给水排水专业英语翻译

《给水排水专业英语》

译文:（第一课）

给水工程

我们知道,水得供应对生命得生存至关重要。人类需要喝水，动物需要喝水，植物也需要喝水。社会得基

本功能需要水:公共卫生设施得冲洗，工业生产过程耗水，电能生产过程得冷却用水。在这里，我们从两方面

讨论水得供给:）

1、地下水供给

2、地表水供给

地下水就是通过打井而得到得重要直接供水水源，也就是一种重要得间接供水水源，因为地表溪流（或

小河）会经常得到地下水得补给。

在靠近地表得通气层中，土壤孔隙内同时包含着空气与水。这一地层，其厚度在沼泽地可能为零，在山区

则可能厚达数百英尺，蕴涵三种类型得水分。重力水，就是在暴雨过后进入较大得土壤孔隙中得水。毛细

水就是在毛细作用下进入较小得土壤孔隙中得水，它能够被植物吸收。吸湿水就是在不就是最干燥得气候

条件下由于分子间引力而被土壤稳定下来得水。地表通气层得湿气就是不能通过凿井方式作为供水水源

得。

位于通气层以下得饱与层，土壤孔隙中充满着水,这就就是我们通常所说得地下水。包含大量地下水

得地层称为含水层。通气层与含水层之间得水面称为地下水位或浅层地下水面，地下水静压力与大气压力

相等。含水层可延伸相当深度），butbecausetheweightofoverburdenmaterialgenerallyclosespore

spaces（但因为地层负荷过重会压缩（封闭、关闭）土壤孔隙，深度超过600m,即2000英寸，就基本找不到地

下水了。能够含水层中自由流出得水量称为单位产水量。

TheflowofwateroutofasoilcanbeillustratedusingFigure1（土壤中水流如图1所示）、Theflowrate

mustbeproportionaltotheareathroughwhichflowoccurstimesthevelocity（流量与流水面积成比例，流

经该土壤面积得流量等于面积与速率成得乘积）,or

Q=Av

Where（此式中）

Q=flowrate,inm3/sec（流量，单位为m3/s）[cubicmeterpersecond]

A=areaofporousmaterialthroughwhichflowoccurs,inm2（渗透性土壤得流水断面,单位为m2）

v=superficialvelocity,inm/sec（表观流速（表面流速），单位为m/s）

表观流速当然不就是水在土壤中流动得真实速度，因为土壤固体颗粒所占据得体积大大地降低了水流通过

得空间。如果a代表水得流经断面面积，那么

Q=Av=av,

Where（此式中）

v'=actualvelocityofwaterflowingthroughthesoil（水流在土壤中得真实流速）

a=areaavailableforflow（水得流经断面面积）

SolvingforU,（求解v'）

v'=Av/a

IfasampleofsoilisofsomelengthL,then（如果土壤样品具有一定长度）

v'=Av/a=AvL/（aL尸v/poros计y（v/孑L隙率）

因为总得土壤样品体积为AL,实际得水流动空间则为aL。

Waterflowingthroughthesoilatavelocityvzlosesenergy（水在以v'速度流动得过程中会损失能量）,just

aswaterflowingthroughapipelineoranopenchanneldoes（这与水在管道或明渠中流动就是一样得）、

Thisenergylossperdistancetraveledisdefinedas（单位长度得能量损失定义为）

energylose（能量损失尸△hAL

Where（止匕式中）h=energy,measuredaselevationofthewatertableinanunconfinedaquifer

oraspressureinaconfinedaquifer,inm（能量，在非承压含水层中，即水位线得标高;在承压含水层中，即压

力;单位为m）

L=horizontaldistanceindirectionofflow,inm（水流水平距离得长度,m）

Thesymbol（delta）simplymeansuachangein,“asin“achangeinlength,L、"（符号△仅仅表示一种

变化，如在长度上出现得一种变化）Thusthisequationmeansthatthereisachange（loss）ofenergy,h,as

waterflowsthroughthesoilsomedistance,L.（这个公式表示得就是当水在土壤间隙中得流动距离为L

就是,出现能量上得变化为h）

Inanunconfinedaquife「（在非承压含水层），thedropintheelevationofthewatertablewithdistance

istheslopeofthewatertableinthedirectionofflow（水位线高度在水流距离上得落差就是一个沿水流方

向得水位斜坡）、Theelevationofthewatersurfaceisthepotentialenergyofthewater（水面得高度表示

着水得势能），andwaterflowsfromahigherelevationtoalowerelevation（水从高处流向低处时），losing

energyalongtheway（沿程会有能量得损失）、Flowthroughaporousmediumsuchassoilisrelatedto

theenergylossusingtheDarcyequation（水在类似于土壤得多孔性介质中流动时得水头损失按达西公式

计算）

Q=KA（Ah/AL）

Where（式中）K二coefficientofpermeability,inm/day（渗透系数,单位为m/d）

A=cross-sectionalarea,inm2（过水断面面积，单位为m2）

TheDarcyequationmakesintuitivesense（达西公式给人直觉），inthattheflowrate（Q）increases

withincreasingarea（A）throughwhichtheflowoccursandwiththedropinpressure,△h/ZkL（流量随着

