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1、節水環保水處理是可持續發展的需要

　　為了控制工業循環冷卻水系統結垢和腐蝕，保證設備的換熱效率和使用年限。目前已有多種類型水處理技術。其中環保節水型水處理技術，更適應可持續發展的需要，也更受企業的歡迎。為使工業循環冷卻水處理達到技術優良，節約用水，符合環保需要，根據多年積累的成熟實踐經驗，提出在工業循環水冷卻水處理設計規范中，應增設環保節水型水處理設計條款，以適用新建、擴建、改建工程和間接換熱的工業循環冷卻水處理的需要，適應節水環保對給水排水的更高需求。

　　循環冷卻水處理，重要的是解決換熱設備的結垢和腐蝕問題。結垢要影響換熱效率，多耗能源，影響工藝操作。腐蝕會減少設備使用壽命，并存在安全隱患。為了防止結垢和腐蝕，近年來大力推廣了磷系配方水處理技術，有效控制了水垢和腐蝕。但是，磷系藥劑存在不容忽視的問題：一、磷是營養物質，促進了水系統中菌藻微生物的繁殖加劇，不僅加氯和投加各類殺菌滅藻劑成為必須手段，而且有大量含磷和含殺菌滅藻劑廢水排放，加重了環境水域污染和富營養化程度，成了公害性問題。二、磷系配方藥劑在系統內停留時間有限制，水解成磷酸鈣垢，循環水濃縮倍數低，不利于節約用水。

　　環保節水型水處理技術，經多年來的實踐應用，具有良好的節約用水、保護環境的功效。例如LHE聚合物，對高堿度、高硬度、含氨含堿或水質相對較差的水適用性強，濃縮倍率高，抑制菌藻效果好，不需使用殺菌劑。因而在新規范中特別增加了節水環保水處理設計所要求的相關技術條件。

　　我國循環冷卻水處理已開發出較適應的節水環保型藥劑及技術，并經過了較長期的應用實踐，為循環冷卻水的節水環保設計提供了參考依據。由于我國水資源嚴重短缺，保護環境需求及法規日益嚴格。因此，循環冷卻水設計應考慮在不影響工藝條件情況下盡量采用節水環保新技術。

　　采用環保新技術不僅是節水環保的需要，也是工廠企業應該高度重視的大事。2004年2月間，四川某大型化工集團廢水排放，造成環境水域嚴重污染，農作物受害，魚蝦死亡，幾萬人無水可用，經濟損失達三億元，工廠被罰款100萬元，總經理引咎辭職。造成這一嚴重后果的直接原因，是該企業循環水采用的技術無法使用含氨廢水作補充水。而該廠鄰近的許多同類型企業，早已改用LHE聚合物節水環保水處理技術。所有含氨含堿廢水均全部用于循環水補充水，實現了以廢治廢，以污治污，節約用水，保護環境，杜絕污染的目的。由此也可以看出，工業循環冷卻水采用新技術具有重要意義和價值。

　　換熱器的材質。

　　根據實踐經驗，不同材質組合雖然有利于提高換熱效率，但帶來的電偶腐蝕和水質處理上的難度也是不可忽視的。例如化肥廠的水系統，在碳化塔工段使用鋁合金換熱水箱，就存在鋁管與鋼鐵連接處的電偶腐蝕問題，循環水也難以回用高堿度廢水（鋁對CL–、Na+、K+等耐受能力較弱）。同時，碳化水箱設計為U形管，管徑較細，冷卻水在其中流速慢，碳化液溫度高，易結垢和沉積污垢。

　　化肥廠的銅芯、閥門、銅管油冷器等，均影響含氨廢水回用于循環冷卻水。還有脫硫工段使用的醋酸銅氨液，其泄漏的含銅離子溶液，飄落的含銅粉塵，在循環水中均會加速對設備的腐蝕。尤其是對鋁合金的腐蝕。同時，磷系配方也不允許循環水中有氨，因而過去化肥廠循環水設計中特別強調不得有氨，致使凈氨塔、二次脫硫等大量含氨廢水無法利用而排放，造成水資源浪費和環境污染。

