饮用水水源地纳入《全国重要饮用水水源地名录》，印发《关于公布全国重要饮用水水源地名录的通知》（水资源函〔2011〕109 号），将供水人口50万人以上及部分供水人口20万人以上的饮用水水源地纳入全国重点监管范围。2016 年又将供水人口20万以上的地表水饮用水水源地及年供水量2000万立方米以上的地下水饮用水水源地纳入全国重点监管范围。中国的水质标准一直在保持着更新和进步。现阶段又将有机物和微生物作为控制重点，既符合我国国情，又与国际水质标准发展趋势一致。中国水质标准在各项重要指标上（尤其是毒理指标）相比美国还要严格很多。2018年上海市地标在国家标准106项的基础上，增加至111项，直接对标全球卓越城市高品质饮用水目标。标准进步的同时，技术也要不断推进发展跟上标准的监督。新中国成立之初的第一代饮用水处理工艺主要是以水介烈性传染病控制为目标的“混凝+沉淀+过滤+消毒”过程。60年代末70年代初发展的第二代处理工艺是以微量有机物和氯化消毒副产物为目标的“第一代工艺+臭氧-生物活性炭等”过程。发展至今日的第三代处理工艺主要是以“两虫”为代表新微生物为目标，结合纳滤膜、电渗析、反渗透等技术保障高品质的饮用水。曲院士以北京市第一座深度处理净水厂——北京田村山净水厂为例，生动地体现了了饮用水处理工艺的不断进步。该净水厂于1985年投产运行，主要结合了臭氧-活性炭处理工艺。2008年6月，该厂升级为高密度沉淀池和臭氧-生物活性炭吸附联合深度处理工艺。2014年7月，超滤膜净水工艺正式投入使用，可处理浊度较高、有机物含量高的工艺水，日省水量约为10万吨。在曲院士的报告中，他还指出未来的处理工艺将是以高浊度、高藻含量和微污染物净化为控制目标，结合超滤膜、高锰酸钾及其复合净水技术等综合、全面的处理过程。从处理工艺的发展变化来看，膜技术的应用改变了传统净水工艺的模式和效率。未来的饮用水处理将朝着“零添加（化学药剂少投加）、集约型（土地资源节约）、高品质（满足健康需求）”的目标不断发展。2006年之前，中国大力发展经济，对水环境的破坏较为严重。为了弥补历史欠账，保障居民饮用水基本需求，水厂从2363座扩增至2476座，管网也从原来的35948公里增加至756623公里，在数量上有了极大的突破。2006年至今，中国供水体系实现了从数量到质量的转变。日供水量从2500万立方米增加至3亿立方米，但水厂数量却下降到1754座，可见水厂的处理能力得到了极大的提高。管道的建设与更新也更加注重选材对水质的影响。现阶段，中国三类水体水质达标率超过70%，出厂水质达标率超过99%，末端水质达标率超过96%。健康安全保障始终是饮用水供给的无终点诉求。中国饮用水目前面临的挑战主要有：由于中国饮用水标准执行的配套体系不够完善，目前中国水质标准的顺利执行还有很多困难。要完善好整个体系，应要有系统地开展水质基准研究，为标准的制/修订提供依据；再通过水质基准制定相关系统的法律规范，同时建立面向具体对象、差异化的饮用水水源地水质标准。未来的发展方向除了制定科学有效的水源管理条例和实施先进长效的治理与修复措施外，还要注重简单低耗的清洁工艺，实现无药剂或少药剂的绿色过程，最终还要形成标准与效应协同的综合控制系统。“改革开放40年，中国城市污水处理理念在争论中持续提升，污染治理策略在实践中不断优化”
控源减排始终是污水处理的主导目标。中国的城市污水处理在过去40年间一直在减排驱动下不断变革。中国政府对环境保护的重视程度日益增加，这也倒逼着污水排放标准需要提高。《城镇污水处理厂污染物排放标准》实施以来，促进了城镇污水处理设施新一轮的提标改造，推动了污水除磷脱氮技术得到进一步提升，城镇污水处理厂的技术、设备紧跟世界先进水平，呈多样化的发展特征。新技术的研发与应用，支撑着工艺的不断进步。灰色治污转型为绿色治污，资源能源消耗升级为资源能源回收利用。城市污水处理工艺技术的提高，进而提升了城市污水处理的发展理念从“达标排放与水污染控制”上升为“再生利用与水生态恢复“。为此，中国建立了一系列有关再生水水质和工程设计的标准规范，促进了城市污水再生处理技术设备产品的国产化，推动了西北、华北、东北缺水地区的城市污水再生利用，节约了大量水资源的同时，实现了源头减排。我国城镇污水排放标准经历了两次大的升级。1993年，中华人民共和国建设部批准颁布了《城市污水处理厂污水污泥排放标准》(CJ 3025-93)，规定了城市污水处理厂排放污水污泥的标准值及其检测、排放与监督。该标准适用于全国各地的城市污水处理厂。地方可根据本标准并结合当地特点制订地方城市污水处理厂污水污泥排放标准。进入新世纪后，《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的颁布和实施，进一步提升了城镇污水处理要求，明确了将一级A标准作为污水回用的基本条件，城镇污水处理开始从“达标排放”向“再生利用”转变。然而关于标准的制定一直都存有争议。是否真的有必要制定严格的排放标准？如何制定合情合理的标准？这些都是大家争论的中心话题。尤其是现在有人提出将污水排放标准应对标“地表水标准”，接收水体的环境功能应当与污水回收再利用的相关标准联系起来。曲院士提出，标准制定的基本准则应当从自净能力、目标水质以及生态安全三个方面来权衡；制定的标准既要能因地适宜也要考虑实际处理能力，并且应当按照实际需求来进行考量。