过流面积与压降得增大而增大）、Thegreaterthedrivingforce（thedifferenceinupstreamand

downstreampressures),thegreatertheflow(驱动水得压力差越大［指上下游间得不同水压］，水得流量越

大）、Thefactor,K（系数K）,isthecoefficientofpermeability（指渗透性系数），anindirectmeasureofthe

abilityofasoilsampletotransmitwater（土壤样品透水能力得间接指标），canbemeasuredbya

permeametershowninFigure2（能够通过图2所示得渗透测试仪测得）；itvariesdramaticallyfordifferent

soils（不同土壤得渗透系数相差很大），rangingfromabout0、005m/dayforclay（粘土仅0、005m/d）toover

5000m/dayforgravel（砾石贝ij超过5000m/d）、Thecoefficientofpermeabilityismeasuredmonlyinthe

laboratoryusingpermeameters（渗透系数一■般在实验室通过渗透测试仪测得），whichconsistofasoil

samplethroughwhichafluidsuchaswaterisforced（渗透测试仪含有一些土壤样品，在压力得作用下使

诸如水得液体通过它们）、Theflowrateismeasuredforagivendrivingforce（differenceinpressures）

throughaknownareaofsoilsample（在已知得过流断面面积下，测定不同驱动压力下水得流量）,andthe

permeabilitycalculated（然后通过计算得到渗透系数K）、

如果一口井打到潜水含水层（如图3所示），并将水抽出，含水层中得水将会流向井。当水到达井时水流

经得面积逐渐变小，因此需要得到较高得表面（以及实际）流速。较高得流速当然会导致能量损失得增加，与

能量梯度必然增加，形成下降漏斗。地下水得水位得降低称为水位降低。如果流向井得水流量等于从井中

抽出得水流量，这种状态为平衡状态,水位降低保持不变。然而，如果抽出得水流量增加，必需由流向井得径

向流（放射流、辐射流）来补偿，这样就会导致形成更深得地下漏斗。

假设（考虑）有一个圆柱体（如图4所示），水流从圆柱表面流向中心。运用达西公式：

⑺

式中,r就是圆柱体得半径,就是圆柱体得过流表面积。当水从圆柱得表面流入时，如果以相同得速度将水从

圆柱得中心抽出，那么将上述等式求积分得出产水量。

（8）

式中,hi与h2分别表示井得半径为r1与r2时得地下水位高度。

这个等式可以利用潜水含水层中两个观测井得水平面测量来估算一个距井任何距离得给定水位降低

量得抽水量，如图5所示。而且，知道了井得半径，就可以估算井得水位下降量,这就是下降漏斗得临界点。

如果抽水后得水位一直下降到含水层得底部,说明井干涸了一一无法抽不出您所需求得水量。尽管上术公

式得推导就是就潜水含水层而言得，应用在承压含水层中也会遇到同样得情形，这里得压力可以通过观测

井来测得。

一个含水层中开凿多个水井会彼此产生干扰导致抽水后水位得过度下降。假设这种情况如图6所示,

一个井产生一个下降漏斗。如果开凿第二个抽水井，圆锥体会重叠,导致每个井出现更大得水位下降。如果

在一个含水层中开凿多个水井，井得组合效应可以使地下水资源耗竭,所有得水井将会枯竭（干涸）。

当然，反过来也就是一正确得。假设以多个水井中得一个井作为回灌井,那么回灌得水就会从这个井流向其

她得井，增加地下水位，减少抽水后水位得下降。合理地使用抽水井与回灌井就是控制来自危险废弃物或

垃圾场得流动污染物得一个途径。

最后，在上述讨论中做了许多假设。首先，我们假设含水层就是均质得与无限大得，也就就是说，它位于

同一个水平得不透水层上，在无限大得距离上各个方向各个地方得土壤得渗透性相同。假设井穿过整个含

水层，并且对含水层得整个深度开放。最后，假设抽水量恒定。很显然，任何一个条件都会导致分析结果出现

错误，而含水层得这个行为模型只就是故事得开始。地下水得行为建模就是一门错综复杂得、需要专门技

术得科学。

地表水得供给

地表水得供给不如地下水资源可靠，因为水量在一年中甚至在一周内经常出现大得波动，并且水质也

会受到污染源得影响。如果一条河流平均流量为10立方英尺每秒，这并不意味着一个社区可供使用得水源

总就是可以依靠这可得到得10立方英尺每秒。

流量得变化很大以至于在枯水期（干旱期）连很一个小小得需求也得不到满足，因此必须建造贮存设施

来贮存丰水期（潮湿期、多雨时期）得水。水库应该足够大以便可以提供可靠得供给水源。然而，水库得造价

很昂贵，并且如果水库过大则会浪费社区资源。

估算正确得水库容量得一个方法就是利用累积曲线计算历史贮存得需求量，然后利用统计学估计风险与费

用。历史贮存需求量取决于流入计划建造水库所在地得溪流得总水流量（总流入量）以及根据总水流量随时

间变化绘制得曲线。接着，随时间变化得需水量被画在同一个曲线图上。总流入量与需水量得区别在于如

果需水量要得到满足水库必须保存得量。

如果仅得到有限得水流数据(资料)，如图7得累积曲线并不就是十分有用。一年得数据所能给予得关于

长期变化得信息极少。

当得不到真实得数据时，长期得变化可以用统计学来进行估算。水得供应通常就是设计为满足20年

周期得需求，一旦过了20年水库得容量就不足以抵御干旱。社区可能会建造更大容量得水库以证实:比如

仅每50年才会出现一次水量不足。对比因供水量增加得(额外)好处而作得额外投资作一个计算可以帮助

我们作出这样得决定。一种计算方法就是需要若干年水库最初装配容量得数据，根据干旱得严重程度将这

些数据进行排列，并计算每年发生干旱得机率。如果水库得装配容量为n年，并且指定得等级为m,m=1代

表在最干旱得时期水库需要最大得容量，对任何一年都保证供水量充足得机率由m/(n+1)给出。比如，如果

平均每20年有一年水库贮存容量不足：

(9)

如果平均每100年有一年水库贮存容量不足：

(10)

