第二单元 环境工程

这本书主要关于什么？

这本书的目标是使工程和科学的学生了解学科间的研究环境问题：它们的起因，为什么它们被关注，我们怎么控制它们。这本书包括：

● 描述环境和环境系统意味着什么

● 关于环境破坏基础原因的信息

● 理解环境问题本质和能够定量计算它们所必要的基本科学知识

● 目前运用在水,空气,污染问题的环境控制技术的状况

● 我们目前在很多关于理解和控制人类活动、自然之间复杂相互作用的科学知识上存在着相当大的空白

●很多环境问题能运用目前的技术消除或减少，但因为社会缺少意愿这么做或在很多例子中因为缺乏资源去这样做，这些环境问题没有被处理

一些重要的定义：

在这本书中，它们第一次被使用，定义被以大写或印刷成黑体字的形式展示

环境是围绕在我们周围的物质生命的栖息地，在这儿我们能看到,听到,触摸,闻到,和品尝到

系统依据韦氏字典,被定义为“一组或一系列能形成一个整体或者有机整体的相互关联的事物”，例如，太阳系统，灌溉系统，供应系统，世界和宇宙。

污染被定义为“在大气，水或土地中的物质的，化学的或生物的特性的不合意的改变，这一改变有害地影响人类或其它生物的健康，生存，或活动”。

当改进环境质量的目标被用来改进人类福利，“环境”一词扩展成包括所有的社会，经济和文化方面的内容。这一扩展在许多真实情况下是不可行的以及在一本被设计为一学期课程的教科书中也是不实际的。我们对环境问题的考察因此限于我们对“环境”的定义。

系统的相互作用

许多不同的环境问题都与水，空气或土地系统有关联。许多这些问题都只适用于这些系统中的一个，这为这些种类中的细目分类提供了充分的理由。这样的分类也更有用于及易于理解一个系统内的相关问题。而且，这样做是明智的，这是因为由于管理上的和行政上的原因，这些有关空气污染，水供应，废水处理和固体废物处理的子域通常由政府机构分别处理。

很遗憾的是，很多重要的环境问题不仅仅限制于空气，水或土地系统，还包括系统间的相互作用。现在举个例子，酸雨问题起源于从发电站烟囱，冶炼厂和汽车尾气中向大气排放的含硫二氧化物和氮氧化物。接着这些气体由气流运输到广阔的区域，降雨“将它们洗去”，产生了有害于水生生命，森林和农作物的酸雨。两个有关于系统间相互作用引起的环境问题有：空气中的二氧化碳的增加的全球问题，及通常具有地域性质的酸雨问题。

环境问题

许多对我们生活标准的主要改进能被归因于科学和技术的运用。这里举一些例子，你能想出其它例子吗？

●生产更多及更好质量的食物

●创造能避免极端环境的保护所和生存空间

●快速和可靠的运输方法的建立

●各种交流系统的发明

●代替人类和动物体力的机器的发明

●安全水的供应和废物处理

●对很多传染疾病的消除

●通过在发达国家运用改进的水技术对大部分水传染的疾病的消除

●通过更好的生产力（带来的）闲余时间的有效性，为文化的，娱乐的活动提供机会。

●避免例如洪水，干旱，地震，火山爆发的自然灾害的最坏影响

然而，通过这些改进，已经带来了不良的负面影响，例如耕地的丧失，消失的森林，环境的污染和抵抗控制的新生物。很多影响起初被认为只是有害的小事现在被认为是对自然和人类的潜在威胁。在农业社会，人们基本上与自然和谐相处，栽培食物，收集木材，制造来源于土地的衣服和工具。来源于动物和人类的废物被归还于土地作为肥料。很少有水、土地或者空气污染问题的发生。

古代城市，特别是像罗马帝国的城市，有供水和处置废物的系统。古罗马的大排泄沟中的沟渠供应古代罗马城市（大约有1百万人）安全水，这是最有名及在这些系统中最早建造的下水道的例子之一。古代城市的城市技术似乎已经被那些建造城市的欧洲人遗忘了很多个世纪。水供应和废物处理被忽略，导致了很多痢疾，霍乱，伤寒和其它水传染疾病的爆发。直到19世纪中期，（人们）才认识到对 携带着致病生物的 污染废水的错误处理，自从19世纪发生于英国、欧洲和北美的工业革命以来，日益俱增的城市化和工业化加剧了环境问题。城市化及工业化这两个现象，都是当时不能处理的水及空气污染的基本原因。

在接着的几十年，发生于发达国家中水质及部分废水的治理技术的快速发展，导致了水污染疾病事件的急剧减少。注意所有废物被排放进环境，因而污染了我们的水，空气和土地系统。