　　節水環保水處理技術的應用促進化肥廠水處理的改革，例如使用LHE聚合物的廠家，將循環水系統所有含銅質的閥門、冷卻器等全部換為不含銅質的。將脫硫工段單獨隔開，杜絕含銅物質與循環水接觸。這樣一來，含氨廢液、尿素解析廢液、車間地面沖洗水（含氨）、等均可回收澄清后用于循環冷卻水補充水，使噸氨水耗由過去的100多噸降低到15噸以下。

　　堿廠也是如此。過去磷系配方無法接納高PH值含堿廢水，使用LHE聚合物則可以回用高PH值含堿廢水。所以采用節水環保水處理技術，不僅是技術上的優良性，而更重要是為企業的節約用水、提高效益、變廢為寶、保護環境，提供了可靠途徑。

　　3、采用節水環保水處理技術應提高循環水的流速和流量：管程循環冷卻水流速不宜小于1.2m/s；殼程循環冷卻水流速不宜小于0.9m/s。無法滿足上述要求時，應采取加大冷卻水流量，在易沉積污垢部位設置集污器、排污閥和反沖洗閥，并加強防腐涂層。

　　污垢沉積主要是冷卻水流速偏低造成的，特別是夏季水溫高，磷系水處理系統微生物粘泥大量滋生，流速慢的地方，緊貼管壁的生物粘泥更減緩了本來就緩慢的水流，結果是惡性循環。

　　提高冷卻水流速不利于污垢存留，一般大于0．9m/s的水流，污垢或粘泥難以在循環水系統中管道和設備上附著。

　　從大量垢下腐蝕的情況分析，有兩種情況：一種是銹垢。這種垢大多為瘤狀，瘤周為黑色，主要是水質PH值偏低，鐵細菌和硫酸鹽還原菌繁殖的后果；另一類是污垢與金屬接觸部位細菌繁殖的后果。主要是水的流速慢，換熱面上或系統設備上積存雜質和污垢所造成。解決的方法是提高循環水的PH值和堿度指標，并提高流速或加大水流量，防止結垢和污物沉積。

　　3、污垢熱阻

　　所有循環水均存在污垢沉積影響換熱的問題。污垢熱阻值的法定計量單位為m2·k/w，1 m2·h·C/kсal=0.86 m2·kw，原規范指標規定為1.72×10-4~3.44×10-4m2·k/w.

　　由于現行大多是采用磷系配方（包括聚磷和復合配方），其污垢是否附著換熱器而影響換熱，除了水的流速、流量、藥劑濃度外，菌藻微生物繁衍滋生也是重要的因素。當加了殺菌滅藻劑后，微生物粘泥少，污垢就少，換熱就好。菌藻微生物隨時都在繁殖，污垢熱阻值也在不斷變動之中。所以，污垢熱阻這一指標難以準確反映實際情況，很多流于形式。

　　當循環水系統換熱不好，用阻垢劑、殺菌劑也無法解決時，就干脆進行清洗去除。在一些有一定規模的工廠，均有自己的專業清洗隊，不論是化學清洗還是高壓水射流，雖然可能解決換熱問題，但浪費水，污染環境，降低設備使用壽命是難免的。一些大型化工企業價值昂貴的換熱器，因頻繁進行化學清洗而提前報廢。壞一臺，換一臺，再壞一臺，再換一臺。由此也說明污垢的危害性和循環冷卻水處理中存在的問題。

　　所以，解決污垢在換熱器上附著影響換熱的問題，除了硬性指標之外，還要從技術上根本解決。從十多年的實踐經驗看，應用節水環保型LHE聚合物，其與水中結垢離子或雜質的絡合物不易粘附，易于流動性，恰好解決了污垢附著的問題。

　　化肥企業和大型中央空調循環水處理使用LHE聚合物的實踐表明，換熱設備中沒有因結垢、污垢、菌藻滋生、粘泥附著影響換熱的問題，運行情況良好。經濟效果更為突出，整個運行年度沒有廢水排放，節水和環保效益十分可觀。

　　4、循環冷卻水水質指標：

　　懸浮物 ：允許值≤50 mg/l。

　　采用節水環保型水處理，藥劑與垢物或雜質絡合后有不溶性絮狀懸浮物，由于這種絡合懸浮物在較高的水流中不易沉降，因而懸浮物指標應放寬，并應配合相應的沉降污泥或旁流水處理除污措施。

