水4.0

内容新颖、翔实，兼顾趣味性和理论性，文字轻松，但主题严肃，既适合普通读者，也适合专业人士，市面上尚无同类书籍。 

打开龙头，清水流出；拔出塞子，脏水流走。这些日常生活中司空见惯的现象背后连接着的是整座城市庞大的水系统。本书通过讲述过去2500年里城市水系统发展过程中三次重大变革的故事，来引导人们思考在不久的将来如何重塑现代城市水系统。
次城市水系统变革，即“水1.0（Water 1.0）”，发生在次全球工业化浪潮时期迅速崛起的欧洲城市，这些城市复制了由古罗马人首建的管道系统和排水沟，使得人们可以在人口稠密的城市里生存。
城市的扩增带来了大量废物，水媒疾病（如霍乱和伤寒等）肆虐，严重危害公众健康。饮用水的处理作为第二次变革，即“水2.0”，遏制了水媒疾病，为人类带来了难以想象的健康福利。
第三次城市水系统变革，即“水3.0”，则以污水处理厂作为城市水系统的典型特征出现，避免了从城市下水管道流出的污物对下游地域造成的麻烦。
当下，人口持续增长和气候异常变化使城市水系统面临新的挑战，人类必须进行第四次城市水系统变革，即“水4.0。作者提供的业内人士如何看待现行水系统的独到眼光，为我们在将来城市水系统变革中做出明智决定提供了帮助，
每一个关心水、想得到清洁、充足水资源的人士，都应该来读读这本书。

作者简介

戴维·塞德拉克

水技术领域的权威人士，加州大学伯克利分校土木与环境工程系马洛泽莫夫（Malozemoff）冠名教授、伯克利水中心的共同主任和美国国家科学基金会下属的重塑国家城市供水基础设施（ReNUWIt）工程研究中心的副主任。

译者简介

徐向荣

中国科学院南海海洋研究所研究员，博士生导师。主要从事污染物的环境迁移与归宿及污染控制技术研究。 2010年入选中国科学院“海外杰出人才引进计划（百人计划）”。2014年获“中国科学院广州教育基地优秀研究生导师”称号。在国内外重要学术期刊上发表论文100多篇，其中在SCI期刊上发表学术论文60多篇，相关工作被引用1000余次，参与编写8部英文专著。

前言
致谢
章 世界上个大都市罗马城的供水
第二章 桶的时代
第三章 欧洲的污水危机
第四章 延年益寿得力于水处理
第五章 燃烧的河流、褪色的油漆和清洁水运动
第六章 氯化处理水的困境
第七章 流入海湾的下水道
第八章 “痕量”的麻烦： 激素、药物和有毒化学品
第九章 为第四次水变革做准备
第十章 从厕所到水龙头的解决方案
第十一章 向海洋索取饮用水
第十二章 不一样的明天
第十三章 反思
注释
索引

水系统或将成为人类发展的*瓶颈之一。这一预判的依据，主要来自于水技术领域的权威人士戴维·塞德拉克的新作《水4.0》(徐向荣等译，上海科技技术出版社）。

　　从2500多年前的古罗马至今，戴维将水系统发展史分为四大阶段：阶段（即水1.0）为古罗马人通过对自然地形的充分利用，建设沟渠、喷泉和下水道，满足了城市居民生活用水和排放；第二阶段（即水2.0）为对饮用水的处理有效遏制了水媒疾病（如霍乱和伤寒等）；第三阶段（即水3.0）主要表现在污水处理系统得到长足发展；第四阶段（即水4.0）即面对蓬勃发展的城市，人类未来必须对水系统进行新的变革。

　　毫无疑问，人类历史上对水系统的屡次变革使人类获益匪浅。“从1900年到1947年，美国人的平均寿命从47岁延长到63岁。哈佛大学经济学家大卫·卡特勒和格兰特·米勒认为，大约有一半的城市居民，其寿命的延长得益于饮用水的处理。”“美国国家工程学院认为，水处理与水分配技术是20世纪继电气化、汽车和飞机之后的第四个重要的工程壮举，排在电子和互联网技术之前。”

　　虽然成绩斐然，但如果追溯水系统发展历史我们又不难发现，除了次变革，2.0和3.0时代的变革均源于形势逼人、迫不得已。由于饮用水的不洁净，处理不到位，导致霍乱和伤寒横行。从19世纪末人们开始用氯气给饮用水消毒，到20世纪70年代发现氯气“消毒副产物会导致癌，还可能引起其它健康问题”，人们使用氯气消毒已半个多世纪。然而，直到今天，使用氯气为饮用水消毒依然为许多国家和城市的常用方法。

　　污水处理形势更为严重，由于城市高速扩张，大自然的净化功能早就被透支得虚弱不堪。在很长一段时间内，排污问题并没有真正引起足够重视，人们所能想到的，要么是架设长达数十或数百公里的管道，将污水排往远离城市的下游，然后企望于大自然的自我净化；要么接上管道，尽可能排往深海，其结果是近海成为真正的“死海”，鱼虾几近绝迹。人们也曾尝试过将污水简单处理后变成肥料加以利用，然而，在工业化时代，这种经过漫长时间处理的肥料成本在工业肥料面前毫无竞争力，淘汰理所当然。