在20世纪70年代，A/O工艺由于其同时具有降解有机物及脱氮作用，且运行管理方便，得到了广泛的应用。但中国建设的城镇污水处理厂，受到建设资金不足等因素制约，一直到20世纪80年代前后，大部分处理工艺还是采用以去除悬浮物为核心的简单一级处理。80年代中期，为了减少水中BOD等有机物引起的水质黑臭，开始推行污水二级生物处理；90年代以后，城市水环境改善的需求日益提高，江河湖泊亟须控制氮磷污染以减轻水体富营养化，城镇污水处理生物除磷脱氮工艺开始得到推广应用。技术工艺发展至今日，已经能在很多污水处理厂中看到高级氧化技术（AOP）、生物滤池、膜生物反应器（MBR）、厌氧氨氧化等技术的身影。随着环境问题的日益加剧，对标国际污水处理行业，我们不难发现国际先进污水处理已呈现“污染物进一步削减、低能耗处理、能源资源回收”的趋势。纵观我国，随着水污染控制工作的不断深入和城镇化进程推进，城镇污水处理设施建设还将持续高速发展，但是已建成的污水处理设施距离社会可持续发展要求还有较大的差距，污水厂的提标改造也显得尤为重要。2015年，为了推动中国水处理事业的健康、可持续发展，曲院士与另五位业界专家联合发起“建设中国城市污水处理概念厂事业”，面向“水质永续，能源自给，资源循环，环境友好”的目标展开了研究，旨在推出面向未来的工艺、技术与装备，推进概念厂建设，促进产业升级，带动中国水处理事业由跟踪到引领的跨越式发展。曲院士认为概念厂应包含但不限于以下四个方向的追求：- 水质永续——使出水水质满足水环境变化和水资源可持续循环利用的需要；
- 能量自给——大幅提高污水处理厂能源自给率，在有适度外源有机废物协同处理的情况下，做到零能耗；
- 资源回收——追求物质合理循环，减少对外部化学品的依赖与消耗；
- 环境友好——建设感官舒适、建筑和谐、环境互通、社区友好的污水处理厂
四十年的变迁，中国城市水环境经历了从惑到求的转变，先后承受了粗放式发展带来的恶性后果，却也一步步在污染胁迫下摸索前进，历经曲折，从蒙昧到觉醒，如今初入理性之门。过去，自然水体未收到污染之前，水质清澈、鱼翔浅底。但如今随着城市化进程的加快和经济高速发展，很多河流作为受纳水体出现了黑臭、生态系统结构失衡，功能严重退化甚至丧失的特性。经排查。截至2016年全国218座地级及以上城市中黑臭水体高达1861个，污染现状不容小觑，水环境形势非常严峻，黑臭合体治理刻不容缓。为切实加大水污染防治力度，保障国家水安全，2015年2月，中央颁布了《水污染防治行动计划》简称“水十条“，主要目标包括到2020年，全国水环境质量得到阶段性改善，污染严重水体较大幅度减少，饮用水安全保障水平持续提升，地下水超采得到严格控制，地下水污染加剧趋势得到初步遏制，近岸海域环境质量稳中趋好，京津冀、长三角、珠三角等区域水生态环境状况有所好转。到2030年，力争全国水环境质量总体改善，水生态系统功能初步恢复。到本世纪中叶，生态环境质量全面改善，生态系统实现良性循环。随着“水十条“的颁布与实施，到2030年，全国七大重点流域水质优良比例总体需达到75%以上，城市建成区黑臭水体总体得到消除，城市集中式饮用水水源水质达到或优于Ⅲ类比例总体为95%左右。城市水环境的演变经历了四个不同的阶段：从最开始只注重其排水功能而忽略水质，到重视其用水功能反过头来关注水质，再到注重水环境生态功能并延伸至驳岸，一直到现在强调的水环境综合功能，带动周边产业文化经济发展。近两年来，随着不断的实践和总结，城市排水系统升级改造，水环境治理逐渐由截污治污为先，消除内源污染转变为以水生态修复为主的综合治理。水环境治理不再是单纯的控源截污，而是面向未来的全水循环综合整治。应大力推进循环发展。加强工业水循环利用，推进矿井水综合利用，鼓励高耗水企业废水深度处理回用；促进再生水利用；推动海水利用：在沿海地区电力、化工、石化等行业，推行直接利用海水作为循环冷却等工业用水。在有条件的城市，加快推进淡化海水作为生活用水补充水源。在污水处理厂提标改造的过程中，应有效利用资源能源回收技术，回收污水中的纤维、浓缩碳源、生物沼气、磷等资源，实现以“水安全、水生态、水资源、水文化“为核心的更为绿色的生态治理。水环境综合整治的核心理念已经从单纯的治理演变为“保持水生态系统的完整性“，主要从以下三个方面着手：纵观中国40年来的水环境变迁，我们可以看出最具价值的进步则是从生态破坏走向生态文明。未来的发展方向除了制定科学有效的水源管理条例和实施先进长效的治理与修复措施外，还要注重简单低耗的清洁工艺，实现无药剂或少药剂的绿色过程，最终还要形成标准与效应协同的综合控制系统。社会经济的发展以及生态文明的建设离不开水，而面对严峻的水问题，如水资源短缺、水环境污染、水生态破坏以及水空间萎缩等，未来面临的挑战依然十分严峻。城市水环境保护与修复需要得到社会的共识，生态优先的理念需要大众的高度认可。面对挑战，迎难而上，“鱼游之境”将不再是遥不可及的梦想。注：本文内容依据曲久辉院士在香港2019 IWA-ASPIRE大会上的英文发言，以及他在以往历次报告中的相关内容整理而成。
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