【上海水處理設備網(wǎng)www.esdzu.com】自古以來鄉(xiāng)村的發(fā)展就離不開水，逐水而居、因水而興，水滿足了鄉(xiāng)村生產(chǎn)生活、灌溉景觀、防洪排澇、航運等多種需要。鄉(xiāng)村的給水排水系統(tǒng)，隨同著城市的繁榮而不斷發(fā)展，已經(jīng)成為鄉(xiāng)村文明史的重要組成局部。回顧鄉(xiāng)村水系統(tǒng)是如何發(fā)生的又是如何隨同著城市文明的進步發(fā)展到今天；對我更清晰地認識鄉(xiāng)村水系統(tǒng)的發(fā)展脈絡、并研判其未來發(fā)展方向具有重要意義。

五千多年來城市發(fā)展的歷史可分為古代鄉(xiāng)村、近代鄉(xiāng)村、現(xiàn)代鄉(xiāng)村和當代鄉(xiāng)村等不同階段，與之相應，不同階段的鄉(xiāng)村水系統(tǒng)也具有不同的特點，體現(xiàn)在組成模式和技術方面，可以劃分為三個階段。

古代的鄉(xiāng)村水系統(tǒng)

這個時期隨著生產(chǎn)力的發(fā)展特別是畜牧業(yè)、手工業(yè)和商業(yè)社會分工的呈現(xiàn)，人類開始聚居并形成了鄉(xiāng)村。居民供水的需求以飲用水為主，井水、泉水以及河渠湖池是鄉(xiāng)村的主要水源，逐步建成的重力輸送、由渠道或管道組成的管渠系統(tǒng)，以及一些簡單的配套設施，組成了鄉(xiāng)村的給水系統(tǒng)。排水方面，鄉(xiāng)村居民的尿液和糞便，起初由周邊的庭院消納，住宅變得密集以后，通常是由各家各戶的糞桶（中國居民住宅內有密實蓋子的赤土陶質容器）或夜壺存放、規(guī)定時間收集后集中運送至周邊農(nóng)村作為肥料；鄉(xiāng)村地區(qū)房屋密集、街道的土壤被壓實，而且隨著人口的增長和用水量的增加，上海純水設備開始需要有排水設施將雨污水引入附近的水體，為此鄉(xiāng)村里開始修建排水溝渠，并逐步相互連通形成了簡單的合流制排水系統(tǒng)。這一階段鄉(xiāng)村水系統(tǒng)面臨的主要矛盾是隨著鄉(xiāng)村人口的聚集對水源水量日益增長的需求（如圖1所示）

這一時期的生產(chǎn)力水平下古代鄉(xiāng)村水系統(tǒng)也取得了一些不小的成績。中國古代鄉(xiāng)村的排水系統(tǒng)主要由溝渠、壕池和天然河湖組成，據(jù)考古發(fā)現(xiàn)早的距今4300多年河南淮陽平糧臺古城鋪設的陶制排水管道；西周至春秋戰(zhàn)國時期（公元前11世紀~前220年）下水管道得到普遍應用、排水系統(tǒng)逐步完善，典型的有齊國臨淄城（人口約達30萬）完整的排水管道網(wǎng)。古代的給水最初依賴于鑿井取水，考古發(fā)現(xiàn)的早的引水工程是約公元前700年東周陽城的地下輸水陶質管道系統(tǒng)，以及澄水池和閥門坑等配套設施。隨著鄉(xiāng)村規(guī)模的擴大，鄉(xiāng)村供排水系統(tǒng)不時發(fā)展，具有代表性的有公元前約200年的西漢長安城（今西安）修建的龍首渠（引水渠）并開挖了相當規(guī)模的昆明湖等用于調蓄排水；公元13世紀的元大都（今北京）開挖的金水河引水，并建有明渠暗溝組成的排水系統(tǒng)。

