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1 污染的产生机制与环境演化 1. 人类迁徙活动的城镇化 人类由农耕社会进入工业社会，经历了逾千年的历史，环境问题的形成与解决融合在大自然中。人类古代出现了一些相对的大中型城市，聚集的人口也形成一定规模，生产总值主要依附于农业产品及其贸易，不会带来实质性的环境问题。距离现在的100~300年，随着蒸汽机的发明，煤炭和石油等高能量密度能源的大量开采与应用，机械、交通、建筑等工业的兴起，以及集约生产过程的工业化，由此推进了全世界的城镇化发展，却同时诱导了环境污染事件的发生，如1952年的英国伦敦烟雾事件，1955年的美国洛杉矶灰霾事件，还有日本的水俣病，成为工业革命引发重大环境事件的初期暴露。随着工业化的发展，人类往城镇迁徙以追求更高的生产效率和向往更加美好便利的生活，百万、千万级人口的城市陆续出现。在我国，近40年的改革开放带来了城乡格局的巨大变化，目前全国人口的60%左右居住在城镇里(城市化率63.9%，2020年第七次人口普查)，构成了城市生活污水与工业废水大量产生和排放的格局。自然环境容量及其净化已经让位于各种强化型的污染控制技术，取水受到径流量的约束，排水受到接纳水体的限制。城镇污水的收集系统、水源热泵、泥水共治、场地资源、工艺优化、安全循环等将是污染控制有前途的集成发展方向，可见，污废水的产生将如何进一步影响未来的信息化社会与人们对更高生活质量的追求，即人类更加集聚的迁徙活动可能在多大程度上依赖于水处理工艺与技术的创新，依赖于水工业的进步，这些都值得我们深入思考与用心探测。 2. 工农业生产追求高产量与高产率 生产效率的提高依赖于科技进步与管理水平。原材料/反应物的转化率不高、产品分离提纯技术落后、中间产物种类多、生产工序复杂与工艺流程长、能耗水耗单位比值高等，这些依赖于技术与管理的生产效率决定了污废水的产生量/负荷及其环境危害程度。生产要素集约化与过程集成化、产业链构建与规模化、清洁生产与循环利用、性能品质提高与节约消费等构成了系统的管理与规划，结合水价与排污管理，能够实现污废水的排放量控制，提高水的经济运载能力。我国目前吨钢生产的平均用水量约为15 m3/t ，仍然是世界清洁生产先进水平(3.5 m3/t)的4~5倍，单位GDP的耗水量约为66 m3/万元，是日本的2.4倍。这些数据也表达了目前我国工农业生产的源头技术有待技改升级，各个地区不同工业园区，应结合自身特色和政策要求进行高效率的规划和整合。总而言之，提高生产效率是减排之首，是碳中和的前提与基础。 3. 元素化合物的多样性 目前无法统计，人类应用于生产的元素种类在元素周期表中总量的占比。而且，基于元素价态、化合物形态、化学键的种类，可排列组合的化合物物种正在以无穷级数增长，加上催化学科的发展，使得人工合成的有机物如染料、药物、塑料、阻燃剂等不计其数，人类已经无法驾驭进入环境中污染物的种类和数量，再加上地下矿产资源开采、光合作用天然植物/作物的生长、地球化学/生物化学变化等引发的物种/污染物，构成了人类未来面对的污染物黑洞世界。因此，元素化合物的多样性会促进人类思考更加先进的污染控制工艺理论与先进技术。对此，应该追求性质归纳的归一化原理如BOD、COD、TOC、DOM、TDS、综合毒性等的研究与发现。
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