水，城市的生命線

水是生命之源，是人類社會離不開的物質(zhì)基礎(chǔ)。沙漠中的綠洲，因為有了水源，才能使人定居下來，形成村莊。一個城市的建立，第一要務(wù)，便是找到合適的水源。從社會歷史角度來看，當(dāng)有了城市，便有了“如何獲得可以使用的水”和“如何排除污廢水”，這兩個同時產(chǎn)生的問題。歷代城市建設(shè)者和工程師們將其經(jīng)驗和理論傳承并發(fā)展，形成了一門學(xué)科——給排水科學(xué)與工程。

雖然我國將給排水科學(xué)與工程專業(yè)放在土建類目錄下，但它更多的是一門研究環(huán)境的學(xué)科。現(xiàn)代的給排水科學(xué)與工程大體可以分為三個部分：給水處理、市政管網(wǎng)、污水處理。給水處理，是指從發(fā)現(xiàn)水源，水質(zhì)凈化，到輸出凈水的過程。市政管網(wǎng)，是指通過埋設(shè)在城市地下的管道網(wǎng)絡(luò)，將處理后的凈水安全、高效地運送至用戶，再將其排放出的污水、廢水和自然環(huán)境中的雨水進行收集，通過管道網(wǎng)絡(luò)運輸至處理設(shè)施。污水處理，是指將污廢水和雨水分類進行處理，降解或去除其中的污染物，改善水質(zhì)，達到自然水體可以承受的范圍后，排放回自然水體。這三者組成了城市的一道生命線。

給水處理，城市的心臟

給排水科學(xué)與工程作為一個土建類專業(yè)，給排水處理設(shè)施的建造自然是重點之一，我們稱為水處理構(gòu)筑物，人們最熟悉的水處理構(gòu)筑物就是自來水廠和污水處理廠了。其中自來水廠由于提供生活、生產(chǎn)的水源而被稱之為城市心臟。自來水廠中的傳統(tǒng)工藝如下圖：

這樣處理后的水，一般可以從色度、渾濁度、嗅味等物理指標(biāo)；鐵離子、錳離子、苯等化學(xué)指標(biāo)；總大腸菌群、兩蟲（隱孢子蟲、賈地鞭毛蟲）等生物指標(biāo)上滿足人們的生活需求。

但是隨著人類社會的發(fā)展，原水中的雜質(zhì)和污染物呈現(xiàn)出復(fù)雜化、多樣化、難降解的發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)工藝越來越不能有效應(yīng)對現(xiàn)在的水質(zhì)問題已成為目前探討最多的話題，例如，抗生素在人體內(nèi)少量被分解，大部分最終都會被排出人體。由于人們無節(jié)制的濫用，大量的抗生素被排入自然水體，抗生素又很難被自然降解，最終經(jīng)過水文循環(huán)，進入飲用水水源。如果人們長期飲用含有微量抗生素的飲用水，便會使人體產(chǎn)生抗藥性，人們不得不加大藥量，或?qū)ふ倚碌目股仄贩N，最終進入惡性循環(huán)。針對這一情況，對水體中抗生素物質(zhì)的處理便成為學(xué)科前沿的研究方向。

還有人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫膫€人護理產(chǎn)品，如化妝品、護手霜、潔面乳等，大多含有人工合成的化學(xué)物質(zhì)，這些物質(zhì)通過各種渠道，最終都會排入自然水體，如果進入人體，便會對內(nèi)分泌系統(tǒng)造成干擾，影響人的健康，這類物質(zhì)稱為內(nèi)分泌干擾物。

此外，水廠取水的水源地還可能發(fā)生突發(fā)事件，比如前些年的太湖藍(lán)藻暴發(fā)，由于太湖周圍房地產(chǎn)開發(fā)和工業(yè)開發(fā)，政府對污水排放的監(jiān)管不力，太湖受到了日積月累的污染，最終造成了湖中藍(lán)藻的大暴發(fā)。大量的藍(lán)藻使得湖水中的溶解氧下降，導(dǎo)致了湖中水生物的缺氧死亡。而水質(zhì)的惡心最終也會使得藍(lán)藻大量死亡。藍(lán)藻死亡后會釋放出一種有毒物質(zhì)——藻毒素，它會對人類的肝臟造成嚴(yán)重的損傷。諸如此類的新型污染物不斷出現(xiàn)，使得工程師們需要對這類原水做進一步深層次的處理，稱為深化處理。這也給水處理的技術(shù)發(fā)展提出了新的要求，指明了發(fā)展方向。