第四单元 环境分析

在一个环境系统中，环境分析包含化学、物理和生物测量的性能。这个系统不仅包含自然环境还包括污染环境，但是这个术语“环境分析”知识逐渐用在关于污染测量领域。

通常，有四种测量方法：定性分析，定量分析；目前用物种形成或品质鉴定去确认化学形成和方式在污染中的细节。（例如好像一个粒子被吸附在表面上）；而且影响分析被决定于一种环境的冲击的污染物所在的范围下特定的分析。

环境分析的目的是为了制造一个可行的现实的评估，并将获得关于自然环境和污染环境的相关资讯。在污染的情况下，这包括现实或潜在的冲突，可能在其他某些方面。因此，一个污染物可能对动植物造成毒害。它可能引起资源的污染（例如空气、水、土壤）以致他们不能被其他目的利用。对材料的污染，特别是建材，在某一区域是显然可见的，让人不愉快。（例如空气中的硫氧化物的伤毁外表）。未来环境影响分析的领域将降低，像能见度降低，肮脏的天空和不愉快的气味。最后，重要的是认识，借着人类正常的知觉不可能总是辨别到环境之间的冲突，以致发现可能需要复杂的化学或物理分析。

为了能提供一个在环境分析一般领域方面具有深远意义的描述，这一领域可以从三点看法考虑：位于被普遍运行的分析的选择的原因以下的基本概念；被普遍采用的现有技术和方法；和目前在环境分析能力方面的情况。

一些来自环境分析基础的哲学的概念如下。

目的:为了研究监测或快速目的，一个环境样品的收集和分析可能被进行。快速监测的分析。常常用于获得关于一个环境问题的大概范围和性质的快速信息。

可靠性：无论什么信息被试图寻找，对获得一个代表被调查的特定系统的可靠性是及其重要的。事实上，去获得一个可靠样品可能是所有环境分析中最困难的方面之一，因为许多环境系统具有相当多杂性和不均匀性。

察觉限制：觉察限制的一种陈述是被使用的分析方式所尝试，必须总是被包含在提供所有环境分析结果里面。这是因为相当大的混乱的存在关于“O” 浓度的含义。事实上，这可能不可那说明，没有原子和分子的存在比较O存在是不正确的。

精确性和准确性：在报道一个环境分析也需要确切的指明等测量相关的精确性和准确性。这样，许多环境测量，包含获得不同系统或同一系统不同条件结果的比较，以至于，有必要找出两个不同类型数字在事实上是否不是不同条件的指示。

元素、化学物的区别

环境分析中最重要强调的一方面涉及化学元素和元素在、存在的化学物的区别。它明确地给出化学物来自已存在环境样品中元素比简单给出元素现在浓度。当这样的概念在科学上地接受，分析方法还未达到很容易地精确测出无机化学物痕量存在的水平。

表面颗粒物

污染物存在或联系凝结的状态，它有时候必要去绘出污染物是否在体积内或在表面的一部分。如此事项，尤其是意味深长的因为物料在空气颗粒物的表面，例如立即与外部环境相通，但是那里均匀地贡献通过这颗粒物是实质上在非常地的浓度和能产生非常地化学活性在颗粒表面。由于可以吸入空气中的颗粒物，表面控制可以导致肺部颗粒沉积点化学物质局部浓度升高。

有效性:虽然有效性分析通常不是由分析化学家进行的，确定化学物的有效性常常是必要的。 为了更好发挥环境效果，一个污染物必须几乎总是进入溶质。例如空气中的颗粒物中有毒的化合物必须被溶解在肺液在之前当地或系统效果能生产。因而，实验室范围的模拟有效地化学物特性能能提供必要连接它存在和它最终作用。

环境的作用:这最后连接分析-环境作用链涉及实际环境生产的决定。在最多例子里 ，这涉及生物鉴定的一些形式或那决定毒理学的作用在生物物体的活体。对于费用，复杂性，和耗时的生物鉴定，它经常替代化学分析 监测毒理学的作用目的 和符合一致规定标准。这样做，但是，他是必要去绘出所谓的责任关系在水平或更多污染物物质和毒物的作用。

第八单元 空气污染物的类型和来源

什么是空气污染物？空气污染在一般情况下被定义为,含有一种或多种化学物质，在高浓度下对人类,其它动物,植物或者材料有危害的气体。主要有两种类型的空气污染物。一是原发性空气污染物，指以有害浓度进入空气的化学物质。例如超过正常浓度的CO2气体，汽车燃烧含铅汽油排放到空气中不常见的铅化合物。次生空气污染物是指，在大气中由气体成分之间发生化学反应所产生的有害化学物质。在空气不流动时期，一座城市或者某一区域,所喷设出的高含量污染物将会造成严重的空气污染性物质。例如一些人口非常稠密的城市的地理位置，像洛杉矶和墨西哥城的地理位置，使得它们经常特别易受空气流动停滞和污积物增加的影响。