　　治污问题之所以终引起重视，如同“伦敦雾”一样，乃因付出过血的沉重代价。周边布满工业企业、曾饱受企业排污影响的美国俄亥俄州凯霍加河流，自19世纪60年代便有火灾记录，然而直到1969年6月再度发生河流大火，在舆论的高度关注下，这才催生了美国《清洁水法案》的出台。英国的泰晤士河从发现严重污染到治理出现根本性改观，前后长达150年。特别是，1878年曾因为该河流严重污染，导致640名翻船游客中的大多数人因呛入污水而中毒身亡。

　　虽然经过第二、三次水系统变革，今天许多国家特别是发达国家的饮用水和治污能力空前提高，戴维并没有表现出太多乐观。在他看来，由于水系统建设的公共性，难以纳入市场化轨道，相较于市场“看不见的手”本身有促使“产品”不断向质优价廉方向发展不同，水系统的研究和建设往往具有滞后性。这也是为什么第二、三次水系统变革，虽然造益了人类，但是在人们付出沉重代价后才有的举动。换句话说，缺乏公共力量介入与激励，水系统的变革之路就难免步履蹒跚，这很可能为下一次的水危机爆发埋下伏笔，终埋单的还是人类自己。比如“公众一般不会关心城市排水系统的问题”。

　　可以肯定的是，虽然地球上的水资源数据还算可观，但是考虑到海水占比，以及淡水高度分布不均，而城市仍旧在高速膨胀，工业仍在快速发展，水需求必将迅速增长。另一方面，排污现象必将愈发突出，特别是新的化学排污将会为城市污水治理带来新的难题。对中国而言，特色问题可能更多。比如中小城镇水系统与大城市差距明显。有的仅关注饮用水，而治污设施几乎为零。越往基层越往中西部，这种现象越是突出。至于更为分散的农村，无论是饮用水还是污水治理，绝大多数地方仍旧停留在“顺其自然”的原生态时代。

　　我们常说，下水道是一个城市的良心。其实，水系统也像是一座城市的良心血管。水系统虽布满城市，与人们生活工作息息相关，许多地方却又不为肉眼所见。人们只有尽可能节约有限的水资源，尽*限度降低污水的次生灾害，才可能在发展进步的同时，不至于被水问题“兜头泼盆冷水”。 ———–羊城晚报

水1.0时代
当提到古罗马的供水时，我们首先会想到的是那些优雅的拱门和穿过干旱河谷把水输送到城市的高于地面的供水建筑。这些具有标志性的古罗马桥梁、拱廊和高架桥，都是古罗马工程师们在结构工程学、水力学以及测量学学科进展方面树立的非常好的范例。这些建筑结构也说明古罗马人具备了运用混凝土和砖石结构建造坚固建筑物的能力。引水渠中优雅的高架渠区段，对长距离输水必不可少，但这些高架渠区段造价昂贵且容易失败。为了让大家记住这些古罗马的成就，罗马的政府官员在引水渠进入城市的地方建了拱廊装饰，在广场建了华丽的喷泉。这些额外的建筑物，不是政府对神的称赞或者是政府无私地对城市的美化；而是政府用来提醒居民，这些都是政府为百姓做的好事。次城市水系统变革，即“水1.0”，发生在次全球工业化浪潮时期迅速崛起的欧洲城市，这些城市复制了由古罗马人首建的管道系统和排水沟。
水2.0时代
1890年，流行性伤寒席卷了美国马萨诸塞州劳伦斯市。在一年时间里，疾病在劳伦斯夺走83条生命。意识到伤寒对城市的威胁之后，市政官员向麻省理工学院的生物学教授威廉塞奇威克寻求帮助。几个月之内，塞奇威克和他的团队就准确找到了问题的症结：居民供水被污水污染了。在此背景下，饮用水的处理迅速发展。到1940年，过滤和氯化相结合的处理工艺成为水务部门为用户处理地表水的规范。通过这些努力，在美国基本上消除了伤寒和霍乱等水媒疾病。饮用水的处理作为第二次城市水系统变革，即“水2.0”，遏制了水媒疾病，为人类带来了难以想象的健康福利。
二战后期，污水的恶臭困扰着旧金山湾区。在华盛顿下游的波托马克河、明尼阿波利斯下游的密西西比河，以及费城下游的特拉华河，都遭受了水中溶解氧耗尽而引发的恶臭问题，因为这些上游城市排放了过量的污水。污水问题已经到了不能再忽视的地步。1969年被媒体广泛报道的凯霍加河大火，以及蕾切尔卡森的巨著《寂静的春天》，推动了环境保护运动。
水3.0时代
针对越来越多的公众关注，在20世纪70年代早期，美国颁布了一系列环境保护法案。在这些法案中，1972年颁布的《清洁水法案》对污水处理厂的发展具有的促进作用。该法案的颁布确保了几乎每个城市都可以修建一个既有初级处理、又有二级处理的污水处理厂。在《清洁水法案》鞭策下投资兴建的污水处理厂，使全美国的水质有了显著改善。20世纪兴建的污水处理厂，可以称为第三次城市水系统变革，即“水3.0”，避免了从城市下水管道流出的污物对下游地域造成的麻烦。
水4.0时代
当下，人口持续增长和气候异常变化使城市水系统面临氯消毒副产物、内涝、持久性有机污染物、水资源匮乏等一系列新的挑战，人类必须进行第四次城市水系统变革，即“水4.0”。作者提供的业内人士如何看待现行水系统的独到眼光，为我们在将来城市水系统变革中做出明智决定提供了帮助。