　　PH值：指標為8.5—9.5。

　　環保節水型藥劑在較高PH值下運行，根據實踐運行情況，PH值的上限可達12，有銅質設備的一般小于9.5。由于藥劑與垢離子絡合成不溶物，在旁流處理或沉積池中沉積而不斷與循環水分離，循環水的堿度和PH值不僅不會隨循環水的濃縮而提高，反而會降低或平衡在一個相對穩定的范圍內，這與磷系水處理是不同的。

　　水溫大于50。C，聚磷酸鹽易轉化為正磷酸鹽，產生磷酸鈣垢的可能性增加。采用新型聚合物不存在藥劑水解問題，對水溫也寬松的多。根據實踐經驗，水溫可以放寬至70。C，（循環熱水采暖系統，雖不屬冷卻水范圍，但屬于循環水處理，水溫可以放寬至95。C），為設計較高水溫的循環水處理提供了可借鑒的經驗和數據。

　　堿度：400-900 mg/l。

　　使用磷系的高允許指標為500mg/l，一般運行中不能超出此指標，否則將產生磷酸鈣結垢，廢氨廢堿更不敢回收入循環水中使用。為了防止堿度升高，曾有加酸處理。但磷酸鹽本身要增加堿度，只有不斷排放循環水或控制低濃縮倍數，才能正常運行，很不利于節水和環保。

　　使用LHE聚合物，結垢離子絡合成為不溶物沉出，循環水中的堿度下降，為回收高堿度含氨含堿廢水提供了條件。實際應用中，循環水中總堿度即使達1000 mg/l以上也不影響藥效。

　　使用節水環保型水處理聚合物，由于循環水是閉路運行，例如化肥廠的合成、造氣、碳化循環冷卻水，一般正常運行時，由于蒸發、濺失、除塵等因素，一年也不須排放廢水。循環水中的氨，與水中的鈣鎂離子和聚合物絡合成含有機氮的泥垢，成為植物需要的含氮土壤。還原成無害的氮。許多化肥企業多年以來采用LHE聚合物，所有含氨或有害廢水均回用于循環水，杜絕了污染，節省了水資源。

　　鈣離子。循環水中有一定鈣離子有利于緩蝕。高分子聚合物使鈣鎂離子成為膠體絡合物再轉化成非離子泥垢。實際運行中，鈣離子濃度與堿度、PH值和藥劑二者之間存在聯動關系。在規定的加藥量、PH值、堿度指標內，鈣離子也自動平衡在一個相對穩定的范圍。但不宜超過600mg/L。

　　鐵離子。循環水中鐵離子存在，是循環水系統出現腐蝕的一個信號，一般在低PH值條件下出現。在使用節水環保型聚合物時，由于要求循環水水質在較高PH值（不小于8.5）條件下運行，沒有鐵離子出現的機會。

　　氯離子（以CL–計）：循環水系統是鋼鐵材質，循環水中CL–≦1000mg/l，有銅、不銹鋼材質CL–≦400 mg/l。

　　氯離子是造成金屬腐蝕的重要因素。在采用節水環保型聚合物的循環水系統中，水的PH值和總堿度較高，又有聚合物使金屬設備表面形成有機緩蝕保護膜，鋼鐵設備在CL–1200 mg/l以上，銅和不銹鋼在CL–400mg/l也不腐蝕。氯離子是重要的腐蝕因素，也是影響節水的大敵，目前尚無簡便、廉價的去除氯離子的方法。

　　硅酸。由于聚合物對硅酸有很好的絡合作用，能有效清除硅酸，所以不定硅酸的指標。

　　游離氯。采用非磷聚合物不需要用殺菌滅藻劑（包括氯），故無須制定此指標。

　　石油類：＜10 mg/l。聚合物能使水體中油類聚集，只要設計好集油池，油類會自動上浮與循環水分離。化肥廠合成系統壓縮機均有不同程度漏油情況，做好集油池，不影響聚合物的使用效果。