在仅从浓度来决定严重空气污染物方面，我们必须十分小心。测量的浓度自身并未告诉我们有关污染物造成的危害的信息，因为临界浓度，协同作用和生物放大效应都是决定因素。

下面是11类主要的空气污染物：

1.碳氧化物：CO、CO2

2.硫氧化物：SO2、SO3

3.氮氧化物：N2O、NO、NO2

4.烃类（含有C和H的有机化合物）：CH4、C4H10、C6H6

5.光化学氧化剂：O3、PAN（一类过氧酰基硝酸脂）、和各种醛类

6.颗粒物(悬浮在空气中的固体颗粒和液滴):烟、粉尘、烟炱、石棉、金属颗粒(例如铅、铍、镉)、石油、盐雾、硫酸盐

7.其他无机化合物：石棉、氟化氢（HF）、H2S、NH3、H2SO4、HNO3

8.其他含碳有机化合物：杀虫剂、除草剂、各种醇、酸和其他化学物质

9.放射性物质：氚、氡、来自化石燃料和核电站的具有放射性的物质

10.热

11.噪音

下面表格概况了这些主要污染物的来源：

第十单元 大气污染控制的新技术

生物过滤：对VOC排放的新的大气污染控制技术。

通过微生物生物来处理环境中的不必要组分的观念已经在污水降解领域得到了几十年的应用。然而直到最近，美国利用微生物技术来去除环境中的其他污染物才得到了重视。而且虽然生物修复技术已在被合成有机物污染的土壤和地下水治理得到了成功的应用，但现在美国的环保专家确很少利用生物系统来控制大气污染物的实际经验。实际上，这个国家几乎没有环境的专家似乎意识到好几个欧洲国家（最显著的是荷兰和德国）”生物过滤”，即从固相反应器气流中空气污染的生物去除法，是一种充分确立的空气污染控制技术。

在欧洲，生物过滤技术已经成功的应用于控制臭味和对人类有害作用的无机和有机的空气污染。（空气毒物，和从各种各样的工业和社会部门排出的可挥发性有机物VOC）。西德在生物过滤技术的发展大部分是发生在19世纪70年代末和80年代，而且这种发展是由增加的要求调整的迫切性和联邦政府的财力支持共同发展起来的。欧洲的经验已经证明，生物过滤较已有的空气污染技术有着经济的和其他方面的优越性，特别是用于仅含有低浓度（典型的是甲烷浓度小于1000ppm）易被生物降解的空气污染物。

原则上微生物过滤技术为什么到现在没有在美国得到认可，只是在一部分领域内得到了应用，看上去好像是由于缺少管理计划，政府对科研和发展的很少支持还有缺少英文写作的文献，更确切的说，在美国大部分州关于管理计划还没有涉及到，没有以全面的方式，对从小源头排放的毒物、可挥发性有机物和臭味进行控制。而且政府组织在研究生物降解在这些来源的实用性上给予了很少的财政支持。最后，尽管有一些重要的文献已用英文出版，但大部分最近的技术报告却是用德语出版的。

尽管有现在的障碍，生物过滤技术在不久的将来的美国仍有可能得到广泛的应用。除了，现有的装置大规模的工程现在还处在计划阶段或者建设阶段。例如第一个在加里福尼亚大规模用于控制VOC的系统，由南岸空气质量控制区共同资助的一个用生物过滤法处理在洛杉矶附近一个铸造厂排放乙醇的系统正在计划中。在其他地方也将会提供对这个系统性能更详细的分析。

现在的这篇文章的主要目的是提供一个对生物过滤技术一个全面的综述来更广泛的传播这种APC新技术，并且鼓励在美国合适的地方实施这种技术。很多涉及到发展和运用的生物过滤更复杂技术和工程方面问题，就不能在这里讨论了。然而，我们会明确和总结这种文献还会给出更详细的文献。我们还注意到，除了生物过滤技术，其他的生物APC系统现在在欧洲应用到了有机废气，包括“生物洗涤器”和滴液池。文献中与这种相关的技术我们没有讨论，在其他文献中可以找到，

带有臭味尾气的生物处理方法，可以从文献中找到在1923年当Bach讨论的控制从污水处理厂排放的硫化氢基本概念。关于这种概念的报道始于19世纪50年代的美国和西德。Pomeroy在1989年因为土壤床概念和成功的描述了在加里福尼亚土壤床装置而得到了美国第2793096号专利。在1959年前后，土壤层也应用在了西德城市污水处理厂来控制进来污水总管里的臭味。

