供水與污水處理發展史

供水與污水處理的發展史（history of water supply and sanitation）是有關清潔水的供應、污水處理以及個人衛生設施方面的技術與社會演進的歷史。水衛生的發展既是技術進步的結果，也深受生活方式、思想觀念和社會制度等文化因素的影響。正如學者指出，水供給和水衛生是「人類與這個星球上大水文循環互動連接最初的交匯點」。水衛生涵蓋的核心領域包括清潔水的供應、污水處理、以及沐浴和水沖廁所設施的進步。從人類最早的定居聚落開始，供水與污水處理就是維持聚居的前提條件，在文明發展史上具有不亞於生產力革命的重要意義。

## 古代文明時期

最早的供水設施可追溯至新石器時代。考古學家在賽普勒斯發現了約公元前8500年修建的水井，在以色列的耶斯列谷發現了約公元前6500年的水井。位於蘇格蘭奧克尼群島的斯卡拉布雷遺址（約公元前3000年）發現了兩條用樹皮鋪襯的石制水槽，將淡水引入並將廢水排出，是已知最早的室內排水設施之一。

在美索不達米亞地區，蘇美爾人約在公元前4000年於尼普爾的貝爾神廟中使用了陶製排水管。考古學證據表明，在公元前4000年至前2500年位於今天伊拉克境內的許多城市中，街道上已有大量排水溝。烏魯克城在公元前3200年已建有磚砌的廁所。

印度河流域文明（約公元前2600—前1900年）代表了古代城市排水系統的最高水平。在摩亨佐達羅和哈拉帕等城市，考古學家發現了數以百計的水井，幾乎每戶住宅都配有沐浴平台和廁所，通過磚砌的覆蓋式排水渠連接至城市主幹排水系統。這些排水系統的質量和規劃水平表明古印度河流域的城市政府具有高效的市政管理能力，將城市衛生列為優先事項。

克里特島上米諾斯文明的克諾索斯王宮（約公元前2000—前1400年）展示了同時期歐洲最發達的衛生設施。考古學家在克諾索斯等遺址中發現逾千個配有獨立浴室和水沖廁所的房間，完善的供水和雨水排放系統，以及可能是公元前16世紀的沖水廁所。

在古代中國，河姆渡文化遺址（距今約6000年）中發現了水井，主要功能是過濾當地苦澀的地下水。在鑽井技術方面，中國可能最早使用竹套筒進行衝擊鑽探，這一技術後來在自貢鹽井中得到充分發展。河南Q133238013（距今約4000年）發現了陶質排水管道，是中國古代排水實踐的重要實證。《周易》（西周，約公元前1046—前771年）中已有關於水井維護的記載。

羅馬帝國時期，給排水技術達到了古代世界的巔峰。引水渠（aqueduct）將遠方的清潔水源輸送至城市，羅馬的11條引水渠總長超過500公里。始建於約公元前600年的馬克西姆下水道（Cloaca Maxima）是羅馬城的主要排水幹渠，至今仍在發揮功能。羅馬帝國疆域內遍布公共浴場，其中卡拉卡拉浴場可同時容納約1600人。沐浴不僅僅是為了潔淨身軀，也是一種社會生活時尚，羅馬人甚至將沐浴設施納入軍營標準配置，認為潔淨的身體是戰鬥力的體現。

## 中世紀至近代早期

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在伊斯蘭世界，衛生是宗教實踐的有機組成部分。小淨和大淨是禮拜前的必修儀式，因此洗澡成為日常必需。阿拔斯王朝時期，巴格達據記載擁有約6.5萬間浴室和完整的排水系統。波斯工程師阿爾-卡拉吉（約953—1029年）撰寫了《隱藏之水的開採》一書，系統論述了地下水勘探和引水技術，被視作最早的水文地質學教科書。坎兒井（qanat）是古代伊朗的一項傑出水利技術，通過地下廊道將地下水從山麓引至農田和居民區，在乾旱地區維持了數千年的供水。

同時期，尼泊爾發展出了獨特的石雕噴泉供水系統（dhunge dhara或hiti），最早可追溯至公元6世紀。這些雕刻精美的石質水龍頭由複雜的地下渠道和池塘網路供水，至今仍被許多尼泊爾居民日常使用。

在中世紀歐洲，羅馬帝國時期的公共浴場和排水設施大多失修廢棄。公共浴室在君士坦丁堡、巴黎、雷根斯堡、羅馬和那不勒斯等地仍一度存在，Q132289901也修建了男女分開的浴室。但黑死病（1346—1353年）之後，許多公共浴室關閉，城市衛生狀況嚴重倒退。13世紀起，倫敦開始利用導水渠（conduit）從城外引水，1236年開通了第一條導水渠。德文郡埃克塞特和布里斯托、格洛斯特等城市在14世紀也建立了市政供水系統。英國人約翰·哈林頓爵士於1596年為伊莉莎白一世發明了早期抽水馬桶，但這一發明在當時的歐洲並未迅速普及。

16世紀起，歐洲一些城市開始利用污水農莊（sewage farm）處理污水，將廢水收集後施用於農業土地，其中最古老的記錄是1531年德意志本茨勞（今波蘭博萊斯瓦維茨）的運作案例。