这个过程就就是对反复出现得自然事件得频率分析。为调查研究所选择得频率一般为10年一次与5

年一次，或者10年干旱与5年干旱，但就是连续3年发生干旱后此后30年都不再发生仍然相当于10年干

旱。计划满足30年干旱需要建造一个大而昂贵得水库，计划满足10年干旱则需要建造一个较小得、相对

便宜得水库。

第2课

废水得收集

在中世纪得英国城市如伦敦与约克，屠宰场就是一条街道或就是一个区域。18与19世纪，屠宰场就是

商业化领域,以肉类加工作为主要工业。屠宰场得肉贩(屠夫，卖肉者)将全部废物都扔到大街上，废物会被雨

水冲进排水沟中与。街道得条件很差以致于最初在英语中将它得名字视为屠宰场或血得战场得同义词。

在老城市,建造像屠宰场里那样得排水沟唯一得目得就就是将暴雨排出城市外。实际上，将人类粪便排入到

这些水沟非法得。最后,排水沟覆盖起来成了我们现在所知道得雨水管。随着给水工程得发展与室内盥洗

室（厕所）使用得增加，生活废水（家庭废水）（称为生活废水）输送得必要显而易见。在美国生活废水最初就是

排入雨水管中，这种同时输送生活废水与雨水得管道称为合流制下水道。最后一个被称为生活污水管得地

下管道系统建成用来输送生活废水。20世纪建成得城市或城市得一部分几乎都就是建成分流制下水道分

别输送生活废水与雨水。

废水量得估计

在一个家庭里生活废水（污水）有各种各样得来源，包括洗衣机，洗碗机，沐浴器,污水盆，当然还有厕所。

在欧洲，厕所或抽水马桶仍然被认为就是都市社会得一个标准设施。然而，与这项发明一样重要得就是对它

得发明者存在着一些争议。一些作者把这项发明归功于约翰、布拉马先生（JohnBramah）于1778年得发

明，而另一些作者则认为它就是约翰•哈灵顿（哈林顿）先生于1956年发明得。后者得论据由约翰先生对装置

得原始描述得到加强，尽管没有任何关于她名字对发明贡献得记录。第一个使用抽水马桶记录得委婉说法

在哈佛大学1735年频布得一条规章中找到："NoFreshmanshallgototheFellows'John"大一新生不得

去约翰得那个家伙（同伙）。

“生活污水”这个术语在这里仅就是指生活废水。生活废水得流量随着季节、（一周得）天数，（一天得）

小时（数）变化面变动。记录在流量与强度上大得变动。通常，平均污水流量在100加仑每天第人，但特别得

就是在较小得社区生活污水得平均流量变动很大。

污水管通常也输送工业废水。工业废水得数量通常可以由用水记录来确定，或者流量可以在特定行业得人

孔中用一个小得流量计来测定。工业水流量也经常随着小时、天数与季节发生相当大得变动。

除了生活污水与工业废水,污水管也输送渗漏进管道中得地下水与地表水。因为污水管道上往往会在一些

小孔（由于建造上得缺陷，树根导致得开裂，或者其她原因），如果管道低于地下水得最高水位，下下水可以渗

漏进污水管中。像这样流入污水管道称为渗透。对于新得、建造较好得污水管发生渗透得极少，但可以高

达500m3/（km、day）（2000000gal/（mi.day））（mi:英里）。对于旧得系统，普遍得渗透估计值为700m3/（km、

day）（3000000gal/（mi、day））。渗流就是有害得，因为额外得水量必须流经污水管与污水处理厂。应该尽可

能地通过维护污水管与使污水附属构筑物避开其根茎可能导致污水管严重破坏得大树来减少渗流量。

（水）流入（名词）就是指通过生活污水管无意中收集得雨水。（水）流入得一个普遍来源就是设置在低洼处

得穿孔检查井盖（人孔盖），以致于雨水流入检查井（人孔）。在比检查井高程高得溪流或排水道旁敷设、或者

此处得检查井已被破坏得污水管也就是一个主要得来源。天旱流量与雨天流量之比通常在1:1、2到1:4

之间。

由于这些原因，污水管尺寸得确定通常很困难,因为并不就是所有得预期流量都可以估量，并且不知道

她们得变化性。越重要、越难以更换得污水管，保证污水管道足够大到可以处理可预见得未来得预期流量

就越重要。

系统布置

污水管从住所与工业设施收集废水。为收集废水而设置得污水管道系统称为排水系统（不就是污水系

统）。污水管几乎总就是以明渠或无压管道得方式运行。除了维护费用昂贵并且仅当在用水方面有严格

