本次笔者记述的讲座内容是李圭白院士（李圭白，1931年9月25日出生于辽宁沈阳，水处理技术、市政工程专家，中国工程院院士，哈尔滨工业大学教授、博导）于2020年3月4日的《创新与我国城市饮用水净化技术发展》。希望能在疫情发生的现在，为大家带去一丝对于生命，对于自然，对于敬畏，对于国家，对于创新的全新认识与思考。

讲座中回顾了历史中出现的一些重大创新和技术突破，并论述了其对我国城市饮用水净化工艺发展的推动作用，以及其为我们带来的启示。2020年，我国社会经济已经进入了一个新的改革发展时期，创新将成为社会发展的新动力。而水业工作者在这样新的历史时期，以绿色、低碳、节能、环保、可持续发展的新的重大社会导向，将不断探索自主创新之路，以寻求新的技术突破。

在二十世纪以前城市居民大多由井水或河水中取水，随着城市的发展人口的密集，出现了大规模的疾病流行，从而保障饮用水生物安全性成了头等要事。在此现状下，水工业者们采用管网输水配合以氯消毒为核心的饮用水净化工艺控制住了烈性细菌传染疾病的流行，为人类社会的发展做出了重大贡献。

随着时间推移，中世纪的欧洲城市由于人类排泄物及垃圾堆积无法清除，成为城市发展最臭时期。在此背景下，第一只抽水马桶诞生，在1865年伦敦建成正规的排水系统后开始发挥作用。抽水马桶的使用极大改善了室内卫生环境，并使居室内用水成为可能。

在此前提及，氯消毒能够有效的杀灭水中的致病细菌，使水的生物安全性得到保障。为了提高氯的消毒效果，需要提前将水中的悬浮物及浊质去除。为此研发出慢滤池，又为减轻慢滤池负荷，在慢滤池前增设了预沉池。将这三者进行组合，形成了如下的净水工艺，原水—预沉池—慢滤池—氯消毒—出水。

而随着城市发展，慢滤池已不再适用城市的需要，于是发展出具有反冲洗功能的快滤池。为降低快滤池的出水浊度，在快滤池前增设混凝沉淀池，使原水中的大悬浮物胶体等形成大颗粒于过滤前沉淀，减轻快滤池的负荷。

在运行过程中，人们发现立式沉淀池可形成悬浮层而增设澄清池可显著提升沉淀效果。而对于藻类或细微絮体，为提高去浊效率，借鉴了选矿中的气浮技术进行去除。在不同的水质条件下，可用澄清池或气浮池替代沉淀池和快滤池的组合，形成相对应的净水工艺。

1949年10月1日，中华人民共和国成立，也代表着我国进入了一个全新的发展时期。起初我国的自来水厂极少，处理水量也不多。大部分城市还在使用地下水资源，基本没有净水处理设施。建国初期，我国筚路蓝缕，百废待兴，经过一段恢复期后开始第一个五年计划。当时我国在苏联援助下进行工业建设，城市给水排水设施与建国前相比发展较快，但还远远跟不上国民经济发展的速度。第一个五年计划中，我国采用“一边倒”政策向苏联靠齐，引进双向过滤滤池、接触凝聚技术，采用接触澄清池。20世纪80年代，上海市政院设计出新型平流沉淀池，采用虹吸连续自动排泥与清水池合建技术，是一个重要突破，现已成为大型水厂的主流工艺构筑物。

建国初期，我国钢产量低技术薄弱，各行各界纷纷采用和开发水利调控构筑物来取代机电设备。那个阶段我国大多采用水力混合设备和水力作用的反应池，采用悬浮澄清池较多。开发出水力循环澄清池，引进无阀滤池，在此启发下还研发引进了虹吸滤池，移动罩滤池等等。

那个时期我国集中建设东北工业基地，在东北大量开采地下水，而东北地区地下水多含过量的铁和锰。那时主要引进苏联的自然氧化除铁工艺，但因易受多因素影响，除铁效果还不稳定。之后接触氧化技术引进，哈工大研发出具有我国特色的天然锰砂接触氧化除铁技术，其时效快效果好，成为一项先进技术得到推广。铁的问题解决了，但锰的氧化还原电位比铁要高出许多，上世纪50-60年代，哈工大研发出“锰质活性滤膜”接触氧化除锰工艺。与之前的除铁工艺配套使用，成为我国特色的除锰铁工艺，在实际生产中得到推广应用。之后又将催化技术引入除铁除锰，使得我国地下水除铁除锰技术进入世界领先行列。

改革开放后，据研究调查，发现水中的污染物并不是游离的而是附着于悬浮物上。若能去除悬浮物则能大量降低病毒浓度，因此就要求对水进行“深度除浊”处理，再经消毒。我国为进行“深度除浊”，研发出许多高效混凝剂；采用高效的静态混合器，机械混合装置等；降沉淀构筑物的负荷，增大沉淀时间；降低滤池的滤速，采用均值滤料，气水反冲洗提高冲洗效果等等。