## 工業革命與現代供水、排水

工業革命給供水與污水處理帶來了根本性的變革。在倫敦，1609—1613年修成的新河（New River）引水渠將清潔水從赫特福德郡引入倫敦。1723年建立的切爾西水廠（Chelsea Waterworks）利用紐科門蒸汽機為城市輸送加壓水。到18世紀末，蒸汽動力已成為城市供水的主要動力來源。

19世紀快速工業化和城市化使歐洲主要城市的衛生狀況急劇惡化。霍亂和傷寒的反覆流行迫使各國政府採取系統性的給排水基礎設施建設。1858年夏季，倫敦遭遇了著名的「大惡臭」（Great Stink）——泰晤士河因污水嚴重污染而惡臭沖天，英國議會無法正常辦公。工程師約瑟夫·巴瑟傑（Joseph Bazalgette）受命設計並主持修建了倫敦攔截式下水道系統（1859—1865年），包括6條主幹攔截下水道，總長約160公里，連接約2.1萬公里的小型下水道，使用了約3.18億塊磚。北岸和南岸的污水分別被輸送至貝克頓和Q5188737的污水處理設施。這套系統至今仍是倫敦污水排放的骨幹設施。

巴黎在豪斯曼男爵主持的巴黎改造中，工程師Q528604（Eugène Belgrand）於1865—1920年修建了約600公里的引水渠和發達的排水網路。約有5000公頃的土地被用於污水自然淨化。在德國，工程師Q567495（William Lindley）為法蘭克福設計的排水系統於1863年投入使用，20年內當地傷寒死亡率從每10萬人80例下降至10例，彰顯了排水基礎設施對公共健康的顯著效益。

現代水處理技術在這一時期逐步成熟。1804年，蘇格蘭佩斯利的約翰·吉布（John Gibb）首次使用砂濾池淨化供水。1829年，詹姆斯·辛普森（James Simpson）在倫敦切爾西水廠建立了首個市政砂濾系統。1852年，英國通過《大都會水法案》（Metropolis Water Act），強制要求倫敦所有供水進行過濾。1892年，德國漢堡暴發霍亂疫情，使用未經過濾的易北河水的漢堡市約8600人死亡，而相鄰的使用砂濾水的阿爾托納區幾乎未受影響。這一「自然實驗」無可辯駁地證明了水過濾對阻斷水傳播疾病的重要性。

在化學消毒方面，1897年英國梅德斯通在供水系統中首次進行臨時性氯化消毒。1905年，英國林肯在傷寒疫情後實施永久性氯化消毒，由亞歷山大·休斯頓（Alexander Houston）醫生主持。1908年，美國澤西市率先實施連續性氯化消毒，由約翰·L·利爾（John L. Leal）醫生設計。1945年，密西根州大急流城成為全球首個實施飲用水氟化的城市。

在污水處理方面，19世紀末至20世紀初的技術突破具有里程碑意義。1870至1880年代，愛德華·弗蘭克蘭爵士發現污水經砂礫過濾後會產生硝化作用，出水不再腐敗。1887年，威廉·迪布丁（William Dibdin）發明了接觸床（contact bed）生物氧化技術。1912年，曼徹斯特大學的科研人員在實驗中發現了活性污泥法，開啟了現代生物污水處理的新紀元。

## 公共衛生認知與當代挑戰

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供水與污水處理的歷史演進始終伴隨著對疾病傳播途徑認知的深化。在很長時期內，瘴氣論（miasma theory）主導了人們對疾病成因的理解。雖然17世紀安東尼·范·列文虎克和羅伯特·胡克就已用顯微鏡觀察到了水中的微小生物，但直到19世紀中葉，人們才從統計和流行病學上建立水污染與疾病之間的確切聯繫。

1854年，英國醫生約翰·斯諾通過對倫敦蘇豪區寬街霍亂疫情的調查，繪製了著名的霍亂地圖，將病例分布與各水泵相關聯，有力證明霍亂通過受污染的飲用水傳播而非瘴氣。斯諾說服當局拆除寬街水泵手柄後，疫情迅速消退。漢堡—阿爾托納的1892年「自然實驗」（同一河流、一個過濾一個未過濾的不同結果）進一步證實了清潔供水對公共衛生的決定性作用。

第二次世界大戰後，許多國家將安全的供水和污水處理列為基本公共服務。美國的研究定量表明，20世紀上半葉美國城市給排水基礎設施的普及使全因死亡率降低了約一半，嬰兒死亡率和肺結核死亡率的下降尤為顯著。2015年，聯合國將「為所有人提供水和環境衛生並對其進行可持續管理」列為Q48741129（SDG 6）。

儘管在過去兩個世紀取得了巨大進步，供水與污水處理在全球範圍內仍然面臨重大挑戰。世界衛生組織和聯合國兒童基金會的聯合監測報告顯示，截至2020年，全球約有22億人缺乏安全管理的飲用水服務，其中約18億人的飲用水受到糞便污染。全球所產生的污水中有約80%未經任何處理即直接排入自然環境，嚴重威脅人類健康和水生態系統。加強水衛生體系建設、提高供水和污水處理水平，依然是全球公共衛生領域的迫切任務。