在美国，关于生物过滤法处理硫化氢的第一个系统研究，是由19世纪60年代的Carlson和Leiser主持的。他们的工作包括在西雅图附近的污水处理厂成功的安装了几个土壤过滤器，证明了生物降解而不是用吸收来处理臭味。

在随后的几十年里，美国的几个研究人员进一步的研究了土壤床的概念，证实了在很多大规模应用中的有用性很多的这些技术归功于Hinrich Bohn在对土壤床理论和可能应用的15多年的研究。在美国成功的土壤床应用包括控制从炼油厂发出的臭味和从喷雾罐释放出来的丙烷和丁烷。

虽然已经证实土壤床可用相当低的投资和操作费用来控制某些类型的臭味和挥发性有机化合物，但是，土壤的低生物降解能力和相当大的占地要求现质量土壤床在美国的应用。据估计，在美国和加拿大的生物过滤装置和土壤层装置总数不会超过50个，而且大部分都是应用在臭味的控制上。

Unit 12 水污染与治理

1854年英国伦敦爆发了大规模的流行性霍乱。此事明确地证实了污水和疾病之间的关系。当初以公共健康为目的所采取的污染控制，依然是许多地区的主要目的。然而，水资源的保持，产鱼区的防护，以及娱乐活动用水的维持在今天也成为关注的焦点。紧随第二次世界大战之后所产生的城市人口密度突增和工业化进程的加剧，都使得水污染问题越见明显。致使对于水污染的关注程度在70年代中期达到了顶峰。

水污染是一个不准确的术语，它并未指出污染物的种类和来源。而我们处理废水问题的方式往往取决于以下几个方面：污染物是否需要氧气，是否助长藻类，是否有传染性，是否有毒，或者仅仅是否好看。水源的污染可能直接来自生活污水的排放或工厂污水排放（点源），也可能间接地由空气污染、农业排水或城市排水（非点源）所引发。

化学上所谓的纯水仅仅是水分子的集合。无论在野外的河流或湖泊、云层或雨水中，还是在下雪期间，极地的冰帽地区，这种物质在自然界均不能找到。然而在实验室中可以制备非常纯净的水，但是存在一定的困难。因为水极易接受和容纳外来物质。

城市污水，也被称作生活污水，是一种复杂的混合物。它包含水（通常超过99％）以及悬浮或溶解的有机和无机污染物。这些污染物的浓度通常很低并且以mg/L来表示，也就是说，每升混合物含有多少毫克污染物。重量与体积比也常用来表示在水、废水、工业废水和其它稀释溶液中的污染物浓度。

微生物 任何地方只要存在适合的食物，充足的湿度和适当的温度，微生物即可大量繁殖。而生活污水为各种各样的微生物提供了一个理想的环境。这些微生物主要是细菌，某些病毒和原生动物。废水中的大多数微生物是无害的，并且可借助生化过程，将有机物转化为稳定的最终产物。但是当一些人患有可通过有毒废水传播的传染性疾病时，其排泄物所携带的致病病原体，极有可能成为污水的组成部分。虽然在发达国家，类似于水传播的细菌性疾病，例如霍乱、伤寒和肺结核，病毒性疾病例如传染性的肝炎和原生虫引起的痢疾，已经不再是问题，但是在那些经过适当处理过的污水不能被公共利用的地区仍然存在着很大威胁。对于少量存在的病原体的检测是相当困难和耗时的。其标准做法是检测存在于包括人类在内的（数十亿）热血动物肠胃中的有机物。

固体 废水中的总固体（包括有机的和无机的）是指液体部分被蒸发，并且在103℃烘干至恒重的残余物。区分可溶性固体和悬浮固体的方法，是通过蒸发过滤的和没有通过过滤的废水样品来进行的。两种烘干样品质量的差值即表示悬浮物的质量。将残留物在550℃温度下保持15分钟以进一步分类，剩余的灰代表了无机物，失去的挥发物则代表有机物的重量。

悬浮固体（SS）和挥发性的悬浮固体（VSS）是最有用的。SS和BOD（生化需氧量）是废水的受污染程度及其过程性能的指标。VSS可以指示废水中有机物的含量，也可以衡量在生化过程里活性的微生物群。

无机成分 废水中常见的无机成分包括：

1．氯化物和硫酸盐。常见于人类排放的废水和废物中。

2．氮和磷。以各种形式（有机的和无机的）存在于来自人类排放的废物，和含磷的清洁剂。

3．碳酸盐和碳酸氢盐。通常以钙盐和镁盐的形式出现在水和废物中。

4．有毒物质。砷，氰化物和在工业废水中可以找到的有毒无机物：Cd（镉）、Cr（铬）、Hg（汞）、Pb（铅）、Zn（锌）等重金属。

除了这些化学成分，溶解气体的浓度，尤其是氧气，用pH值所表示的H离子的浓度也是其它引起废水注意的指标。

有机物 生活污水中的有机物90％是由蛋白质和碳水化合物组成。这些可生物降解的物质包括人类的尿和排泄物、洗涤槽的食物残渣、土和洗澡的脏物、洗衣用水和洗烫水，及各种肥皂、洗洁精和其他清洁产品。