　　監測、控制和化驗。增加氯離子（CL–），減去鉀離子、游離氯。

　　5、濃縮倍數 ， 根據循環水中氯離子（以CLˉ計）的量而定。

　　濃縮倍數是循環冷卻水處理上常用的術語。濃縮倍數受補充水質和循環冷卻水質標準制約。由于我國大部分水處理采用的是磷系（含聚磷）配方。因而，濃縮倍數實際上成了循環水運行中一項重要的硬指標。由于有機磷藥劑存在水解的問題，它與鈣鎂離子的絡合狀態隨時存在于動態變化之中。循環水濃縮過程中，這種絡合平衡指數不斷被打破，水的PH值升高，堿度增加，就會出現有磷酸鈣垢或含磷、鋅污垢的問題。解決這一問題上的出路，就是要不斷排放一部分循環水，并補充新鮮水和藥劑。實現這一過程的關鍵措施就是控制水的濃縮倍數。

　　濃縮倍數事實上是控制了磷系藥劑在循環水系統中的停留時間。但排放的一部分廢水，也必然含有尚未失去功能的有效藥劑。這些含磷廢水不僅浪費大量的水資源，而且對環境有害，是水域富營養化，赤潮頻發的重要因素。考慮到我國大部分采用的都是磷系水處理，所以，過去水處理規范沒有規定排放水中的含磷限制指標。

　　濃縮倍數的概念是被磷系水處理技術借用的。目前采用磷系水處理，循環水濃縮倍數一般在3左右，那么這個3是怎么確定的呢？以前是測定水中的CL–，后來又提出測K+。即以補充水中CL–或K+含量濃縮數值不超過三倍，作為控制循環水運行標準。所以補充水和排放水就以這個指標為控制標準。

　　這種控制濃縮倍數的方法，雖然有效控制了磷系藥劑在循環水中停留的時間，不會超過其水解失效的時間（一般不超過50小時），可解決磷酸鈣垢和污垢問題，循環水不斷“吐故納新”，循環水中有機磷濃度保持在3-5ppm甚至更高，保持清澈透明，但其帶來的環境污染和浪費水資源問題，一般工廠很少考慮。

　　濃縮倍數概念的不合理使用，導致了水資源的浪費，成本增加。例如電廠，就將循環冷卻水排放水用于沖灰，看似綜合利用，實為浪費，因為這種排水含有大量磷系藥劑，價格昂貴。

　　磷系水處理的濃縮倍數使用不合理，還可以舉例說明，假如某循環水補充水CL–含量為30mg/l，系統中有銅設備，水中CL–在300mg/l以下不會有腐蝕危險，則其循環水濃縮倍數應控制不超過300mg/l。照此計算，濃縮倍數則可達到近十倍。但磷系水處理的濃縮倍數以3倍為標準，控制循環水中的CL–或K+只要保持在90mg/l以下就合乎運行要求，實際上完全是為了控制藥劑停留時間，防止有機磷水解。從節水和環保的角度來講是不合理的，從控制技術上講也是不科學的。

　　6、冷卻水閉路循環盡量不排放。

　　環保節水型水處理藥劑可在系統中較長時間停留，因而應設計足夠的系統容水池，水池容量應大于設備和管道的總容水量： 冷卻塔集水池應設置一定容積的積存污物和淤泥之處,便于污物沉積，并設置便于清除淤泥的設施。集水池出口處和循環水泵吸水井應設計攔截雜物的攔物網。

　　節水環保型水處理技術，以LHE聚合物為例，該技術為堿性運行，是通過加藥使水中所有結垢離子轉化成帶有同性電荷的非離子化微粒，這種微粒在一定流速水中互相排斥而隨水流動，在換熱面上難以形成有序排列的結晶硬垢，在集水池或沉淀池中靠重力團聚作用而沉淀下來，水可以自凈化重復使用。在補充水、濃縮倍數、水質濁度、污垢熱阻、菌藻處理等方面與磷系配方存在明顯差異。所以在設計時應充分考慮新技術的特點。

　　密閉式循環冷卻水系統的管道底點處應設置一定容積的積污罐或過濾器,便于污物沉積和排出。管道高處應設排氣閥。

　　在冶金、電力、內燃機、石油、化工等行業均有一些密閉系統循環冷卻水，一般均要求補充軟化水并加緩蝕劑。但軟化水帶來的再生樹脂含高濃度氯離子廢水排放，這些水腐蝕性強，難以回收利用。不利于節約用水和保護環境。

　　在密閉系統中用自來水加LHE聚合物，設備不結垢，無需清洗，為節水環保提供了可借鑒經驗。其經驗的主要特點，是加大流速和流量，并設置相應的分離污垢的設備，及時將沉積物分離出循環冷卻水系統。

