1、建筑給水安全保障技術(shù)當市政供水壓力不足，需要建筑給水加壓，提升供水壓力才能滿足使用要求。現(xiàn)代建筑幾乎無例外地采用離心泵加壓。眾所周知，當水泵的額定轉(zhuǎn)速一定，水泵加壓所能達到的壓力由水泵的外特性曲線 (當 n 一定時的 H：fcQ 特性曲線 )所制約。也就是說，給水加壓系統(tǒng)的最高壓力受離心泵的外特性曲線限制，加壓系統(tǒng)不會超過水泵所能達到的最高壓力。當市政供水壓力不足，需要建筑給水加壓，提升供水壓力才能滿足使用要求。現(xiàn)代建筑幾乎無例外地采用離心泵加壓。眾所周知，當水泵的額定轉(zhuǎn)速一定，水泵加壓所能達到的壓力由水泵的外特性曲線 (當 n 一定時的 H：fcQ 特性曲線 )所制約。也就是說，給水加壓系統(tǒng)

2、的最高壓力受離心泵的外特性曲線限制，加壓系統(tǒng)不會超過水泵所能達到的最高壓力。在使用過程當中，當水泵突然開、停、止回閥突然開、閉，電磁閥快速開、關(guān)等等，在管網(wǎng)系統(tǒng)中可能出現(xiàn)水錘沖而。在發(fā)生水錘時，在管網(wǎng)系統(tǒng)中可能形成很高的壓力，引起管網(wǎng)爆裂。應(yīng)當指出，發(fā)生水錘與多種因素有關(guān)，很難在設(shè)計階段確定。在系統(tǒng)調(diào)試時如果發(fā)生水錘，則應(yīng)采取針對性的措施進行解決。由此可見，對于給水加壓系統(tǒng)而言，在通常情況下，系統(tǒng)不會出現(xiàn)超壓，在不發(fā)生水鍾的情況下， 其最高壓力不會超過水泵的最高壓壓力。設(shè)離心泵的額定壓力為 P2；按水泵樣本，在零流量下的最高壓力通常為 Pmax1.3P2。為確保安全給水管網(wǎng)和設(shè)備必須能承受Pm

3、ax 而不致于損壞；在設(shè)計上無必要設(shè)置安全閥等防超壓措施。應(yīng)當指出，用設(shè)置安全閥來防水錘超壓是不可靠的。水錘通常是通過調(diào)試來發(fā)現(xiàn)并合理解決；在設(shè)計階段通常不予考慮。我們認為，管網(wǎng)系統(tǒng)為不能承受離心泵在零流量下的最高壓力 Pmax是不安全的。綜上所述，我們認為對于給水系統(tǒng)無必要設(shè)置安全閥，管網(wǎng)和設(shè)備應(yīng)能承受離心泵在零流量出現(xiàn)的最高壓力 (對于有駝蜂 H=f(Q)外特性的離心泵，其最高壓力可能在某一小流量下出現(xiàn) )。（參考建筑中文網(wǎng) ）隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，中國的給水形勢日益嚴峻。在此基礎(chǔ)上，中國政府提出了以水質(zhì)問題為中心的中國2000 年水工業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略 。它的一個內(nèi)涵是，

4、隨著水質(zhì)問題的突出，傳統(tǒng)的給水排水工藝技術(shù)與工程技術(shù)已經(jīng)不能完全滿足新的要求。雖然“七五 ”、“八五 ”期間，通過國家科技攻關(guān)等科研計劃的實施，對水工業(yè)科學技術(shù)開展了廣泛的研究，但由于縱深發(fā)展不夠，集成化水平低，使得我國水工業(yè)科學技術(shù)總體水平仍然較低。在對水污染進行新的理解的基礎(chǔ)上，本文從凈水工藝的有限性出發(fā)，提出突破大系統(tǒng)式水質(zhì)觀，建立新型水質(zhì)觀，靠人工智能等先進科技手段實現(xiàn)一種從整體 ?亡把握的新水質(zhì)保障思想，從而達到給水服務(wù)水平的根本提高。1.從兩種水廠管理自動化意見談起經(jīng)過多年努力，我國水廠自動化控制水平現(xiàn)在已有了很大發(fā)展，如在大型水廠已較為普遍地采用了自動加礬、自動加氯、水泵自動變速

