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1、Unit 10 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
2、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
3、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
4、测存在于包括人类在的（数十亿）热血动物肠胃中的有机物。(选)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
5、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。（定义：TOC、COD、BOD）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
6、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
7、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
8、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。黑板词组(选)Unit12 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
9、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，
10、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
11、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
12、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
13、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，
14、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。Unit13 污水处
15、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。隔离、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去除