　　7、菌藻微生物問題。

　　節水環保型水處理無需專門的菌藻處理，不加任何殺菌滅藻劑。但并不是說水系統中沒有任何微生物。實際上是控制微生物的量不能危害循環冷卻水的正常運行，為循環水補充水提供了更寬松的條件，尤其是為污水凈化回用于循環水有重要意義。

　　污水凈化回用于循環冷卻水，是節約用水，保護環境，降低運行成本的重要途徑。一般污水處理均有硬性指標，例如BOD、COD、酚類等，必須達到一定指標方可“達標排放”或回用。例如有專門的“中水標準”和“生活雜用水標準”。

　　在使用聚合物，例如使用LHE聚合物處理化肥廠造氣冷卻水時發現，閉路運行中，水中的BOD、COD、酚類、氰化物等，不影響運行，而且呈下降趨勢。分析其降低的原因，一是藥劑催化使其降解；二是在冷卻塔內與大量空氣接觸而氧化降解。三是冷卻塔填料上的水流，流速很低，有附著少量微生物的可能，這些微生物使水中的有害物質得到“生化處理”。如果加了殺菌劑，就難以有這些效果。但水系統中的其它部位水流速度大部分在1.5m/s以上，微生物很難附著，不影響換熱。污水凈化的標準，重要是COD（化學需氧量）和BOD（生化需氧量）。為此，污水凈化均設置有強大的曝氣工序，耗費大量的動力來通入空氣，強力氧化。如果把污水凈化與循環冷卻水相結合，則可一舉兩得，事半功倍。相當一部分污水，加普通的凈水劑即可變得清澈，但其中的BOD、COD可能含量很高，如果用于循環冷卻水，冷卻塔本身有很好的氧化曝氣功能。至于生成的泥垢，有合適的旁流沉降設施完全可以有效分離。

　　8、 清洗和預膜。

　　清洗和預膜是工業循環水系統開車時的慣例，通過清洗可以很快去處銹垢，通過預膜可以保護設備減輕腐蝕。但是，清洗和預膜帶來的負面效應也是不容忽視的。

　　以一個中型化肥廠為例，清洗和預膜過程中要浪費1-2萬噸水，所有清洗、預膜藥劑均隨著置換廢水進入環境水域，這里邊有大量酸類、磷酸鹽和高濃度鋅及其化合物等，均屬污染環境的有毒害性和污染性物質。這一過程至少需要耗費10萬元左右。

　　事實上，還存在大量的單臺換熱器多次清洗的現實，還有一些水溫超標運行部位，一些冷卻水流速低、管頸細、設計特殊的換熱部位，經常要清洗。某化工集團的好幾種換熱器，幾乎每月就需要清洗一次，為此，企業成立了專門的水處理清洗公司，一方面生產本企業需要的各類水處理劑，一方面清洗本企業那些換熱不好的設備。

　　如果把水處理防止結垢稱為“盾”，那么化學清洗可以稱為“矛”。以己之“矛”，攻己之“盾”，這種奇怪的“自相矛盾”現象，就出現在許多企業。為什么不去分析造成結垢、形成粘泥影響換熱的原因，并采用新技術去改變這種狀況﹖主要還是缺乏節水環保意識。當然，其中還有其他因素，某企業領導說，如果不結垢不清洗，我那水處理清洗公司養的一幫人豈不下崗了﹖！

　　節水環保型循環冷卻水系統，開車前一般不進行專門的清洗預膜處理。不太嚴重的垢物，由于藥劑的作用，可在循環冷卻水正常運行中逐漸自行疏松、碎裂、分散，隨水流帶到積水池而沉積出來。

　　采用新型水處理聚合物，由于循環系統不易結垢，在停車檢修中，只需用水沖洗一下即可。據對連續運行多年以上的換熱器觀察，免于清洗使設備上形成的有機緩蝕保護膜不被破壞，設備完好如新，使用壽命大大延長，節能、節水、降低消耗、保護環境效益十分顯著。