5、、全廠的生產(chǎn)運行監(jiān)測和濾池自動沖洗等工藝。但水廠自動化程度的提高，也給設(shè)計、施工、使用帶來一系列問題，褒貶不一。對于水廠的自動化，目前還存在不同意見。一種是極力主張，如劉燦生教授等人認為，隨著水環(huán)境污染加劇和人們對于水質(zhì)日益提高的要求，水凈化處理操作控制單靠手工難以達到，考慮到凈水工作的可靠性，考慮到降低電耗、藥耗、減少人員等問題，自控將成為水廠必不可少的系統(tǒng)。國外專家持不同意見， 如美國德克薩斯州奧斯汀的給水研究專家 Susan K.Booth等人認為飲用水處理正變得越來越復(fù)雜， 必須有人作用于其中。理由是水處理工作需要隨時調(diào)整，哪怕藝術(shù)級的 (state-of-the-art equipm

6、ent)給水裝備，使其具有類似于人的訓練， 也不足以優(yōu)化整個水廠的運行。他們認為，正是操作者知道什么時候處理過程可能要出問題，需要人來評價周圍環(huán)境，作出各種運行決策，采取正確行動。在此思想指導(dǎo)下，他們發(fā)展的是輔助性技術(shù)工具， 如 PAS(process assistancesystem)。這種工具系統(tǒng)所要達到的是，通過給出水廠運行信息，提供解決問題的一些線索，幫助人們了解水廠運行狀況，提高人們的決策技能，使操作者能更加獨立、有效地工作。劉燦生等人則認為，自動化控制水平的提高必然促進水處理工藝及構(gòu)筑物的發(fā)展，從而使人工不能控制的復(fù)雜高效的工藝得以產(chǎn)生，甚至會完全改變現(xiàn)有的凈化工藝流程。由此，水廠

7、運行可以向智能化方向發(fā)展。應(yīng)該講，這就沒有完全局限在現(xiàn)有水廠水處理的技術(shù)框架內(nèi)，而是看出了智能化努力的本身，將可能改變水處理，甚至整個技術(shù)構(gòu)架。當然，上述僅是國內(nèi)外兩種代表性觀點。 Susan等人感覺到在現(xiàn)有水處理技術(shù)框架內(nèi)人的作用無法取代，自動化天地極為有限。這也是有道理的，因為 “從上至下 ”的現(xiàn)有水處理技術(shù)構(gòu)架本身就是基于人而不是機器起主要作用而構(gòu)筑的，在這種技術(shù)框架內(nèi)，根本沒有辦法實現(xiàn)高度自動化的水廠運行管理。 Susan等人觀點之所以得出， 畢竟從某種意義上反映出了現(xiàn)有水處理技術(shù)構(gòu)架或水處理思想本身的局限；劉燦生等人從具體技術(shù)工藝的智能化問題需要入手，提出了整個水廠的智能化的發(fā)展方向

8、，并且。認為智能化工作可能對凈水工藝的整個流程都能予以改變。上述兩種意見或觀點都是在凈水思想框架內(nèi)認識自動化，沒有從水處理所面臨的根本問題或水質(zhì)技術(shù)根本發(fā)展的要求來考慮可能容涵或需要發(fā)展整個自動化或智能化工作。從對水廠自動化存在不同觀點這一現(xiàn)實情況來看，至少說明已有自動化工作和目前的自動化努力還沒有與水工業(yè)發(fā)展的根本問題緊密聯(lián)系起來，以致使自動化工作方向成為了一個問題。我們的觀點是，水廠自動化或智能化發(fā)展，與水處理技術(shù)根本性發(fā)展緊密聯(lián)系在一起，或者可以說為后者所內(nèi)在需求。沒考慮到水處理技術(shù)的根本發(fā)展，就搞不清給水自動化或智能化發(fā)展的真正必要及整體發(fā)展朝向。總言之，只有在對現(xiàn)行水處理技術(shù)思想是否

