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1、新编环境科学与工程专业英语彭举威Part3 环境污染与控制技术Unit1 水污染与治理1854年英国伦敦爆发了大规模的流行性霍乱,此事充分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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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。Unit2 废水的生物处理法微生物降解的应用和去除工业废水以及城市废水中的不希望存在的成分并不是一个新的概念。它是一般废水处理活动的常用的过程，而且已经使用了许多年。随着我们认识到化学品对于环境的污染，更多关于有毒化学物的生物降解方面的研究便出现了。在这些处理技术之中，生物降解是最有效的。通过废水的生物处理法跟其他化学的和热的处理过程联合使用，使得其在管理方面
9、的应用得以提高。活化的生物过滤池生物过滤池为第一阶段，活性污泥池为第二阶段，之后是沉淀池。污泥会循环到生物膜阶段和活性污泥池。这种方式结合了生物膜和悬浮生长的特性。活性污泥活性污泥过程是一种典型的悬浮生长的生物处理系统，是用于处理有机和工业废水的最广泛的生物处理过程。然而，它只能处理含有小于 1%悬浮固体的有机废水流，但不能承受浓缩的有机物的冲击式负荷。因此，废水流的进入通常是必须经过包含澄清池（初级澄清池）和平衡池的预处理过程。预净化池用来处理沙砾、油和脂肪以及总固体物，而均质池则对废水流率的变化进行缓冲同时使活性污泥系统的有机负荷更加均匀。活性污泥过程用来处理工业和城市废水，因为它们是丰富
10、多样的，灵活的和通过调整过程参数来达到一个我们所希望的水质出水。这样来命名这个过程是因为有氧的稳定化处理的废水中能产生一个能起作用的大量的微生物。基本过程有很多版本，但它们基本上是相同的。活性污泥在处理单元被应用于过程和生物固体。混合液悬浮固体或活性污泥包含各种各样异养的微生物例如细菌、原生动物、真菌和更大的微生物。占多数的特殊微生物种类的优势取决于被处理的废物及其过程中的操作方法。活性污泥过程是当前被广泛使用的生物处理过程。这部分是基于生物质循环这一结果，生物质循环是整个工艺的一部分，它可以使微生物在相对较短的驯化时间内适应废水组分的变化，并能在较大程度上控制驯化菌的数量。活性污泥系统包括平
11、衡池，沉淀池，曝气池，澄清池，和污泥回收过程。污水在平衡池成为均匀分布的微粒以减少供水的变化，也许导致微生物过程的混乱和减少处理的效率。可沉淀的固体在沉淀池中被除去。接着，污水进入曝气池，使有氧细菌维持在悬浮状态以及提供氧气，和营养物。水池内的被称为混合液。氧气由机械或扩散曝气提供，维持悬浮微生物的数量。 以增加保持在悬浮状态的微生物数量。 混合液从曝气池连续被排入到澄清池，生物量从被处理的污水中被分离。生物质的一部分循环到曝气池以保持曝气池中驯化微生物的最佳浓度。分离剩下的生物质被排放掉。生物质也许进一步在污泥干燥层被脱水或污泥滤清上被过滤。澄清后的废水被排放掉。可循环的生物质被称为活性污泥
12、。使用“活性”这个术语是因为生物质含有活着的和驯化的微生物，当返回到曝气池的时候这些微生物以更高的速度代谢转化和吸收有机物。发生的原因的是因为在澄清池的污泥中，食物与微生物的比率较低。对于工业废水的处理，经常需要提供足够的氮和磷是补充的营养来源。在大多数情况下，氮作为氨加入而磷作为磷酸加入。一个适当的 pH 范围（6 至 8）和一个足够的溶解氧浓度（最小值为 1 至2mg/L）必须要保持在曝气池中来维持一个健康的和活性的系统。曝气池中废水停留时间和污泥的停留时间是重要的操作参数。HRT 被定义为曝气池的体积除以进去水的流率的比，而 SRT 是系统中总的污泥的数量除以污泥离开系统作为废物排出来的
13、速率。必须提供足够的时间使得废水中的细菌吸收水中的有机物。对于活化污泥过程来说，废水停留时间一般是6-24 小时，而污泥停留时间是 4-10 天。最佳操作温度是在 25-32的范围。尽管在活性污泥系统中的有机物范围包括病毒到多细胞微生物,占主要地位和活性最高的是异养细菌,而程度小一点的是同时聚集在污泥絮里和分散在液体中的自养细菌。异养细菌用有机物作为碳和能量的来源，然而自养细菌一般依靠矿物质的氧化来获取能量和利用二氧化碳作为碳的来源。这些细菌能够进行水解和氧化反应。复杂的碳氢化物通过氧酶氧化成低分子量，即结合氧进入到长链或环状的碳氢化合物分子。多糖、脂肪和蛋白质，从聚合物态通过水解形式被降解为
14、单体。通过这些反应的最终产品即醇类和酸进入微生物体内并经胞内酶催化氧化被代谢。氧化遵循化学顺序，即醇类氧化为醛类，再氧化成酸类。部分酸氧化成 CO2和水，来获得所需的能量以利用剩下的酸类来提供细胞生长。通常，活化污泥是很容易地分解醇、醛、脂肪酸、烷烃、烯烃、环烯烃和芳香烃。其它化合物，如异烷烃和卤代烃，更难于微生物的分解。因此，处理的程度和分解的速度，取决于活性污泥系统中的驯化的生物质。但是，一般只有稀的废水才能作普通处理，而大部分危险性的有机废水，除了在很低浓度的时候，通常是有毒的或难以适用这过程。所以，在危险性废水与更容易生物降解的废水流混合时，通过这个处理过程的废水处理系统通常十分实用。
15、溶解的金属离子和细小的金属颗粒通过结合于酶的活性位而对微生物的新陈代谢产生不利的影响，或在活性污泥处理过程中导致酶的构象变化。通常情况下，微生物只能承受少量毫克每升（mg/L）或更少的重金属。重金属，通过增加硫酸盐来生成硫化物而不被溶解。而轻的金属阳离子，通过生成碳酸盐和重碳酸盐被去除。除了生物降解之外，有机物能通过空气的提取，或吸附到污泥中而被去除。Unit3 污水处理过程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
16、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