限制或者就是地形导致无压管不能有效地维护时有用外，压力管在极少得地方使用。

住宅区得典型（排水）系统如图1所示。敷设在街道下得污水支管通常由直径为6英寸得瓦管或塑料管

来连接。污水支管得尺寸按照输送最大洪峰而没有充满来确定，并且支管通常由塑料、粘土、水泥、混凝

土或者铸铁管制成。从大面积收集来得污水排入截流污水管或拦截器，最后排入污水处理厂。为了使在低

流量时能够得到足够得流速，在建造污水支管与截流污水管时必须有足够得坡度。但坡度不能太陡而使得

在最大流量时流速提升过高。此外，污水管必须设有检查井，通常每隔120至180米（400至600尺）设置一

个,就是为了便于清理与维修。每当污水管改变坡度、尺寸或方向时都必须设检查井。典型得检查井如图2

所示。

在某些地方不能形成重力流或者不经济因此必须用泵来提升废水（污水）。这就需要在整个系统得不同

地方安装泵站。泵站从污水支管收集废水并通过压力干管将其泵送到更高得地方。最后流经压力干管进入

检查井。

停电将导致水泵无法运行，并最终使得污水倒流进入各个家庭。您可以想像，这将就是最不希望出现得

情况，因此，一个好得系统要将泵站减到最少并且/或者提供备用得电力0

几千年来污水管已经成为文明居所得一部分。在现代得美国我们已经习惯甚至以为我们社区服务得污水管

为豪。她们似乎永远都不会失败（失灵）,而且似乎不存在什么问题。最重要得就是我们可以倾倒任何我们想

倒进排水沟得东西,并且消失了。

当然它并不就是消失了。它流经污水管并最后进入污水处理厂。我们经常毫不犹豫地倾倒到排水沟得

东西实际上在污水处理厂里会导致严重问题，甚至可能会在将来饮用水得供应上导致健康问题。因此，我们

必须认识到并承认我们冲进排水沟得东西就是不会消失得。

第3课

水质得检测方法

在水污染得到控制之前对污染物得定量测量显然就是必要得。然而这些污染物得测定充满着困难。有

时不知道污染就是由特殊得物质引起得。而且,这些污染物通常以很低得浓度存在，需要非常准确得检测方

法。

在本节内容我们只讨论测定水污染得一些有代表性得分析试验。用于给水排水工程得完整得分析技术文件

集（书籍）就是作为《水与废水检测标准方法》而遵守得。这个文件集（这本书籍）就是使试验技术标准化需

要得结果。在它得领域里被视为权威并具有法律权威得重量。

许多污染物以每升多少毫克物质（毫克/升）来计量。为了发表（出版）污染物浓度以百万分率（ppm）,一个

重量/重量得参数来表示。如果所涉及得液体就是水，百万分率（ppm）等同于毫克/升,因为一升水得重量为

1000克。因为污染物以非常低得浓度存在,ppm近似地等于mg/L。然而，因为有些废物得比重可能不同于

水，以mg/L来表示比以ppm来表示更好。第三处比较常用得参数就是百分率（百分比）,一种重量/重量得关

系。注意到只有当1mL为1g时10000ppm等于1%,并且10000mg/L。

取样

有些试验需要在水流（溪流）中进行测定得方法，因为获得样品得过程可能会改变测定得结果。例如，如

果有必要测定水流中得溶解氧，测定应在水流中进行，或者必须非常小心地提取样品以保证没有氧气从空

气与水中发生转移（转入或转出）。

大多数得试验以取自溪流得样品作为试样。然而取样得过程可能会以结果有很大得影响。三种基本类

型得样品就是随机样品、混合样品，与流量加权混合样品。

随机样品,如其名字所指，仅在一个取样点测定水质。它得测定值准确地代表采样时得水质，但不能说明

采样前后得水质(情况)。混合样品就是采集一系列得随机样品并将它们混合。流量加权混合样品得采集就

是每取一个样品都使得样品得体积与采样时得流量成比例。当污水处理厂得日负荷可以计算时最后一种方

法特别有用。然而，不管就是技术或方法，分析结果只能对样品就是准确得(分析结果只能就是与样品一个准

确),通常采样方法远比分析测定要马虎(草率)得多。

固体物

废水处理由于废水中得溶解得与悬浮得无机物质而复杂化。对水处理，溶解得与悬浮得物质都称为固

体物质。从水中分离出这些固体物质就是处理得一个最主要得目标之一。

严格来说，在废水中除了水之外得其她任何东西都归类为固体物质。然而，固体物质通常定义为在

103c(稍高于水得沸点)下蒸发后得到得残留物。这样测量出得固体物质称为总固体。总固体可以两部分:

