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1 污染的產生機制與環境演化 1. 人類遷徙活動的城鎮化 人類由農耕社會進入工業社會，經歷了逾千年的歷史，環境問題的形成與解決融合在大自然中。人類古代出現了一些相對的大中型城市，聚集的人口也形成一定規模，生產總值主要依附于農業產品及其貿易，不會帶來實質性的環境問題。距離現在的100~300年，隨著蒸汽機的發明，煤炭和石油等高能量密度能源的大量開采與應用，機械、交通、建筑等工業的興起，以及集約生產過程的工業化，由此推進了全世界的城鎮化發展，卻同時誘導了環境污染事件的發生，如1952年的英國倫敦煙霧事件，1955年的美國洛杉磯灰霾事件，還有日本的水俁病，成為工業革命引發重大環境事件的初期暴露。隨著工業化的發展，人類往城鎮遷徙以追求更高的生產效率和向往更加美好便利的生活，百萬、千萬級人口的城市陸續出現。在我國，近40年的改革開放帶來了城鄉格局的巨大變化，目前全國人口的60%左右居住在城鎮里(城市化率63.9%，2020年第七次人口普查)，構成了城市生活污水與工業廢水大量產生和排放的格局。自然環境容量及其凈化已經讓位于各種強化型的污染控制技術，取水受到徑流量的約束，排水受到接納水體的限制。城鎮污水的收集系統、水源熱泵、泥水共治、場地資源、工藝優化、安全循環等將是污染控制有前途的集成發展方向，可見，污廢水的產生將如何進一步影響未來的信息化社會與人們對更高生活質量的追求，即人類更加集聚的遷徙活動可能在多大程度上依賴于水處理工藝與技術的創新，依賴于水工業的進步，這些都值得我們深入思考與用心探測。 2. 工農業生產追求高產量與高產率 生產效率的提高依賴于科技進步與管理水平。原材料/反應物的轉化率不高、產品分離提純技術落后、中間產物種類多、生產工序復雜與工藝流程長、能耗水耗單位比值高等，這些依賴于技術與管理的生產效率決定了污廢水的產生量/負荷及其環境危害程度。生產要素集約化與過程集成化、產業鏈構建與規模化、清潔生產與循環利用、性能品質提高與節約消費等構成了系統的管理與規劃，結合水價與排污管理，能夠實現污廢水的排放量控制，提高水的經濟運載能力。我國目前噸鋼生產的平均用水量約為15 m3/t ，仍然是世界清潔生產先進水平(3.5 m3/t)的4~5倍，單位GDP的耗水量約為66 m3/萬元，是日本的2.4倍。這些數據也表達了目前我國工農業生產的源頭技術有待技改升級，各個地區不同工業園區，應結合自身特色和政策要求進行高效率的規劃和整合。總而言之，提高生產效率是減排之首，是碳中和的前提與基礎。 3. 元素化合物的多樣性 目前無法統計，人類應用于生產的元素種類在元素周期表中總量的占比。而且，基于元素價態、化合物形態、化學鍵的種類，可排列組合的化合物物種正在以無窮級數增長，加上催化學科的發展，使得人工合成的有機物如染料、藥物、塑料、阻燃劑等不計其數，人類已經無法駕馭進入環境中污染物的種類和數量，再加上地下礦產資源開采、光合作用天然植物/作物的生長、地球化學/生物化學變化等引發的物種/污染物，構成了人類未來面對的污染物黑洞世界。因此，元素化合物的多樣性會促進人類思考更加先進的污染控制工藝理論與先進技術。對此，應該追求性質歸納的歸一化原理如BOD、COD、TOC、DOM、TDS、綜合毒性等的研究與發現。
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