2000年前后，世界迎来了信息化时代。1990年前后我国引进了大型全自动化水厂，而我国在水厂建设引进、消化、再创新的过程中，逐渐形成了我国自己设计和建设能力。在线监测仪表的发展，混凝投药自动控制，单体工艺构筑物及整个净水工艺的全自动控制，各项自动化控制使得整个系统易于优化，管理方便，更好地保证出水水质。

混凝—沉淀—过滤—消毒已在我国大多数水厂得到应用，成为了第一代净水工艺，又称常规工艺。而二十世纪70年代，在饮用水中发现氯消毒副产物及微污染现象。这无疑是人类社会面临的重大安全性问题。经过不断的试验研究，人们发现“第一代工艺+臭氧活性炭”处理工艺可以有效控制氯消毒副产物的污染，成为深度处理工艺，又称第二代工艺。针对水源水季节性微污染，粉末活性炭得到广泛应用，为去除氯化消毒副产物前置，采用强化混凝技术。哈工大首先将高锰酸钾用于饮用水除微污染。高锰酸钾本身除微效果良好，更能与活性炭除臭除味方面互补，这一方法得到比较广泛的推广。

在发现氯消毒会有部分毒害的氯化消毒副产物后，人们开始沿着两个方向研究：1、安全氯化；2、寻找氯消毒的替代技术。随着时间的推移这两个方面现今的研究都已取得了一定的成果，但因各项因素的制约。迄今为止，氯消毒在世界范围内仍然应用广泛，氯消毒副产物的问题也还尚未完全得到解决。

20世纪末，又出现了以“两虫”（贾第鞭毛虫和隐孢子虫卵病原微生物）为代表的饮用水重大安全问题。“两虫”具有很强的抗氯性，臭氧紫外线可以灭活“两虫”，但消毒的效果会下降。所以仍无法避免“两虫”疾病的爆发。针对出现的重大安全问题，人们发现膜滤是去除“两虫”最有效的技术，从而用于水厂在国内外都取得了迅速的发展。

随后人们发现膜滤不光能去除“两虫”，还能去除水中致病细菌和病毒，是提高水安全最有效的技术。因纳滤膜造价高，能耗大；微滤膜又不能完全去除治病病毒，所以超滤成为现今城市水厂的主流产品。近年来的生产实践证明，低压的中空纤维膜法水处理工艺，比高压相比，能够更高效更低廉的提供安全饮用水，故得到大面积推广。

超滤能去除几乎全部微生物，理论上无需对滤后水进行消毒，但我国要求水中应适当含有余氯以防二次污染，故滤后仍需投加一定量的氯，但此比例甚微，氯消毒副产物微污染的问题也迎刃而解。由于超滤在饮用水致病风险控制方面的优异性和难以替代性，世界各国近年开始将超滤大规模用于城市饮用水净化。也正因如此，第三代城市饮用水净化工艺就此问世，以超滤为核心，原水-常规水处理工艺（除消毒）-超滤过程-深度处理过程-出水。

21世纪材料科学的发展，实现了一次技术上的突破-膜滤技术，有人认为，21世纪的净水技术是膜的时代，膜滤将引领21世纪净水机的发展。

从我国乃至世界的给水排水发展来看，这的确是一场漫长又瑰丽的发展史。水的问题作为民生建设，一路从古延绵至今。从单一河道取水开采地下水的毫无净水工艺，到前置处理常规处理深度处理多项工艺的组合，水工业者们实在走过了太多的路。一个个重大安全问题被抛出，一次次的撸起袖子迎难而上。让我们看到了一代又一代人身上镌刻的精神和力量，这场讲座不光让我学习到了我国净水工艺的发展，也同时让我非常感动。在各项条件都匮乏的建国之初，在青黄不接百废待兴的建国之初。我国科研学者们以强大的精神和创新的力量，为我国经济建设发展提供了最强有力的后盾。兵马未动粮草先行，若没有基本的生活保障，又怎么能够创造辉煌。

而笔者观看完讲座的另一个很大的触动则是创新。第一个五年计划里，我们采取一边倒向苏联看齐，接受了苏联强大理论基础和工业援助的支持。在那之后，我国水工业发展又登上一个新台阶，在各个研究院高校的支持下，我们成功开创出适合我国国情的特色处理工艺。这不光是水工业者们的脊梁，这同样，也是中国新生一代的脊梁。参考借鉴固然可取，可一味的追随他人的脚步也只能是固步自封。当代大学生们应当具有脚踏实地，砥砺前行的韧劲支持。也同时要有敢于创新，敢于去做的作风精神。

我们处在一个紧急的时代，我们也处在一个最好的时代。当下的疫情给予了我们相当长的一个时间，让我们可以用来思考自己，丰富自己。千百个人中有属于自己的千百条路，但贯穿始末的始终是坚定自己的选择，持之以恒的努力，敢于创新的精神，以及不服输的勇气。

小碧  碧水洪山志愿者团队  2020-03-06