9、應(yīng)該予以根本突破的研究過程中，才能看出水廠或整個給水系統(tǒng)智能化的根本發(fā)展思路或前景。而若想搞清這一點，首先就應(yīng)該從現(xiàn)有水處理技術(shù)到底存在哪些根本局限入手。2.現(xiàn)行水處理技術(shù)的局限從本質(zhì)上講，現(xiàn)有凈水技術(shù)并不是針對或能夠解決水污染問題，這可以從病毒污染、有機污染、新型污染和重金屬污染等方面來加以闡述。首先，現(xiàn)有水處理技術(shù)無法解決病毒污染問題。眾所周知，病毒對人體健康的危害是明顯、 嚴重的，然而在目前 “要直接測定水中病原菌 (如傷寒、霍亂、痢疾等腸道傳染病，一般均通過飲用水進行傳播 )并以之作為水質(zhì)分析的例行項目，還不能做到。 ”也就是說，對于病毒，目前尚無完善的技術(shù)可供例行檢測。所謂消毒，主要

10、是去除細菌，現(xiàn)行水處理工藝對病毒的消除還無能為力。 如在西班牙阿爾卑斯河 62 陸軍營地就曾發(fā)生過因供水受病毒污染，造成 500 名士兵突然爆發(fā)傳染性肝炎的事例。科學美國人 (中文版 )1997 年第 4 期上的一篇文章也指出：“目前人類尚對大多數(shù)生物病毒一籌莫展。 ”其次，現(xiàn)有水處理技術(shù)無法解決有機污染問題。對此，李圭白院士提出： “以現(xiàn)行城市的自來水廠常規(guī)水處理技術(shù)處理的水，水中仍含有許多有毒、有害物質(zhì)，特別是微量有機污染物可檢出數(shù)百種，其中有許多是具有 三致 作用的重點污染物。 有相當多的城市自來水廠出水的致突變試驗 (Ames 試驗 )顯示陽性，表明飲用這種水是不安全的 ，由于飲用水中

11、出現(xiàn)的污染物種類數(shù)量眾多、多數(shù)濃度極低，無論檢測和去除都十分困難，所以飲用水除污染是一個涉及多學科的高科技項目。 ” 第三，現(xiàn)有水處理技術(shù)無法解決似激素作用的污染問題。近年來科學家們討論內(nèi)分泌紊亂 (導(dǎo)致癌癥、不育癥、甲狀腺機能障礙、先天缺陷、行為障礙、神經(jīng)系統(tǒng)壓抑和生殖器官畸形等 )的原因，認為人造化學物質(zhì)可能正在嚴重破壞人和野生動物的激素。過去曾認為低水平污染是安全的，現(xiàn)在認識到低水平污染也危害健康。近年來在自然界發(fā)現(xiàn)了不少畸型動物，在人類社會中出現(xiàn)了逐漸增加的癌癥病例，專家們認為這是由于近似于生物激素的化學物質(zhì)引起的， 是一種新型環(huán)境污染。美國圖蘭大學的約翰 ·麥克拉克倫教授等

12、人在 1996 年 6 月發(fā)表的一篇論文中指出，用作殺蟲劑的多種化學物質(zhì)， 每個個體物質(zhì)雖然濃度極低，只有幾百億分之一，單個來看沒有不良影響，但如果混合在一起就會產(chǎn)生相當于個體 160 至 1600 倍的激素作用。王占生教授指出，如果這個結(jié)論屬實，那么它將徹底推翻化學物質(zhì)的安全標準。第四，現(xiàn)有水處理技術(shù)還不能有效解決重金屬污染問題。隨著中國工業(yè)經(jīng)濟迅速發(fā)展，重金屬污染問題日益突出。從國內(nèi)外的研究可知，對水中重金屬離子的去除，現(xiàn)有的方法多是針對某種特定形態(tài)存在的重金屬污染物，普遍存在著對重金屬離子選擇性差的缺點。至今，人們還在尋找一種不受高背景的堿金屬和堿土金屬影響，對重金屬離子有著較高選擇性的