西方公元前700年伊拉克埃爾比勒城就建成了約20km長的暗渠以輸送地下水。而具有代表性的約公元前300年古羅馬建成的較為完備的供排水系統(tǒng)，當時羅馬人口已增長到50萬，建成了以河道、管道（鉛質）或地下隧道組成的引水渠，長達400km中途設有到虹吸管、沉砂寬水槽、人工水塘等設施，將水供至局部私人住家或公共噴泉；除飲用外，還有大量的水用于沐浴和娛樂，人均綜合用水量達200~1200L/日；工程師們通過設計雙供水系統(tǒng)實現(xiàn)了飲用水與非飲用的分質供水，設計了分流池調蓄解決干旱期間配水問題。排水方面，古羅馬建有獨立的尿液收集和利用系統(tǒng)，采用獨立于公廁的公共小便池收集尿液后銷售給洗衣店，利用尿中的氨去除羊毛上的油漬和污垢，可以看作是一種源分離系統(tǒng)。古羅馬鄉(xiāng)村水系統(tǒng)所取得的成果也被認為是古代文明最輝煌的奇跡之一，并隨著羅馬帝國的擴張而傳遍歐洲，1613年倫敦建成了30km長的明渠引城外泉水和河水入城，城內輸配水地下管道總長達50km

近現(xiàn)代的鄉(xiāng)村水系統(tǒng)

隨著18世紀中葉的第一次工業(yè)革命，世界鄉(xiāng)村化發(fā)展逐步加快，鄉(xiāng)村得到極大的發(fā)展和繁榮，人口和經(jīng)濟不時集聚，鄉(xiāng)村環(huán)境卻惡化了街道變得越來越齷齪，糞便、垃圾等得不到充分及時地處理，最終被沖刷到水中去；1596年英國發(fā)明了抽水馬桶并在1800年前后得以在各個鄉(xiāng)村普及，供水的服務范圍擴大，從而污水的排放大大增加，最終使得一些水源受到污染。1831年霍亂襲擊了倫敦，死亡人數(shù)達到3000人，科學家調查發(fā)現(xiàn)了霍亂與水源污染之間的相關關系。隨后在1848年、1953年倫敦再次發(fā)生了霍亂，1890美國的兩個沿河鄉(xiāng)村洛厄爾和勞倫斯爆發(fā)了傷寒，導致了上千人的死亡。針對水源污染及衛(wèi)生問題，起初依賴于古代的水系統(tǒng)模式，各城市采取了各種措施：如尋找新水源或取水口上移，遠距離排水、沿海鄉(xiāng)村將污水排海或將污水排入周邊的農(nóng)田進行處置等等，如巴黎在19世紀中期修建了規(guī)模巨大的下水道系統(tǒng)（至今仍在使用）將污水排入6km以外的下游，主干下水道高約3m寬約5m可供乘船游覽；19世紀美國紐約修建了大渡槽引190km以外的水源入城，修建長距離的排水地下隧道將污水排海等，將簡單的工程不時擴張。但是人們不久就發(fā)現(xiàn)這些措施捉襟見肘、不能有效應對新問題，此背景之下新的鄉(xiāng)村水系統(tǒng)模式應運而生：增加了凈水和污水處置單元（如圖2所示）

凈水處置方面，1893年勞倫斯市建設了第一個慢砂濾給水過濾廠，將傷寒患病率降低了80%隨后為解決慢砂濾處置效率低的問題，快速砂濾器（絮凝—沉淀—砂濾工藝）被發(fā)明、并在全美鄉(xiāng)村普及，將病原微生物的去除效率提高到99%后來氯開始被應用于消毒，進一步提高了飲水的衛(wèi)生平安。突破了氯生產(chǎn)的工業(yè)化技術，過濾和消毒相結合的工藝逐漸成為給水（地表水源）處置的規(guī)范工藝，至1940美國有大約85%給水處置廠采用了上述工藝。