市政管網(wǎng)，城市的血脈

當(dāng)原水經(jīng)過處理合格后，就從心臟通過血管，向城市的各個地方輸送，這血管就是市政給水管網(wǎng)，而給排水工程專業(yè)在這方面主要負(fù)責(zé)“血管的搭建”以及“控制血壓的高低”。比如非金屬管道在穿越馬路時，如果挖深不足一米，需采用混凝土進行包接保護，否則來往的車輛很可能將管道壓裂；而對于部分離水廠較遠(yuǎn)或地勢比較高的地方，水壓不足可能導(dǎo)致水輸送不到用戶家里，這時需要考慮是進行二次加壓還是加大一次加壓（因為加大一次加壓會使整個市政管網(wǎng)水壓過高，造成運行成本過高，而且容易爆管，但二次加壓又要考慮設(shè)施成本）。

市政管網(wǎng)還有市政雨水管網(wǎng)方向，它主要運用計算機軟件對管網(wǎng)系統(tǒng)建立模型，對降雨過程進行模擬，發(fā)現(xiàn)問題，然后對管網(wǎng)設(shè)計進行優(yōu)化，其主要作用是將雨水排出城市，防止內(nèi)澇。近年來，我國各大城市相繼出現(xiàn)“觀海”現(xiàn)象，就是因為市政雨水管網(wǎng)存在問題。

此外，市政污水管網(wǎng)也是市政管網(wǎng)重要的一環(huán)，它負(fù)責(zé)將身體里的廢水導(dǎo)入“腎臟”。

市政管網(wǎng)需要對水體的運動規(guī)律、水文規(guī)律有深入的了解。所學(xué)科目有流體力學(xué)、水泵及泵站、水文學(xué)、給水排水管網(wǎng)和建筑給水排水等。

污水處理，城市的腎臟

過去，人們將污廢水收集后，直接排入河道、湖泊等自然水體，對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。現(xiàn)在人們開始逐漸認(rèn)識到環(huán)境問題的重要性，越來越重視污水處理的問題，于是腎臟——污水處理廠出現(xiàn)了。但與給水處理面臨的問題相似，污水中污染物也呈現(xiàn)出復(fù)雜化、多樣化、難降解的趨勢。由于水文循環(huán)的規(guī)律，給水處理和污水處理是相互聯(lián)系、相輔相成的。如果污水處理效果提高了，那么自然水體中的污染物就減少了，原水的給水處理效果也就更好了，反之亦然。污水處理與給水處理相比，起步比較晚，技術(shù)發(fā)展的空間更廣闊，由于污水處理中污染物的復(fù)雜程度和嚴(yán)重程度更高，對應(yīng)不同水質(zhì)條件的污水，處理的方法也五花八門。常見的有生物化學(xué)法，如生物曝氣池、氧化溝、AAO工藝等；物理法，如活性炭吸附法、膜過濾法等；也有一些交叉結(jié)合的方法，比如生物膜法、生物活性炭法等。隨著社會不斷發(fā)展，各種生活污水、工業(yè)廢水的分類會越來越精細(xì)，需要達到的處理效果也會越來越高，污水處理方向的前景十分美好。

此外，由于給排水科學(xué)與工程專業(yè)最終成果大多以工程的形式實現(xiàn)，所以畫法幾何、工程制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和工程經(jīng)濟學(xué)等工程方面的知識也必不可少。雖然目前給排水科學(xué)與工程專業(yè)與熱門專業(yè)相比，顯得有些樸素、單調(diào)。但它是保障社會發(fā)展的基礎(chǔ)學(xué)科，會永遠(yuǎn)隨著社會的發(fā)展而不斷發(fā)展。