　　9、 旁流水處理

　　大氣中的灰塵、粉塵等各種雜質，均會通過冷卻塔進入循環水系統，與補充水中的鈣鎂離子不同，由空氣中帶來的雜質大多為不溶性，還混雜有有害氣體。這部分雜質會使循環水濁度增大，消耗藥劑。其中的菌類孢子會在水流緩慢的地方附著滋生、繁衍。旁流水處理可有效分離循環水中的雜質，使水質得以凈化并減少排污量。一些沒有足夠積水池的循環水系統（例如有些中央空調系統），可增設旁流水處理。

　　在用化學藥劑處理循環水過程中，磷系藥劑與雜質和結垢物質絡合，通過排污而不使它在水系統中積累。但節水和環保要求大限度地削減排放量。這就要求必須將循環水的處理模式改變。采用旁流過濾，旁流沉清，清水復用是較好的方法。但磷系水處理很難做到這一點。因為磷的絡合物不易沉淀。

　　節水環保水處理采用不同于磷系配方的方法，加入的藥劑在與垢離子和雜質絡合后，能在一定流速的水流中很好流動而不易粘附和沉積。在旁流系統中，能夠通過過濾或沉淀使水得到凈化而重復使用。可減少廢水排放量70-90﹪。

　　10、補充水處理。

　　一般井水、自來水無需處理。當補充水是河水或其他水源時應設置凈化、澄清工序。用鋁鹽凈水時應控制鋁離子的量。凈化過的水盡量不用加氯處理。

　　11、鋅鹽。

　　鋅是常用的緩蝕成分。在PH值大于8.3時會形成氫氧化鋅沉淀，失去緩蝕效能并產生污垢。由于鋅屬重金屬元素，含鋅排放水污染環境已經成了公害問題。

　　非磷聚合物水處理是在金屬表面形成高分子有機緩蝕膜，達到鈍化金屬、防止腐蝕的效果。因而無須加鋅。

　　12、要高度重視水處理新技術的推廣。

　　所有磷酸鹽均存在對環境水域產生富營養化的弊端,任何殺菌滅藻劑均有一定毒害性。氯氣使水體中產生危害人類健康的氯胺化合物，還有一定安全隱患。所以，循環水處理能避免使用有機磷、殺菌滅藻劑（包括氯氣和氯類化合物）。

　　目前已開發并經實踐證明可行的節水環保性水處理劑，均為高分子聚合物。例如LHE聚合物，其與水中結垢性離子絡合的產物，是一種類似普通土壤的物質，沒有毒害性。由于在較高PH值情況下運行，有抑制菌藻滋生的功能，因而不需要任何殺菌滅藻劑。

　　但是，要使循環水達到零排放，尚且存在一定的難度。舉例來說，水在高倍濃縮后，含鹽量增高，其中氯離子（以CL–計）對金屬材質腐蝕性會增大。我國處理工業廢水，即使是優良的離子膜和電滲析技術，仍有含氯離子廢水排放的問題，同樣有CL–須減少去除的問題。水處理用軟化水，樹脂再生時排放的大量高濃度含氯離子廢水（氯離子高達數千mg/l），為廢水再生回用帶來麻煩。

　　工業循環冷卻水用量大，行業多，各個行業由于工況不同，對循環水處理的要求也不盡相同。但根本的是解決結垢、腐蝕和廢水污染問題。由于我國是缺水的國家，尤其是北方嚴重缺水，采用節水的水處理技術對企業、對社會、對國家都是有利的。

　　工業生產不僅要創造財富，也必須兼顧環境。某化工集團廢水排放造成環境三億元的損失，不能單單看成是經濟損失，其他影響也是不可估量的。它反映了我國的水處理技術、水處理管理上存在的問題和缺陷。為什么同類企業，別人不污染，單獨他污染。雖然處罰了污染企業，撤換了企業領導，但如果節水環保觀念不改變，法規不過硬，對新技術仍置若罔聞或我行我素，視環境保護為兒戲，此類問題仍難免還會發生。

　　我國的水處理大多為磷系技術，水處理的教科書，法規等均是以此為主。從事設計、管理、操作的技術人員，學習掌握的水處理知識以磷系配方技術為多，對不同于此的新水處理技術，往往是不理解而持懷疑的態度。所以，必須建立鼓勵機制和擴大交流，形成技術創新有理的局面，使更多的創新技術能有生存發展的良好空間條件。對有價值和經實踐證明的節水環保新技術予以資助，擴大推廣，將我國工業水處理和給水排水研究推向新階段。