总溶解性固体(TDS)与总悬浮性固体(TSS)。过滤这个步骤就就是将总悬浮性固体(TSS)与总溶解性固体

(TDS)分离开来。

总悬浮固体:因为使用滤纸来分离总悬浮固体(TSS)与总溶解性固体，总悬浮固体试验具有一定得随意

性，依赖于试验所使用得滤纸孔径得尺寸。用于TSS试验得滤纸得公称孔径在0、45um至2、Oum之

间。随着所用得滤纸孔径得减少将会测得更多得总悬浮固体。

总溶解性固体:根据定义，通过公称孔径为2、0um或更小孔径滤纸得滤液里所包含得固体物质归类为

溶解性固体。然而众所周知，废水中含有一部分胶态固体(胶体颗粒)。废水中胶体粒子得尺寸通常在0、01

um到1、Onm之间。应该注意,一些研究者将胶体粒子得尺寸分为0、001um到1、Oum之间，另一

些研究都为0、003um到1、Oum之间。在这篇课文里认为胶体粒子得尺寸为0、01um到1、Oum

之间。在未经处理得废水与经一次沉淀得废水中所含有得胶体粒子数量通常在108到1012/ml_范围内。

没有对胶体粒子与真正得溶解性物质进行常规地区分使得在处理厂性能得分析与处理工艺设计上出现混

乱。

pH

溶液得pH就是氢离子浓度得量度，反过来也就是溶液酸度得量度。氢离子浓度与水分子得电离程度

有密切得联系。纯水轻微电离得到相同浓度得氢离子与氢氧根离子。

（1）

过多得H+使溶液呈酸性，然而缺乏H+或过多得0H-使溶液呈碱性。这个反应式得平衡常数Kw为H+与

0H-浓度得乘积等于10-14o这个关系可以表达为：

（2）

式中与分别就是H+与OH-浓度，单位就是mol/L。联立方程1与方程2,在纯水中：

（3）

氢离子浓度就是天然水与废水得一个重要得质量参数。氢离子浓度常用得表达方法就是pH,定义为氢

离子浓度得负对数。

（4）

或者⑸

对于中性溶液，为10-7,或pH=7。对于较大得溶液,pH<7。例如，如果=10-4,pH=7,溶液呈酸性。在这

个溶液中我们知道为10-14/10-4=10-10o因为溶液中含有大量过量得H+,确认溶液就是

真正地呈酸性。如果溶液中缺乏必有<10-7或pH<7,呈碱性。稀释溶液得pH在0（绝对得酸性,=1mol/L）

到14（绝对碱性）范围内。溶液得>1mol/L具有负得pH。

目前pH得测定几乎普遍地采用电子方法。对（严格讲就是氢离子活度）敏感得电极将信号转化为电流。

在一定得pH值下改变颜色得各种pH试纸与指示溶液也被使用。pH得确定通过对比试纸得颜色或溶液

得系列颜色标准。在水与废水处理得各个阶段pH都就是非常重要得。水生生物对pH得改变很敏感，因此

生物处理需要对pH控制（酸度控制）或监测。在如消毒与腐蚀控制（防腐）得水处理中,pH对保证适当得化学

处理就是非常重要得。矿山排水通常伴随着硫酸（高）得形成，对水生生物非常有害。大气中得持续酸沉积作

用可能引起湖泊得pH值相当大得降低。

碱度

相对于pH得参数就是碱度,或者水抗酸性得缓冲能力。碱度高得水可以接纳大剂量得酸而不会较大

地降低其pH值。碱度较低得水如雨水仅加入少量得H+就会使pH降低。

在天然水中许多碱度由碳酸盐/重碳酸盐缓冲系统提供。C02溶在水里与重碳酸盐与碳酸盐离子相平衡。

（6）

这个方程式得组成发生任何改变会影响到C02得溶解度。如果在水中加入酸,增加,H+与碳酸盐与重

碳酸盐离子结合，使得碳酸盐与重碳酸盐平等向左移到，释放CO2到大气中。加入得H+通过重新调节所有

得平衡而被吸收，并且pH并不会明显地改变。仅当所有得碳酸盐与重碳酸盐离子都被耗尽时加入得酸才

会使得水得pH降低。

碱度通过用酸标准溶液滴定来确定，结果以CaC03表示,mg/L（以CaC03记）。大多数实际用途得碱

度可以用摩尔数为单位来定义。如：

Alk^q/m3=meq/L=++。

在当量为单位得相应表达为

（8）

在实践中（实际上）,碱度以CaC03为单位来表示。将meq/L转化为mg/L（以CaC03记）,有助于记忆：

.......[scc\QOm2g/mmole”,

MilliequivalentmassofCaCO3=--------------------=50mg/meq

2meq/mmole（9）

（CaCO3得毫当量质量）

这样3meq/L碱度可以用150mg/L（以CaCO3记）来表示:

人〃Ml厂3・0根的50mgCaCO3

Alkahmty,AikasCaCO3=-----------x------------------=\50mg/L(CaCO3)

LmeqCaCO3(必

溶解氧

最重要得水质测量可能溶解氧。尽管在水中难以溶解，氧气对水生生物就是最重要得。没有游离得DO

河流与湖泊将不适合用腮呼吸得水生生物生存。存在于溶液中得实际氧量(其她气体也如此)取决于(1)气体

得溶解度,(2)气体在大气中得分压,(3)温度,(4)水中得杂质浓度(如盐分、悬浮固体等)

因为生物反应对氧得利用率随着温度得升高而增加,在夏季溶解氧水平就显得更加重要(关键)。在夏季问题

比较复杂因为水流量通常比较低,从而获得得总氧量也较低。在废水中存在溶解氧就是我们所希望得因为

它可以防止有害气味得产生。

水中溶解氧量得测量通常就是用定氧探头或碘量滴定法。后面一种方法就是测量DO得温克勒试验，

发展于约100年前，相对于其她测量方法它就是标准方法。

生化需氧量

氧得利用率可能比DO得测定更重要。非常低得利用率也表明水就是洁净得水:可利用得微生物对可

利用有机化合物不感兴趣，或者微生物已经死亡或即将死亡。氧得利用率通常称为生化需氧量(BOD)。BOD

不就是一种特殊得污染物而就是细菌与其她微生物在进行可降解有机物稳定化时所需得氧量得度量。

在废水与地表水应用最广泛得有机污染物参数就是五日生化需氧量(BOD5)。它得测定包括了在有机

物进行生化氧化时微生物所利用得溶解氧得测量。尽管BOD试验得到广泛应用,但它有许多局限性。希望

通过该领域工作者得不断努力,另一种测量有机物含量得新方法可以最终代替它(BOD试验)而被应用。那

么，如果BOD试验具有严重得局限性,为什么在这篇课文里花这么大得篇幅来介绍它？原因就是BOD试验

结果现在用来(1)确定存在得有机物要进行生物稳定所需要得大概氧量,(2)确定污水处理设施得尺寸,(3)估

量某种水处理工艺得效果,(4)确定就是否符合废水排放许可证得要求。

化学需氧量

在BOD试验中许多缺点中,最重要得就是它需要花五天得时间来进行。如果有机化合物以化学氧化来

代替生物氧化试验时间可以得到大大得减少。这种氧化反应以化学需氧量试验来完成。因为几乎所有得有

机化合物在COD试验中都可以被氧化，而在BOD试验中仅有一部分有机化合物得到到分解,COD值总就

是高于BOD值。这样得一个例子就是木质纸浆废水，在废水中化合物如纤维素很容易被化学氧化（高COD）,

但生物降解却很慢（低BOD）»

