研究背景：

1.1 人类能源现状

能源就是能够为人类社会的各种生产生活活动提供一切能量的，在自然环境中产生并保存的物质资源。能源与人类的生活息息相关，它是人类生存和发展必要的物质保障。人类社会近两个多世纪的进步与发展都是依赖煤、石油和天然气等化石能源的发现与利用。虽然煤、石油、天然气等化石能源促进了人类文明在过去的几个世纪的飞速发展，然而长期以来人类对这些不可再生资源的贪婪掠夺，已经导致了全球能源短缺，现有的化石燃料难以维持人类社会的生存与发展^[1]。此外，随着储存在地下的煤和石油等化石燃料开采难度的增加，化石燃料已经或是即将失去其开采利用的价值。现有的石油储量预计仅可供人类社会一个世纪或更短时间的发展，而在未来的一二十年，其社会需求量将超过生产量，能源压力巨大。全球人口目前已经超过65亿，在本世纪中叶预计达到94亿，随着世界人口的快速增长，我们所面临的能源压力将会越来越大^[2]。

目前，人类还尚未发现一种能源可以替代化石燃料来满足人类社会的能源需求。因此，人类必须意识到非再生化石能源枯竭可能会给人类社会带来的生存危机，从而尽早着力研究新能源，探索、开发利用经济合理、环保可行的新型能源；否则，人类将因为向大自然索取过度而造成严重的后果，以至威胁到人类自身的生存和发展^[3]。

1.2 水污染现状

如今全国大部分地表水受到污染，长江、淮河、太湖以及滇池等为中华民族做出重大贡献的江河湖泊已经被严重污染，有很多地方出现”守着江河没水吃”的尴尬局面。据有关检测显示：2013年全国地表水基本都受到了污染^[4]，有些地方和流域污染较轻，有些则受到较重污染，总体上说是轻度污染。全国七大水系中海河、黄河、淮河、辽河以及松花江受到的污染比较严重。部分湖泊营养化严重，三大湖泊营养化程度由高到低依次是滇池、巢湖和太湖。

我们生活中随时随地都会利用水，我们生活中所使用的许多物品都会直接或间接地污染水体，因此，水体污染具有污染物多、来源广泛等特点。水体污染源大体可分为以下几类：

①工业废水污染源。工业废水是水体污染的重要来源，是社会工业化进程中不可避免的问题。工业生产过程中每个环节都有可能产生污（废）水，如工业冷却用水、工业除尘用水、工业洗涤废水以及生产浸出液等。此外，冶金业、印染业、化工行业、造纸行业和电镀行业以及制革等行业是生产高污染废水的主要行业。工业废水由于生产量大、危害严重等特点，已经引起了人们的广泛关注和政府有关部门的高度重视。

②生活污水污染源。生活污水进入水体后，其所含的大量有机化合物会使水体中的植物快速增长，短时间内大量消耗水体中的溶解氧，破坏水的生态平衡，影响水的利用价值。

③农业污水污染源。农业污染是指农畜牧业产生的污水和流经农田后排出的污水。传统农业使用的是天然可循环化肥，并不产生明显污废水；但是现代农业使用大量的工业化肥和农药，造成水体富营养化和持续性难降解有机农药污染。虽然现在高污染有机氯农药已经在全球范围内内禁用，但偷偷使用的现象时有发生，工业化肥的使用也在持续增加，农业污水对水环境污染依然存在。