自然演化、人类活动、科学发展角度分析污废水的产生机制及其对天然水体溶液性质的影响，发现人类迁徙的城镇化以及工农业生产的效率约束导致污废水与天然径流之间的矛盾，使生态水体呈现出由地表纯净水向水质污染方向的功能转化，扰动了元素/化合物在地球表面或水体界面的离心与向心迁移的平衡，明确了水体界面或水圈作为物质地球循环中转站/转运站的原理机制。隐藏在各种水处理工艺原理中的物理、化学、物化、生化等丰富功能能够解决中转站中所积累的矛盾，所以，集合溶液性质与污废水处理工艺原理之间的对应关系及其技术应用将构成更加完备和潜在的水工业，所提出的水溶液性质概念同样适用于给水与纯净水的生产与管理。针对有毒/难降解的工业有机废水如煤化工行业焦化废水，在前端工艺清洁生产的基础上，需要把产品资源回收、性质互补利用、水量循环机制作为共性目标，把低能耗与物耗、关键污染物去除以及明确环境风险归趋作为污染控制工艺选择的依据，同时要求全过程产生低的二次污染如碳排放等。基于水溶液性质的改变及其过程演变的探究将拓宽水污染控制的工艺理论与技术边界。水污染控制与水环境保护相结合的水工业全过程追求技术、经济与社会目标的一致，争取得到绿色、低碳、循环等生态目标的响应，即生活、生产、生态“三位一体”的协调发展。
人类迁徙活动的城镇化
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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。
工农业生产追求高产量与高产率
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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。
元素化合物的多样性
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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。
水质的梯度分类
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我们依据自然与人类干预的原理把水质变化分为6类：纯水、纯净水、地表(下)水、污水、工业废水及废液。其中，纯水的性质最为活跃，具有很强的化学反应活性，水合与水解作用最为常见，纯水对生命体是有伤害的，需要通过溶液机制加以消除;纯净水主要包含未受任何污染的水源水、过滤水、矿泉水、膜分离水、离子交换水、蒸馏水、毛细水、渗透水等，可直接用于生产与生活，对人类健康的影响最为直接;地表(下)水包括江河湖海中的水体、地下渗流(地下河)、冰雹雨雪以及沼泽溪流等全部的储水与径流，构成水环境的主体，是纯净水的源泉;污水包括城镇生活排放、农村农业排放、养殖行业排放、酒楼宾馆产生以及初期雨水等构成的来源，以营养物和有机物含量为主的水质特征，其处理以去除营养物最为主要目标;工业废水非常广义，顾名思义，所有工业行业排放的用完水都可成为工业废水，包括企业、产业、加工服务业、矿山、工程、地质、盐分离等的排水，具有无机或有机的物质性质分类，浓度上存在痕—微—低—中—高的量级别差异，环境效应表现为无毒、低毒、有毒、高毒等特征，工业废水往往表现出复合污染的特征;废液是指酸碱性很高的废酸和废碱，或者其中的COD浓度含量很高如超过30000 mg/L的液料，其热过程具有燃烧的能量自持作用，以垃圾渗滤液、酒糟醪液、造纸黑液、发酵分离母液等为代表，从属性上识别，饮料、酒类、酱油、牛奶、化妆品、切削液、油污等均属于废液的范畴。图1表征了6类水/水体的性质连续性与行业表现。由物质转移构成的污染特征包括：自发的过程，熵增过程，不可逆过程，自由能下降的过程，内能变化的过程，有序性下降的过程，毒性变化过程，反应活性与惰性归趋的热力学稳定体系等。以COD为0，3，30，300，3000，30000 mg/L为界限值，粗略划分以上6类水/水体，并不追求严格的浓度边界，其他性质指标更加丰富。例如，酒类蕴含的理论COD应该大于30000 mg/L，但是我们很少认为酒类属于废液，这就需要具体分析所含物质的化合物组成以及单位时间内所消耗的浓度是否构成对身体的伤害，还取决于人体的自我净化能力。水质毒性等于浓度与化合物种类的加权作用，其中可能存在各种化学与生物化学的机制。浓度梯度之间的转化伴随着集成性质的渐变即数学上的连续性，但是，在水溶液性质的判定过程中，单纯地观察浓度的数字大小其意义并不大，需要结合性质群集(浓度、毒性、转化/分解速率等)加以综合分析与判断。
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