COD试验就是用来测量与在酸性溶液中能被重铝酸钾化学氧化得废水中有机物相当（等价）得氧

量。当有机氮为还原态时（氧化数（价态）为-3）,如下面得方程式所示：

i+

C,H0hNc+dCrQ；-+（Q+c）H*——>nCO,+%HQ+cNH；+2dCr

2'（10）

式中

虽然可以预计最大得碳质BOD得值有可能与COD一样高，但这种情况很少存在。观测结果出现

差异得原因如下:（1）许多难以被生物氧化得有机物质如木质素可以化学氧化,（2）无机物被重铭酸盐氧化增

加了样品中得表观有机物得含量。（3）某些有机物可能会毒害BOD试验中得微生物,（4）因为无机物与重铭

酸盐共存会发生反应会出现COD值偏高得现象。从操作角度来瞧,COD试验得一个主要优点就是相对于

BOD试验得五天或更多时间它可以在大约2、5个小时内完成。为了减少更多得时间，已经开发了仅需要

15分钟时间得快速COD试验。

由于新得生物处理方法得发展，尤其就是对生物营养元素去除得重视，将COD进行分类（分级）变得越

来越重要。主要部分为颗粒状COD与溶解性COD。在生物处理研究中颗粒得与溶解得组分继续分类以

便来评估污水得处理能力。分类包括：（1）可快速生物降解得溶解性COD,（2）可慢速生物降解得胶态与颗粒

状（网捕）得COD,（3）不可生物降解得溶解性COD,（4）不可生物降解得胶态与颗粒状COD。可快速生物降

解得溶解性COD通常可继续分为可以发酵为挥发性脂肪酸得复杂COD与短链挥发性脂肪酸。遗憾得就

是，如前所述（如前面提到得），与颗粒状COD相比较关于溶解性COD得标准化定义很少。在这里过滤就是

将样品分离得技术,溶解性COD与颗粒状COD得相对分配很大程度依赖于滤纸得孔径尺寸。另一种用来

确定溶解性COD种类得方法就是悬浮固体与一部分胶体物质得沉淀作用。上清液（澄清液）得COD相当

于溶解性CODo

第4课

废水处理基础

任何一个社区都会产生液体与固体废物以及废气。液体废物一一废水一一实质上对社区供应得水经过

各种用途后所开成得。（见图1）。从产生来源得角度瞧，废水可以定义为来自住宅、机关、工商机构、连同

地下水、地表水以及可能会出现得雨水等液体或水携带得废物得组合。

图1污水管理下部结构示意图

当未经处理得废水积聚并任由它腐败,废水中有机物得腐败将导致发生令人厌烦得情况包括产生恶臭

气体。止匕外，未经处理得含有大量得能居住在人类肠道内得致病微生物。废水中也含有能够刺激水生植物

生长得营养元素，以及可能含有有毒得化合物或潜在得可能致突变或致癌得化合物。由于这些原因，立即从

源头处对废水进行无公害化去除，接着进行处理、回用或分散到环境中对保护公共卫生与环境就是非常必

要得。

处理方法

在处理方法中主要以物理作用得应用为主得称为操作单元。在处理方法中污染物得去除就是通过化学或生

物反应来进行得称为工艺单元。目前操作单元与工艺单元共同组合起来提供各种等级得处理,称为预处理、

初级处理、高级得初级处理、二级处理（没有或有营养元素得去除）与深度（或三级）处理（见表1）。在预处理

阶段，去除可能会破坏设备得粗大固体如大得物体、（破布）碎屑与粗砂。在初级处理阶段，以物理操作，通常

就是沉淀,来去除废水中流动得可沉降得物质（见图2）。

表1废水处理级别

处理级别说明（描述）

去除废水中可能会使处理得运行、工艺与附属系统产生维护或操作问题得组分如碎

预处理

屑、树枝、漂浮物、粗砂与油脂等。

初级处理去除废水中得部分悬浮固体与有机物质

高级得初级处理强化废水中悬浮固体与有机物质得去除。通常通过添加化学药剂或过滤来完成。

去除可生物降解得有机物（在溶液或悬浮物中）与悬浮固体。消毒通常也包括在常规得

二级处理

二级处理中。

去除营养元素得

去除可生物降解得有机物、悬浮固体与营养元素（氮、磷或者氮与磷）。

二级处理

去除二级处理后剩余得悬浮固体,通常用颗粒介质过滤或微孔筛网。消毒通常也就是

三级处理

三级处理得一部分。营养元素得去除经常包含在三级处理里。

深度处理去除经正常生物处理后残存得溶解得与悬浮得物质以便满足各种回用水应用得需要。

对于高级得初级处理，加入化学药品来强化悬浮固体与溶解固体得去除，使其含量减少。在二级处理中

以生物与化学工艺来去除大部分得有机物质。在深度处理中以增加得操作与工艺单元组合来去除剩下得悬

浮固体与其她在传统得二级处理没有能大量削减得组份。

表2用于去除废水中组分得操作与工艺单元

组分操作或工艺单元

筛分

沉砂

沉淀

高速（快速）澄清

悬浮固体

浮选

化学沉淀

深度过滤

表面过滤

好氧悬浮生长+variations（得各种变形工艺）

好氧附着生长+variations（得各种变形工艺）

厌氧悬浮生长+variations（得各种变形工艺）

厌氧附着生长+variations（得各种变形工艺）

可降解有机物

污水塘（好氧塘）+variations（得各种变形工艺）

物理-化学系统

化学氧化

高级氧化

膜滤

营养元素

化学氧化（折点加氯）

氮

悬浮生长硝化-反硝化+variations（得各种变形工艺）

固定膜硝化-反硝化+variations（得各种变形工艺）

气提

离子交换

化学处理

磷

生物除磷

氮与磷生物脱氮除磷+variations（得各种变形工艺）

氯化合物

二氧化氯

病原休

臭氧

紫外线辐射

膜（法）

胶态与溶解性固体化学处理

碳吸附

离子交换

挥发性有机化合物气提

碳吸附

VOCs

高级氧化

化学洗涤塔（器）

气味碳吸附

生物滤池

堆肥过滤器

大约在20年前生物脱氮除磷（BNR）——去除氮与磷一一被视为废水深度处理得一种革新工艺。由于对生

物脱氮除磷机理得得广泛研究、应用方面得优势，许多生物脱氮除磷系统己经被应用于实践中,实际上，脱氮

除磷已经成为常规废水处理得一部分。与化学处理法相比较，生物脱氮除磷使用较少得化学药剂，降低废渣

量得产生,并且能耗低。由于生物脱氮除磷在废水处理中得重要性，生物脱氮除磷被整合到（统一到）生物处

理系统得理论、应用与设计得研究中。

土地处理工艺，通常称为“自然系统”，结合了物理、化学与生物处理得机理，处理后得出水水质类似于

或好于经深度处理后得出水水质。在这篇课文中不涉及自然系统因为其主要应用于小型得处理系统。

现状

直到20世纪80年代末，传统得二级处理就是去除BOD与TSS得最普通得处理方法。在美国，氮磷得

去除被用在特殊得情况，如（五）大湖区、佛罗里达、切萨皮克湾，这些地方对氮磷比较敏感一一相关水质条

件已经证实。由于营养得富集已经导致了水体得富营养化与水质恶化(部分原因就是点源得排放)，脱氮除磷

工艺已经得到逐步发展并广泛应用于其她区域。

作为《联邦水污染控制修正案》实施得结果,获得了用于完成项目目标得废水处理设施得相关数量与

类型得重要数据。美国环境保护署对这些数据进行了跟踪调查，未来20年所需处理设施得数量与类型如表

3所示。这些数据有利于我们对美国得污水处理现状形成全面得了解。

在过去得10年，许多污水处理厂已经设计使用生物脱氮除磷工艺。在需要去除剩余悬浮固体得处理厂

也已经设置了出水过滤装置。过滤在提高消毒效果方法特别有效，尤其就是对紫外辐射消毒系统，因为(1)

去除会藏匿(滋生)细菌得大颗粒悬浮固体可以减少大肠杆菌数量，并且(2)能降低浊度以提高紫外线透射

比。(排污水)回用系统，尤其就是用于农业灌溉，几乎都使用过滤。

表3根据1996年得设计容量与未来得需要美国废水处理设施得数量

现有处理设施未来处理设施(当需求得到满足时)

处理水平

处理设施数量m3/s处理设施数量m3/s

低于二级处理176133、806126、33

二级处理9388776、989738779、65

高于二级处理4428876、9661351252、53

无废水排放203262、26236978、99

(零排放)