污水處置方面，19世紀末許多鄉(xiāng)村開始嘗試采用沉降池通過重力作用去除局部水中的好氧性固體，以減少排污河道的惡臭問題；20世紀初德國人發(fā)明了英霍夫沉淀池，上海純水設備實現(xiàn)了固液分離和對污染物厭氧降解，并在歐洲和北美推廣應用。隨后兩種不同的生物處置技術路線被發(fā)明：一種是生物濾池（或滴濾池）使用碎石取代沙質土壤增加孔隙率，解決了氧氣損耗的問題。1887年馬薩諸塞州建成了美國第一套間歇生物濾池，曼徹斯特市建成了英國第一個生物濾池大型污水廠；另一種是活性污泥法，1913年英國吉爾伯特·福勒發(fā)明了活性污泥法，通過曝氣加快微生物的降解速率，剩余污泥可經(jīng)脫水干化制成肥料。自此，初級沉淀+二級生物處置構成了經(jīng)典的污水處置工藝，隨后許多鄉(xiāng)村采用上述工藝陸續(xù)建設了污水處置廠。

然而，1962年蕾切爾·卡森的寂靜的春天》出版發(fā)行，描述了殺蟲劑DDT動物體內富集而對環(huán)境產(chǎn)生的臨時危害，被認為是喚醒人類生態(tài)環(huán)保意識的啟蒙之作；1971年美國EPA 飲用水檢測中發(fā)現(xiàn)了可能致癌的消毒副產(chǎn)物三鹵甲烷。這些事件推動了人們對低濃度有機化合物污染對人類健康影響的關注，也使人們意識到水廠除了需要有效去除病原菌、耗氧有機物外，還需要有效去除有毒合成有機物和有毒金屬。為此，凈水廠增加了臭氧—活性炭或者超濾工藝單元、使用氯胺或者臭氧替代氯消毒等，目前美國約有10%~15%大型飲用水處置廠使用活性炭或改用臭氧消毒；而污水處置廠則增加過濾、活性炭、離子交換或消毒等工藝單元。

近現(xiàn)代的鄉(xiāng)村水系統(tǒng)為應對飲用水衛(wèi)生和水環(huán)境的問題而興，凈水和污水處置技術的不時突破引領了鄉(xiāng)村水系統(tǒng)的升級（如圖2所示）

當代的鄉(xiāng)村水系統(tǒng)

進入新世紀以來，隨著鄉(xiāng)村人口和經(jīng)濟的進一步集聚，鄉(xiāng)村水系統(tǒng)又面臨著新的挑戰(zhàn)。

1由于水資源時空分布不均勻，一些鄉(xiāng)村水資源短缺、甚至發(fā)生了水資源危機。

國由于鄉(xiāng)村化和工業(yè)化的快速發(fā)展，對水的需求量迅速增大，據(jù)統(tǒng)計全國660多座城市中有2/3座鄉(xiāng)村供水缺乏，100多座鄉(xiāng)村嚴重缺水。澳大利亞作為地球上最干旱的大陸，年均降雨量僅為465mm2003年以來經(jīng)歷了長達10年的干旱，鄉(xiāng)村水資源供需矛盾突出。2018年1月南非開普敦市官方稱，該市將成為近代歷史上第一個水資源枯竭的大城市。為此，許多鄉(xiāng)村開始重視節(jié)水、鼓勵和推進污水再生利用，并考慮開辟新水源，如海水淡化。國提出了節(jié)水優(yōu)先、治污為本、多渠道開源”以水定城、以水定地、以水定人、以水定產(chǎn)”等的水資源戰(zhàn)略[8]并開始實施嚴格的水資源管理制度。澳大利亞許多鄉(xiāng)村開始推廣節(jié)水器具的使用，鼓勵雨水收集，更換管網(wǎng)以降低漏損率，以及建設海水淡化廠。