13、新方法。另外，在污水生物處理方法中，由于廢水中一些成份對細菌的抑制作用，即使我們知道了水中某些要除去的污染物，凈化目的也達不到。那么我們就要問，為什么直到今天，水處理技術(shù)還存在上述問題呢?3.污染問題實質(zhì)及其啟示鐘淳昌先生指出，在原水和出水水質(zhì)的要求下，我國的水處理工藝正開始變化，預(yù)計一個更完善的針對有機污染為重點的處理工藝流程將逐步形成。由上述，已經(jīng)看到不只是有機污染使先行水處理技術(shù)遇到阻礙，還有重金屬污染和生物污染等問題同樣使水技術(shù)顯得無能為力。我們認為出現(xiàn)這種局面的主要原因是人們沒有從污染問題的實質(zhì)出發(fā)，沒有研究開發(fā)出針對污染問題的水質(zhì)保障技術(shù)， 而一味地在 “去除理念 ” 的作用下，發(fā)

14、展凈化朝向的水處理技術(shù)。這就無形中使水中含又雜質(zhì)與水整個受到污染問題發(fā)生了不應(yīng)有的混淆。應(yīng)該看到，污染問題與水質(zhì)不好或水中個別元素含量過多不是一回事。污染必須是水中存在不是離散存在，而是出現(xiàn)整體組織性變異。已有的水處理 (常規(guī)及基于常規(guī)水處理工藝的預(yù)處理和深度處理 )沒有達到整體把握水質(zhì)的程度，結(jié)果因水的組織性存在，要么去不掉想去的東西，要么將水中那些有益人體健康的微量元素也一并去除。再說，在水的組織沒變的情況下，去掉組織中的某個成份，自有別的來頂替，組織的功能即在于此。現(xiàn)在還不知道如何超越對水中個別成份進行處理的技術(shù)境界，而達到整體地改變水的組織性存在的效果。也就是說，現(xiàn)在的水處理根本不是解

15、決污染問題， 而只是去水中雜質(zhì)。應(yīng)該講，污染問題是水質(zhì)工作的嶄新問題，需要發(fā)展新的水質(zhì)保證思想和給水工程理論。長期以來，人們一直將水作為簡單系統(tǒng)存在，即將水分成由若多成份或要素組成的大系統(tǒng)。現(xiàn)有的水處理技術(shù)都是基于一定的水質(zhì)分析和指標要求，即水處理工藝都是針對水中某些特定成分的去除而開發(fā)的。對水質(zhì)指標的依賴不僅體現(xiàn)了現(xiàn)有水處理技術(shù)的實質(zhì)，而且也是導(dǎo)致水處理技術(shù)局限性的根本原因。因為隨著水環(huán)境的日益惡化和人們對水質(zhì)工作要求的不斷提高，對水中成份的濃度起限定作用的標準也正在失去意義。所謂標準，除了對檢驗項目的數(shù)量限定，還落實到對所包含項目濃度的限定上。人們已經(jīng)注意到，即使在水中成份能被檢測且 “達

16、標 ”的情況下，由于一些化學沾污物質(zhì)在人體中的的累積效應(yīng)，也會對人體產(chǎn)生危害作用。因為 “飲用水是參加人體內(nèi)代謝過程的一種物質(zhì)，它所含的任何沾污成分， 都有可能對人體產(chǎn)生短期的、 長期的，甚至遺傳性的影響。 ”約翰 ·麥克拉克倫教授等人對濃度極低人工化學物質(zhì)的組成成份可以在水中合而成害的發(fā)現(xiàn)，加上人們已經(jīng)了解到，在任何濃度水平上，能導(dǎo)致體細胞遺傳物質(zhì)突變，誘發(fā)致癌的物質(zhì)都可以發(fā)揮作用，即無閾值的事實，這些就更從根本上否定了對水中物質(zhì)的濃度加以限定的思想方法。考察污染問題的實質(zhì)給我們的一個直接啟示，就是要突破那種單獨考慮水中成份的大系統(tǒng)水質(zhì)觀，而代之以復(fù)雜、整體和動態(tài)的，能解釋水污染與