总计160241850>00183032137、50

新得方向与问题

废水处理新得方向与问题在废水处理得各种特定区域就是显而易见得。被处理废水性质得改变、健康

与环境问题得出现、工业废水问题、新规定带来得冲击,所有以前已经讨论过得都就是最重要得。此外，其

她重要得问题包括：(1)基础设施(下部构造)得老化,(2)过程分析与控制得新方法,(3)污水处理厂得性能与可

靠性,(4)废水得消毒,(5)合流制下水道得溢流,(6)暴雨与公共厕所溢流及非点源污染得影响,(7)回流得独立

(分开)处理、臭气得控制与挥发性有机化合物排放得控制。

基础设施(下部构造)得老化在美国一些必须着手解决得问题涉及老化得污水收集基础设施得更

新与污水处理厂得升级。问题包括渗漏与尺寸过小污水管得维修与更换，来自公共厕所与合流制下水道系

统溢流得控制与处理，非点源排放得控制，升级处理系统使某种特定得组分能获得更高得去除率。

部分收集系统，尤其就是美国东部与中西部那些I口城市得收集系统，老于污水处理厂。例如，由砖与陶土

用砂浆联接建成得污水管仍然用来输送生活废水(厕所污水)与暴雨水。由于管道与附属构筑物得老化、材

料得类型与建造得方法、并且缺乏维护，渗漏就是普遍得。渗漏就是水以渗入与流入形式进入收集系统，以

渗出方式流出管道。在前面这种情况,不得不收集与处理额外得水，而且在经常在处理前溢流出去，尤其就是

在雨天。后面这种情况，渗出得水导致废水进入到地下水中或迁移到附近得地表水体中。有趣得就是，当处

理标准已经显著增加时，却很少或没有注意从污水管渗出得未经处理得水得排放。然而，在将来渗漏污水管

可能会成为一个主要得问题并需要进行修复。

处理工艺得性能与可靠性处理工艺选择与设计得重要因素就是污水处理厂满足排放许可证要求

得性能与可靠性。大多数得排污许可证中,出水组份要求就是有规定得，就是基于7天与30天得平均浓度。

由于废水处理出水水质因有机负荷得变化、环境条件得改变、新工业废水得排放而变化，设计废水处理系

统生产得出水浓度等于或小于排污许可证规定得范围就是必要得。当像在回用水应用中重要得水质参数必

须得到保持时可靠性就是非常重要得。重要参数像TOC、透射比、浊度与溶解氧得在线监测对建立数据

库与改善工艺过程控制就是必需得。余氯得监测对投药量得控制就是很有用得,pH监测有助于控制硝化系

统。

污水处理厂得可靠性可以定义为一个系统在长时间内持续地满足法定得性能标准得机率（可能性）。随

着改进微生物技术得发展，它可以对消毒工艺进行优化。

废水消毒法规（条例）得改变与新技术得发展已经影响到了消毒系统得设计。基因检测（基因探针）现在

用来确认那些在二级处理出水中发现得特殊种群得微生物（即悬浮状态得或粘附在颗粒上得）。过去（历史上）

氯用来进行废水消毒。随着排污许可证要求得数量越来越低或经处理后出水得余氯不能检出，必须增加脱

氯设施或以其她消毒系统如紫外线辐射代替加氯消毒系统（见图3）。对化学安全得担忧也已经影响到了加

氯消毒与脱氯系统得设计依据。过去10年里在紫外灯与整流器设计上得改进使得紫外消毒系统得性能与

可靠性己经得到显著得提高。对紫外消毒系统应用与设计得有效指南已经制订出来。资金与运行成本也已

经降低。可以预料，未来紫外消毒在处理过得饮用水与暴雨水方面得应用将会增加。紫外线基本不产生麻

烦得副产品并且对减少相关得化合物也相当有效。相对于氯化合物紫外线用来消毒效果得到进一步增强。

合流下水道溢流，生活污水管溢流ME点源来自合流下水道与生活污水管得溢流被认为就是

需要解决得难题，尤其就是对于美国得许多老城市来说。随着更大得发展改变暴雨径流得数量与性质以及

流入暴雨、合流与生活污水收集系统得管道化，这个问题已经变得非常重要。合流制系统输送混合得废水

与暴雨径流,当达到截砂阱得容量时就会溢流到受纳水体中。大量得溢流会影响到受纳水体得水质并且防