各种指标用来衡量废水中有机物浓度。一种方法是基于废水中的有机碳的总量（即总有机碳TOC）。总有机碳是由样品中有机碳被强氧化剂氧化成二氧化碳的数量与已知的总有机碳的标准数量的比较所决定的。

常见的另一种方法是根据把氧化物转化成稳定的最终产物所需要的氧气。因为需氧量正比于污水中现存的氧化物，它可以用于废水浓度的相对衡量。通常确定废水需氧量的两种方法是COD（化学需氧量）和BOD（生化需氧量）的测定。化学需氧量，是用化学方法氧化有机物的需氧量。而生化需氧量，是通过适应环境的微生物的以生物的方式降解废水中的有机物的需氧量。

在水污染控制理论中，生化需氧量是最重要的参数。生化需氧量用于测定有机物污染，是评估生物反应需氧量的基础和反应过程的指标。

我们可以直接地测定水或者废水中的有机物含量（例如测定总有机碳），但是这并不能告诉我们有机物是否有被生物降解。为了测定可生物降解的有机物量，我们用一种间接的方法，也就是在一个封闭的系统里，测定将有机物转化（氧化）成二氧化碳和水所用的生长的微生物群的耗氧量。耗用的氧气，或生化需氧量，正比于有机物的转化量。因此，生化需氧量是系统中生物降解有机物的相对衡量。因为生物氧化过程可以无限次地进行，最终生化需氧量的测定被限定为20天，这个时间能够满足95%或以上的微生物氧气需求。但是过程时间过长，致使生化需氧量的测定没有效用。所以一种五天式的测定，即将水样置于20℃的黑暗环境五天，作为生化需氧量的标准。生化需氧量的反应速度取决于存在的废水类型、温度以及假设其随着存在的有机物（有机碳）的数量的变化趋势。

Unit14 水的净化

水分子是没有记忆力的，所以谈论被污染和被净化的饮用水的次数是没意义的，例如分子的逐渐损耗。而当我们饮水的时候到底它有多纯净才是最重要的。

水的净化已经发展为一项复杂的和尖端的技术。然而，污水净化的本质的总方法是容易理解的，在某些情况下也是明显的。

水里面的杂质分类为悬浮的，胶体的，或者是溶解的。悬浮的颗粒物是大得足够沉降下来或者可以被过滤掉的。胶体的颗粒物和溶解的颗粒物是更难除去。一是可以用某些方法使小的颗粒物结合起来变成大的颗粒物，然后把大的颗粒物作为悬浮物来进行处理。二是可以把它们转换为气体，从水中排放到大气中。不论采取哪一种方法，必须记住，提升水或用泵将水输送到通过过滤床都需要能量。

以上面原则作为依据，来考虑用来净化城市废水的程度。第一步是收集系统。水中的废物有各种各样的来源，例如家庭的，医院的，学校的含有食品的残余物，人类的排泄物，纸，肥皂，清洁剂，脏物，布，其他各种各样的杂物，当然还有微生物。这种混合物就叫做生活污水。（“生活污水”这个形容词是很不合适的，因为它没有描述污水的情况；它可能是指那些废物排放出来的地方）。这些污水有时跟商业建筑废水，工业废水和雨水混合在一起，一同流进废水的管路网络里面去。某些系统将雨水和生活污水分开，另一些系统又将两者结合起来。结合的网络式是比较便宜的，而且适合干燥的天气，但在暴雨时，总的体积很容易超过污水处理厂的容量，所以某些水就允许溢流出去和直接排放到河流里面去。

初级处理

当生活污水到达污水处理厂时，它首先通过一系列的滤网以除去如老鼠，葡萄柚似的大物体，和在接下来的处理时期里，通过一架磨碾机以减少剩下的物体的尺寸使其足够小能有效地被处理。下一步是设置一系列的沉淀池以除去初始的粗沙，例如雨水从路面带进的沙子，然后，慢慢地任何其它的悬浮固体—包括在一个小时能沉淀下来的有机营养物。直到这个阶段，称为初级处理，相对地便宜但并未完成净化的程度。

二级处理

接下来的一系列步骤，是设计通过加速生化作用的某种形式来较大程度地减少溶解的或微小的悬浮有机物。分解需要氧气和微生物以及一种两者都易接近营养物的环境。达到这个目标的一种装置是滴滤池。这种装置，长管在由岩石填充而成的滤床上缓慢的旋转，通过持续地喷洒来分布这些污水。

