我國的水處理工業已經逐漸形成，每年的污廢水處理量接近1000億立方米(2018年達到817億噸)，約占用水量的15%(2018年為13.6 %)，達到我國河流總徑流量的3%左右(2015－2019年全國水資源量為（2.9±0.22）×1012 m3)，取水量已經逼近警戒線，如果河流徑流量的5%被取用，不管采用何種凈化方式施以補水，都可能引發生態上的災難。在水資源配置方面，我國的水資源總量擁有仍然屬于豐沛，然而人口基數巨大，人均擁有量(2064 m3/人，2018年) 僅約占全世界平均值的1/3(6074 m3/人，2018年)。我國耗水的傳統產業如鋼鐵、造紙、印染、化工等居多，加上經濟發展的區域不均勻性，產業結構與人口聚集所造成的河流水質性污染普遍存在。我國很多省份特別是華北等地區已經出現了流域水資源嚴重超載的現象。

        我國目前的人均GDP(10483美元，2020年)約為美國的1/6(63416美元，2020年)，與世界發達國家比較，處在資源屬性、人力戰略與產業結構優化的上升期。水資源可能成為一個重要瓶頸，并將取決于我們的產業結構未來的發展變化。我們需要改變沒有污染就沒有環保產業的傳統思路，把水資源戰略置前，重新認識水的經濟當量意義及其在實現碳中和過程中的媒介作用。在水工業中，水源是基礎，污染是對象，工藝是手段，工程是目的，所有目的必須為可持續生態的目標服務；全過程的保護、預防、應用、控制、修復、循環等，構成了完備的水工業鏈。其中，在水資源—水環境—水生態—水工業的鏈條中，表現出多賦存狀態、多相轉變、多季節變化、多物種依存的資源屬性；表現出復雜性、多樣性、多環境效應等共存的污染對象；還表現出多學科、多方法、多技術的解決手段，以及多用途、多服務對象、多目標需求的社會經濟行為。

        這樣，在認識水溶液或污廢水性質基礎上，我們把污廢水處理工藝的重要性置身于難降解有毒工業廢水的高效處理技術與理論中，是非常有必要的。難降解有毒工業廢水傳播/干預的行業構造了水質特征急劇變化并使之具有復雜性和典型性，其中污染過程是自發行為，阻斷這個過程需要處理工藝的革新。工業廢水與使用原材料、中間產物、產品途徑、分離純化等生產工藝及原理技術水平相關，還受化合物、催化劑、溶劑介質、化學性質等物化因素的控制，所表現出來的污染特征豐富多樣。由此啟發科學家們研究各種控制原理，包括反應、分離、轉化、利用、儲存、排放及其組合等，涉及物理、化學、生物、物化、生化等多學科及其交叉領域。對此，復雜工業廢水的污染屬性/溶液性質與各種控制原理的功能屬性之間的吻合關系，在質量—能量/熱量—電子的不同物理/化學尺度上的表現，將成為未來水污染控制技術支持水工業發展的理念方向。因此，本文嘗試從污廢水的產生機制、水溶液性質包括污廢水溶液性質及其演變、水處理工藝發展等的原理思考出發，提出針對有毒/難降解復雜工業廢水處理工藝的重要性，旨在尋求水工業發展與碳中和、經濟效率、生活質量等相關的科學與技術目標的規劃。

摘 要

       從自然演化、人類活動、科學發展角度分析污廢水的產生機制及其對天然水體溶液性質的影響，發現人類遷徙的城鎮化以及工農業生產的效率約束導致污廢水與天然徑流之間的矛盾，使生態水體呈現出由地表純凈水向水質污染方向的功能轉化，擾動了元素/化合物在地球表面或水體界面的離心與向心遷移的平衡，明確了水體界面或水圈作為物質地球循環中轉站/轉運站的原理機制。隱藏在各種水處理工藝原理中的物理、化學、物化、生化等豐富功能能夠解決中轉站中所積累的矛盾，所以，集合溶液性質與污廢水處理工藝原理之間的對應關系及其技術應用將構成更加完備和潛在的水工業，所提出的水溶液性質概念同樣適用于給水與純凈水的生產與管理。針對有毒/難降解的工業有機廢水如煤化工行業焦化廢水，在前端工藝清潔生產的基礎上，需要把產品資源回收、性質互補利用、水量循環機制作為共性目標，把低能耗與物耗、關鍵污染物去除以及明確環境風險歸趨作為污染控制工藝選擇的依據，同時要求全過程產生低的二次污染如碳排放等。基于水溶液性質的改變及其過程演變的探究將拓寬水污染控制的工藝理論與技術邊界。水污染控制與水環境保護相結合的水工業全過程追求技術、經濟與社會目標的一致，爭取得到綠色、低碳、循環等生態目標的響應，即生活、生產、生態“三位一體”的協調發展。