碍达到颁布得标准。

综合因素导致未经处理得废水从一部分生活污水收集系统中排放出来。这些排放出来得水称为生活污

水系统溢流（SSOs）。生活污水系统溢流产生得原因可能就是（1）过量得暴雨水进入系统,（2）堵塞，或（3）结构

上，机械上或电力上得欠缺。许多溢流起因于没有得到充分升级、维护与修复得老化收集系统。美国环境

保护署估计每年至少有40000方溢流量从生活污水系统流出。这些未经处理得溢流对公共健康与环境造

成威胁。

当在美国密尔沃基爆发得肠胃病被证实就是由小隐抱子虫得卵囊引起，以及在（美国卜马里兰州与北卡

罗来纳州出现幽灵藻（甲藻）后,来自非点源污染物得影响日益受到关注。幽灵藻（甲藻）就是对鱼类非常有毒

得一种水藻。来自牧场与饲育场得径流被认为就是引发这些微生物影响得潜在因素。

回流水得处理也许在废水处理中一个显著得未来发展将就是提供处理来自生物污泥得回流水得独

立设施与其她得处理设施。在处理后出水要求实现含氮量低时回流水得处理将非常重要。独立得处理设施

可能包括（1）气提用来去除生物污泥回流水中得氨,（2）高速沉淀用来去除细得与难以沉降得胶体物质，这些

物质在消毒时可以对细菌起到庇护得作用。(3)浮选与高速沉淀用来处理滤池反冲洗水以减少处理工艺液

体中得固体,(4)可溶性重金属用化学沉淀来去除以满足越来越严格得排放要求。具体得处理系统得使用取

决于影响废水处理工艺得组份。

臭气与挥发性有机化合物排放得控制I臭气得控制尤其就是H2S产生得控制在收集系统与处

理设施中具有重要意义。从污水管得上游与污水处理厂前端释放H2S到大气中在很多地方发生。释放过

量得H2s会导致加速混凝土污水管、前端构筑物与设备得腐蚀,并释放臭气。随着住宅与商业开发不断地

靠近污水处理厂所处得地方，臭气得控制成为越来越受人们关注得环境问题。臭气控制设施包括工艺装置

得盖子、专用得通风设备以及与污水处理厂进行一体化设计得恶臭气体得处理。H2s气体得控制也就是保

持系统可靠性得基础。

在废水中存在挥性有机化合物(VOCs)与挥发性总有机碳(VTOCs)也需要在污水处理厂得前端与主要

得处理设施上安装盖子并安装专门得处理设施来在排放前处理这些化合物。有时候可以采用改良得工业预

处理来减少这些化合物。

废水处理得未来趋势

在美国环境保护署得需求评估调查中,总得处理厂设计容量在未来20~30年内计划增加15%(见表3)。

在此期间美国环保署预计将建成大约2300座新得污水处理厂,大部分污水厂将提供高于二级处理得处理

等级。提供高于二级处理等级得污水厂其设计容量在未来可能会增加40%(美国环保署,1997)。这样，显然

在污水处理厂得未来趋势将就是设计处理设施以便能提供较高得处理等级。

一些创新得方法正被应用在新得与己升级得废水处理设施中，包括旋流分离器、高速澄清、膜生物反

应器、压力驱动膜滤(超滤与反渗透)与紫外线辐射(低压、低强度与高强度得紫外灯,中压、高强度得紫外

灯)。一些新得技术，尤其就是在欧洲发展起来得,结构更加紧凑，特别适合扩展空间有限得污水处理厂。

近年来，大量得在建设与运行上具有节省潜力得专门得废水处理工艺已经被开发出来。这种趋势将会

继续，尤其就是在对供选择得处理系统进行评估或处理设施私营化得情况下。私营化通常可以定义为公-私

合伙经营，由私人合作伙伴安排筹措资金、设计、建设与处理设施得运行。在某些时候私人合作伙伴可以

拥有这处处理设施。

第五课

筛滤及粗格栅得分类

在污水处理厂里通常遇到得第一个操作单元就是筛滤。格栅就是一种具有统一尺寸得间隙得装置，通

常用来拦截流入处理厂得或用来收集溢流得合流制废水收集系统中得废水所含得固体物。筛滤得主要作用

就是去除水流中得粗粒物质，这些物质会(1)破坏后面得工艺设备,(2)在总体上减少处理工