另一个技术是活性污泥过程。废水，经过初级处理后，泵到一个混合空气和含有细菌的污泥几个小时的曝气池。生化作用与发生在滴滤池的相似。污泥中的细菌代谢转化成有机氧物；原生虫，作为二级消费者，吃掉细菌。处理过的水流到一个含有细菌的固体沉降的沉淀池去，然后返回到曝气池。某些污泥必须被排放以维持一个稳定的状态。相对滴滤池来说，活性污泥需要占地少的面积，因为它需要曝气较小的面积，没有发出臭味。

生化处理所排放的废水仍然含有细菌，和不适合排放到清洁的水源，更不用说饮用。因为微生物完成其工作，现在就可以杀死他们了。最后一步是消毒过程，一般是加氯。氯气，在最后排放前加入到排水15至30分钟，就可以杀灭99%以上的有害细菌。

三级或高级处理

尽管此时的废水已经通过初级和二级处理，得到了相当大程度的净化，但是这些处理仍然不合适应对某些水污染的复杂方面。首先，生活污水里面有很多污染物是不能清除的。无机的离子，例如硝酸盐和磷酸盐，仍然在处理过的水中;这些物质，正如我们所看到的，可以作为植物的营养物和水体的营养成分。

用于应付这些麻烦废水的处理方式是必需专门除去这类污染物，而且它们一般很昂贵。如下描述几种这些技术。

1． 混凝和沉淀

正如在生物处理的讨论中我们早前提及的，将小的颗粒物转变成的大的能够快速沉淀的颗粒物是很有好处的。所以它跟无机污染物同样道理。各种各样的无机胶体颗粒是喜欢水的（亲水的）并且具有相当的粘附性；由于它们的粘附性它们一起带走很多其他难以在合理时间内沉降下来的胶体颗粒物。这个过程被称为絮凝。石灰，矾和某些铁盐都是这些所谓的絮凝剂。

2． 吸附

吸附是气体分子或液体分子粘附到固体表面的过程。这个过程是具有选择性的—不同种类的分子以不同的方式粘附在任何固体。对于净化水，那些有着大的表面积并且结合倾向于有机污染物的固体是必需的。选择的物质是活性碳，它能够特别有效地除去产生令人讨厌的味道和臭味的化学品。这些化学品包括那些难以生物降解的氯代烃。

3． 其他氧化剂

高锰酸钾和臭氧用于氧化那些抵抗空气中微生物的氧化的水中废物。臭氧有一个很重要的优点就是它仅存的副产物是氧气。

4． 反渗透

渗透是一个水通过一种不透过溶解离子的膜的过程。在正常的过程中，系统倾向于一个平衡状态，在这个平衡状态中膜的两边的浓度是相同的。这意味着水从纯净的一边流到富集污染物的一边。这并不是我们所希望的，因为这个过程增加了被污染的水的数量。然而，假如高压是加到富集污染物的一边，这个过程可被逆转，纯净水就被挤压通过这个膜，并且这样就除去了溶解的离子或者其他溶解的污染物。

Unit15 污水处理工艺

现代科技最伟大的成就之一既是在很大程度上减少了水传染性疾病如霍乱和伤寒的发生率。这些病已不再像过去那样是公众健康最大的危险。其发展的关键在于认识到公用水域是人为污染主要传染源。但是这种污染可以通过更有效地水处理工艺和更好的废水处置方法来消除。

今天的水工艺设备是为连续供应可持续饮用水而设计的。完成整个过程需要注意四个重要问题：水源的选择、水质的保护，工艺方法的使用以及再污染的防治。而阻止地下水和地表水污染常用的预防措施是，禁止排放生活排污和雨水的下水道接近水库，安装栅栏以防止保护娱乐用水被污染，还有就是在水库注水后限制使用肥料和杀虫剂。

格栅、混凝/絮凝、沉淀、过滤和消毒是地表水处理的主要单元。水工艺处理实现了一个或者多达三个主要任务：除去细小的颗粒物，如沙粒和泥土、有机物质、细菌，还有藻类；除去溶解性物质，如一些引起色度和硬度的物质；还有就是除去或者破坏致病菌和病毒。实际的水处理过程要按照水源的种类和水质的要求去选择。

有时，原水浊度很低，可以用普通沉降法（不含化学物质）来去除一些大的颗粒物，再用过滤来去除那些难以沉降的少量颗粒物。然而，通常情况下，原水中颗粒过小难以通过沉淀和简单过滤在短时间内去除。为了弥补这一点，加入化学药品以混凝/絮凝这些小的胶体颗粒，使其形成可以在沉淀池内沉降或者可以被过滤器直接去除的较大颗粒物。