17、水中雜質(zhì)不同問題類型的新的水質(zhì)觀。只有這樣，才能真正有效地發(fā)展針對污染問題的新技術(shù)。4.新型水質(zhì)觀及水質(zhì)保障思想的建立許保玖先生在評論美國包含83項沾污物的水質(zhì)標準時，早在 1990 年就提出： “對那些含有數(shù)以百計沾污物的原料水 ”即時在制成自來水成品后，對每種沾污物都有了濃度限制，仍然不能對它們在人體內(nèi)所起的代謝效應(yīng)，進行清楚的解釋。 ” 美國這一包括 83 項沾污物的水質(zhì)標準，應(yīng)該說，還是基于大系統(tǒng)水質(zhì)觀，還沒有完整地考慮水與人體生理活動的關(guān)系問題。當然，也沒從污染是水發(fā)生整體組織性變異，與水質(zhì)含有雜質(zhì)問題不同這一角度考慮。目前水環(huán)境問題對水質(zhì)標準造成了根本性的沖擊，應(yīng)該從新的角度來尋找

18、和建立更有效的水質(zhì)保障思想。 在突破大系統(tǒng)水質(zhì)觀這一問題上，值得注意的是，COD和 BOD就并不是直接表示有機物內(nèi)容和量的指標，也不是把有機物完全分解的方法， 而是根據(jù)近一個世紀的經(jīng)驗和研金，目前在世界上被用來作為一種有價值的衡量污染程度的尺度。除COD和 BOD之外，作為新的測定法，現(xiàn)在開始使用 TOC、TOD、UV(紫外吸光)等方法。這些都不是純粹的大系統(tǒng)水質(zhì)觀，但還沒有達到我們所期望的地步。從污染問題的實質(zhì)，我們可以看出水實際上一個可變組織或開放的復(fù)雜系統(tǒng)存在，用復(fù)雜觀看水是必須的。所謂水污染，就是水本身發(fā)生了整體轉(zhuǎn)型。 水回用或解決污染情況下的飲水問題， 就不是 “去污”，或者說去除水

19、中個別成份就可了事， 而是要將那個變化過去的整體 “水型 ” 給糾正過來。我們進行的可謂是某種組織的 “重建 ”工作。我們暫且給這個完整的組織性存在， 即一定水質(zhì)起一個名，就叫作 “陣”。陣有相對相和的意思， 兩個相和的陣共同成就一個 “文”。如果將人體的生命生理特點也看作一個陣的話，那么，所謂有益健康的水，就是一個正好可以與人這個陣相和，即成文的存在。由此更可以看出，水污染是指水陣被變動，以致于不能與人體正常的生命生理活動，即人這個陣成就一個文。如果這樣講來的話，下一步水工業(yè)工程發(fā)展的目標就應(yīng)是從人體生命生理活動，即人這個陣性存在出發(fā)，本著與之相和成文的原則，來塑造水這個陣。這樣的話，我們對

20、水就不是進行簡單的處理，而是一種整體設(shè)計。不管怎么說，站在使水這個復(fù)雜系統(tǒng)對人體生命生理活動具有服務(wù)可靠性這個觀點上，即使二陣相和成文來發(fā)展新的水質(zhì)保障思想，都是必然的趨勢。現(xiàn)在關(guān)鍵的問題是要在理論上對這一思想進一步闡述和論證，直至最終可以工程化。當然，這一工作需要高級的科學技術(shù)手段加以支持才行，如分布式人工智能思想和技術(shù)；但反過來也同樣，這種新的從整體出發(fā)的水質(zhì)保障思想也一定會對智能技術(shù)的發(fā)展提供原動力，對原本已經(jīng)落后的水工業(yè)設(shè)備制造業(yè)給以根本性的促動。這一點，正如張悅先生所提出的： “從國外發(fā)展趨勢看，一種新型處理工藝的問世總伴隨著一批專用設(shè)備投向市場 ，加快設(shè)備制造業(yè)的技術(shù)進步，盡快提高產(chǎn)品的綜合技術(shù)水平是污水處理設(shè)備發(fā)展的當務(wù)之急，盡快形成高層次、高質(zhì)量的產(chǎn)品群，滿足迫在眉睫的市場需求。由此興起的我國污水處理設(shè)備產(chǎn)業(yè)，將會超越一個發(fā)展時代，迅速接近或達到國際先進水平。本質(zhì)上講，現(xiàn)在的水處理技術(shù)只是一個固定的陣，其中混合、絮凝、沉淀、過濾和消毒在各自不同的陣下存在。這種技術(shù)之所以不能奏效于污染問題的解決，在于存在層次的差異。因為問題的解決是要求變陣的，而技術(shù)手段卻是一個固化的陣性存在，在水平上根