2合流制排水系統(tǒng)溢流污染（combinsewagoverflow,CSO及初期雨水徑流污染的問題。

即便是美國，也是1920后要求在新建地區(qū)采用分流制排水系統(tǒng)，目前仍約有局部鄉(xiāng)村區(qū)域使用合流制排水系統(tǒng)，如紐約合流制排水體制約占60%合流制排水系統(tǒng)暴雨期間排水量可能為旱季水量的10~20倍，排水管道的截流倍數(shù)是一定的因此暴雨天會對污水廠發(fā)生沖擊負荷，而且會導致一些污水未經(jīng)處置便被排放水體。1995年美國EPA 發(fā)布了CSO臨時控制規(guī)劃指南，并要求各城市制定CSO控制的短期計劃及長期規(guī)劃，提出處置85%以上的年混合污水或每年CSO溢流次數(shù)不超過4次的控制目標。對于分流制排水系統(tǒng)，每次降雨期間也會由于雨水收集、輸送系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的破損或失效，帶來初期雨水的污染，有研究標明初雨徑流污染的負荷也有相當可觀。另外，由于雨污管道在小區(qū)或市政道路上的錯接混接，雨天也會帶來污染。

控制CSO措施可以分為兩類：首先考慮的一類是改造措施，合流制溢流污染頻繁的地區(qū)修建地下儲水隧道調蓄雨污水，以便在雨停后送到污水廠處理，如芝加哥市投資30億美元、堪薩斯市投資24億美元，波特蘭市投資14億美元修建了地下儲水隧道。改造方案需要的資金十分龐大，大多數(shù)鄉(xiāng)村可能望而卻步。另一個創(chuàng)新的方案是源頭控制方案，即進入管網(wǎng)之前對小到中雨發(fā)生的徑流進行滯蓄和處理，這個方案能有效地控制CSO以及初期雨水的徑流污染。如1990美國的馬里蘭州喬治王子郡開始實施低影響開發(fā)（LID應用生物滯留設施、綠色屋頂、雨水花園、下凹式綠地、透水鋪裝等源頭設施來減緩徑流污染。2011年費城批準了綠色的鄉(xiāng)村、干凈的水域”項目，計劃用25年的時間更換覆蓋鄉(xiāng)村的1/3不透水地面，并截留最初的25mm降水，總投資達25億美元。除此外，上海純水設備還有英國的可繼續(xù)鄉(xiāng)村排水系統(tǒng)（SUDS澳大利亞的水敏感鄉(xiāng)村設計（WSUD等都體現(xiàn)了這一創(chuàng)新思路。

3氮磷（鉀）等營養(yǎng)物質大量排入水體后，帶來水體富營養(yǎng)化的問題，影響水生態(tài)系統(tǒng)健康。

20世紀九十年代聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP一項調查表明，全世界約有30%~40%湖泊和水庫遭受著不同程度的水體富營養(yǎng)化影響，各地區(qū)差異較大。國人口稠密的三河三湖”地區(qū)水體富營養(yǎng)化尤為嚴重，渤海北部和南海多次發(fā)生赤潮。2007年5月太湖爆發(fā)了嚴重的藍藻污染，造成無錫全城自來水的污染。

目前美國EPA 設定了氮磷新的排放規(guī)范，基于河湖生態(tài)健康的目標，要求污水處置廠適時應用先進的脫氮除磷處理工藝，并同時要求采取措施有效去除鄉(xiāng)村降雨徑流中的營養(yǎng)物質。2015年我國發(fā)布了水十條”其中明確：敏感區(qū)域（重點湖泊、重點水庫、近岸海域匯水區(qū)域）城鎮(zhèn)污水處置設施應于2017年底前全面達到一級A排放規(guī)范；北京市、太湖和巢湖地區(qū)等地也出臺了更嚴格的地方排放規(guī)范；以加快城鎮(zhèn)污水處置設施的提標改造。

由此可見，人們開始系統(tǒng)地認識鄉(xiāng)村水系統(tǒng)—自然水循環(huán)與社會水循環(huán)的耦合系統(tǒng)，并著手通過對水循環(huán)過程各環(huán)節(jié)的控制來解決水資源水環(huán)境的問題

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