颗粒物的去除

适用于污水颗粒物去除的单元操作包括格栅、沉淀、混凝/絮凝和过滤。

格栅是指去除木块、树枝、碎屑和小鱼等类似物的固体物。它是污水处理的第一阶段。如果允许这些残骸进入处理设备会导致水泵的损坏或者阻塞水管和水渠。水的引入口的位置会低于湖泊或者江河水面的目的也是为了排除漂浮物和减少由于冰块而造成的物理破坏。

沉淀是最古老也是应用最广泛的水处理方法。它是利用自由沉淀去除水中颗粒物。这是相对简单和便宜的，可以在圆的、方的、矩形的水池里实现。先前认为，沉淀处于混凝和絮凝之后（对于高混浊的水）或者完全省略（对于中等混浊的水来说）。地表水悬浮物颗粒物直径在10-1~10-7毫米之间变化。这个尺寸正好也是微小沙粒和细小粘土颗粒各自的大小。引起水浊度的颗粒物直径在10-4毫米以上，而10-4毫米以下的颗粒影响水的色度和味道。

混凝/絮凝是一个化学物理过程，那些太小的用普通沉降法不能去除的颗粒具有在这个过程中失去稳定性能成团的特点，从而能较快地沉淀。大部分悬浮颗粒太小以至于沉淀到池底需要几天或者几周。甚至这些胶体粒子不能够通过普通沉淀法沉降。

混凝是使胶体粒子脱稳的化学过程。确切机理并未完全探究清楚，但是总概念是向含有负电荷的水中加入带正电荷的化学物质。其结果是中和水中反粒子从而降低胶体之间相互排斥的趋势。分散混凝剂需要几秒钟的快速混合。悬浮物的慢速混合称为絮凝，这种沉降可以促进粒子直接的接触。并且可以在混凝/絮凝池内通过旋转桨的旋转来实现，或利用水力压力直接在池内折流板周围形成。深度在3~4米之间的混凝/絮凝池的滞留时间是20~40分钟。通过混凝/絮凝联合的化学/物理过程，不能被简单沉降池沉降的胶体颗粒可以聚集形成一种大颗粒状的絮状物。在沉降过程中，将会出现可以捕获微小非凝固态颗粒的不规则形状的毛绒状物质。硫酸铝是最通常的凝结剂，有机聚合物也可以单独作为混凝剂，或者与明矾起来改善絮凝效果。在絮状物被去除的过程中，它一般从混凝/絮凝池转移到沉淀池中，或直接被过滤。

消毒

为了确保水中没有有害细菌，消毒是必需的。氯化消毒是消毒公共用水的最常用的方法。来自氯气或次氯酸盐的足量的氯原子被增加到处理过后的水中去杀死致病的细菌。氯气是一种可靠的，相对便宜的和容易使用的消毒方法。其它的消毒剂包括氯胺，二氧化氯，其它的卤素，臭氧，紫外线的光和高温。在法国已经被广泛地应用的臭氧氧化方法，尤其是在天然有机物存在的场合作为预加氯的替代品。在北美现在正在被获得认可。虽然有效，但是臭氧不会因为长期的消毒面遗留永久的残余物。

臭氧氧化是指加入臭氧对水消毒，臭氧是无机和有机杂志具有强烈的氧化性。气好是因为它不像氯气一样处理后留下味道和气味。

溶解性物质的去除

曝气是用来除去地下水中过量的铁和锰。这些物质引起味道和颜色总是干扰洗涤，玷污管道装置，而且在输水总管中促进铁细菌的生长。通过空气气泡进入水中，或通过喷洒引起空气和水接触，溶解性的铁和锰（Fe2+,Mn2+）被氧化成一种溶解性水的形式（Fe3+,Mn3+），它们被析出然后能在一个沉淀池或过滤器中被去除。曝气也可以去除由硫化氢气体所引起的气味。

水的软化是将水除去硬度的一个过程，硬度的产生由于二价金属离子的存在（尤其是钙离子和镁离子），水的硬化正是由于水与土壤或岩石接触反应的结果，对于在有二氧化碳存在下的石灰石，水的硬化更为明显。

活性炭是一种很好的吸附剂被广泛用于水处理中来除去有机污染物。活性炭的制备要经过两个过程。第一，适合的基本材料例如木头，泥炭块，植物材料，或者在缺少空气中被加热炭化的骨头。然后在存在空气，二氧化碳的情况下，加热这种炭化的物质使其有活性，或者蒸发烧掉其含有的任何焦油来增大它的气孔。用活性炭吸附气体、液体、以及固体的去除效果会受水的温度、pH值和有机物的复杂性的影响。

反渗透（RO）是指以自然渗透逆方向通过半透膜的过程。因为渗透膜可以去除了溶解盐，所以反渗透的最主要应用是用于脱盐。然而，这过程中的有机原材料，细菌和病毒也被去除了，所以反渗透在污水处理中的应用还有待进一步发展改进。

Unit 20 固体废物的来源和类型

随着数据的组成和产生率，固体废物的来源和类型的知识，是与固体废物管理相关的功能元素的设计和操作的基础。

固体废物来源

固体废物的来源，在一般情况下，有关土地使用和分区。虽然可以开发任意数量的来源分类，已发现有用以下几类：

（1）住宅，（2）商业，（3）市，（4）工业，开放地区（5），（6）污水处理厂，及（7）农业。典型的废物发电设施，活动，或与这些来源中的每个相关的位置列于表4-1。产生的废物，这是讨论的类型也确定。

固体废物的种类

的固体废物，是包容一切，包括所有来源，类型的分类，组成，和属性。

被排出的废物可能在另一个环境的显著价值，但他们很少或根本没有价值，谁愿意出售他们的养着。为了避免混乱，长期拒绝，常常交替使用长期的固体废物，不使用这个文本。

由于随后进行的讨论的基础上，将有助于定义的各类固体废物的产生（见表4〜1）。重要的是要知道，固体废物的定义和分类方面大大不同的文学。

因此，使用公布的数据，需要相当的照顾，判断和常识。以下定义的目的是作为指导，并不意味着要在科学意义上的任意或精确。

食品垃圾食品垃圾的动物，水果，蔬菜残渣处理，准备，烹饪，吃的食物（也称为垃圾）。这些废物的最重要的特征是，他们高度腐烂，并会迅速分解，尤其是在温暖的天气，。

通常情况下，分解会导致臭味的发展。在许多地方，这些废物腐烂的性质会显著影响的固体废物收集系统的设计和操作。

此外，以住宅产生的食品废物的数量，产生相当数量的食堂和餐厅，大型机构，如医院和监狱设施，并与食品市场，包括批发和零售商店和市场相关的设施。

垃圾垃圾分为可燃和不可燃的固体废物的家庭，机构，商业活动等，不包括食品废物或其他高度腐烂的材料。

通常情况下，可燃垃圾，包括材料，如纸张，纸板，塑料，纺织，橡胶，皮革，木材，家具，花园装饰。不燃垃圾包括物品，如玻璃，陶器，铁罐，铝罐，铁和其他有色金属，和污垢。

灰烬和残留材料，剩余的取暖，做饭的目的，从木材，煤炭，焦炭，并在住宅，商店，机构，和工业和市政设施等可燃废物燃烧可燃废物处置被归类为灰烬和残留物。

从电厂的残留通常不包括在这一类。灰烬和残留物通常是罚款，粉状物料，炉渣，熟料，以及少量的烧毁和部分燃烧的材料组成。玻璃，陶器，以及各种金属还发现，从市政焚化炉的残留物。

拆卸和从夷为平地的建筑物和其他结构的建筑废物废物被列为拆建废料。从个人住宅，商业楼宇和其他结构的建设，改造，和维修的废物被列为建筑废料。

这些废物往往是作为垃圾分类。生产数量难以估计和变量组成，但可能包括泥土，石块，混凝土，砖，石膏，木材，带状疱疹，以及水管，暖气，及零件。

特殊废物，如街头垃圾，路边乱抛垃圾，市政垃圾箱，追赶盆地碎屑，动物尸体，和被遗弃的车辆乱抛垃圾废物被列为特殊废物。

因为它是无法预测会被发现死的动物和被遗弃的汽车，这些废物往往确定为来自非特异性扩散源。这是在住宅的来源，这也是弥漫性的，但具体废物的产生，是一个经常性的事件。

处理厂废物从水中的固体和半固体废物，废水和工业废物处理设施，包括在此分类。这些材料的具体特点不尽相同，这取决于治疗过程中的性质。

目前，他们的收藏是不是最负责固体废物管理的市政机构负责。然而，在未来，它预计，他们的处置将成为一个在任何固体废物管理计划的主要因素。

农业废物废物和残留物多样化的农业活动造成的 - 如行的种植和收获，现场，和树和藤蔓作物，牛奶的生产，屠宰动物的生产，以及饲养场的运作统称农业废弃物。

目前，这些废物的处置是不是大部分市，县的固体废物管理机构的责任。然而，在许多地区，畜禽粪便处理已成为一个关键问题，特别是从饲养场和奶制品。

危险废物化学，生物，易燃，易爆，放射性废物，造成重大的危险，立即或随着时间的推移，人类，植物或动物的生命被归为危险。

通常情况下，发生这些废物作为液体，但他们常常在发现气体，固体，或污泥的形式。在所有情况下，这些废物必须处理和处置非常谨慎和小心。

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