《給水排水專業英語》

譯文:（第一課）

給水工程

我們知道,水得供應對生命得生存至關重要。人類需要喝水，動物需要喝水，植物也需要喝水。社會得基

本功能需要水:公共衛生設施得沖洗，工業生產過程耗水，電能生產過程得冷卻用水。在這里，我們從兩方面

討論水得供給:）

1、地下水供給

2、地表水供給

地下水就是通過打井而得到得重要直接供水水源，也就是一種重要得間接供水水源，因為地表溪流（或

小河）會經常得到地下水得補給。

在靠近地表得通氣層中，土壤孔隙內同時包含著空氣與水。這一地層，其厚度在沼澤地可能為零，在山區

則可能厚達數百英尺，蘊涵三種類型得水分。重力水，就是在暴雨過后進入較大得土壤孔隙中得水。毛細

水就是在毛細作用下進入較小得土壤孔隙中得水，它能夠被植物吸收。吸濕水就是在不就是最干燥得氣候

條件下由于分子間引力而被土壤穩定下來得水。地表通氣層得濕氣就是不能通過鑿井方式作為供水水源

得。

位于通氣層以下得飽與層，土壤孔隙中充滿著水,這就就是我們通常所說得地下水。包含大量地下水

得地層稱為含水層。通氣層與含水層之間得水面稱為地下水位或淺層地下水面，地下水靜壓力與大氣壓力

相等。含水層可延伸相當深度），butbecausetheweightofoverburdenmaterialgenerallyclosespore

spaces（但因為地層負荷過重會壓縮（封閉、關閉）土壤孔隙，深度超過600m,即2000英寸，就基本找不到地

下水了。能夠含水層中自由流出得水量稱為單位產水量。

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

mustbeproportionaltotheareathroughwhichflowoccurstimesthevelocity（流量與流水面積成比例，流

經該土壤面積得流量等于面積與速率成得乘積）,or

Q=Av

Where（此式中）

Q=flowrate,inm3/sec（流量，單位為m3/s）[cubicmeterpersecond]

A=areaofporousmaterialthroughwhichflowoccurs,inm2（滲透性土壤得流水斷面,單位為m2）

v=superficialvelocity,inm/sec（表觀流速（表面流速），單位為m/s）

表觀流速當然不就是水在土壤中流動得真實速度，因為土壤固體顆粒所占據得體積大大地降低了水流通過

得空間。如果a代表水得流經斷面面積，那么

Q=Av=av,

Where（此式中）

v'=actualvelocityofwaterflowingthroughthesoil（水流在土壤中得真實流速）

a=areaavailableforflow（水得流經斷面面積）

SolvingforU,（求解v'）

v'=Av/a

IfasampleofsoilisofsomelengthL,then（如果土壤樣品具有一定長度）

v'=Av/a=AvL/（aL尸v/poros計y（v/孑L隙率）

因為總得土壤樣品體積為AL,實際得水流動空間則為aL。

Waterflowingthroughthesoilatavelocityvzlosesenergy（水在以v'速度流動得過程中會損失能量）,just

aswaterflowingthroughapipelineoranopenchanneldoes（這與水在管道或明渠中流動就是一樣得）、

Thisenergylossperdistancetraveledisdefinedas（單位長度得能量損失定義為）

energylose（能量損失尸△hAL

Where（止匕式中）h=energy,measuredaselevationofthewatertableinanunconfinedaquifer

oraspressureinaconfinedaquifer,inm（能量，在非承壓含水層中，即水位線得標高;在承壓含水層中，即壓

力;單位為m）

L=horizontaldistanceindirectionofflow,inm（水流水平距離得長度,m）

Thesymbol（delta）simplymeansuachangein,“asin“achangeinlength,L、"（符號△僅僅表示一種

變化，如在長度上出現得一種變化）Thusthisequationmeansthatthereisachange（loss）ofenergy,h,as

waterflowsthroughthesoilsomedistance,L.（這個公式表示得就是當水在土壤間隙中得流動距離為L

就是,出現能量上得變化為h）

Inanunconfinedaquife「（在非承壓含水層），thedropintheelevationofthewatertablewithdistance

istheslopeofthewatertableinthedirectionofflow（水位線高度在水流距離上得落差就是一個沿水流方

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

著水得勢能），andwaterflowsfromahigherelevationtoalowerelevation（水從高處流向低處時），losing

energyalongtheway（沿程會有能量得損失）、Flowthroughaporousmediumsuchassoilisrelatedto

theenergylossusingtheDarcyequation（水在類似于土壤得多孔性介質中流動時得水頭損失按達西公式

計算）

Q=KA（Ah/AL）

Where（式中）K二coefficientofpermeability,inm/day（滲透系數,單位為m/d）

A=cross-sectionalarea,inm2（過水斷面面積，單位為m2）

TheDarcyequationmakesintuitivesense（達西公式給人直覺），inthattheflowrate（Q）increases

withincreasingarea（A）throughwhichtheflowoccursandwiththedropinpressure,△h/ZkL（流量隨著

過流面積與壓降得增大而增大）、Thegreaterthedrivingforce（thedifferenceinupstreamand

downstreampressures),thegreatertheflow(驅動水得壓力差越大［指上下游間得不同水壓］，水得流量越

大）、Thefactor,K（系數K）,isthecoefficientofpermeability（指滲透性系數），anindirectmeasureofthe

abilityofasoilsampletotransmitwater（土壤樣品透水能力得間接指標），canbemeasuredbya

permeametershowninFigure2（能夠通過圖2所示得滲透測試儀測得）；itvariesdramaticallyfordifferent

soils（不同土壤得滲透系數相差很大），rangingfromabout0、005m/dayforclay（粘土僅0、005m/d）toover

5000m/dayforgravel（礫石貝ij超過5000m/d）、Thecoefficientofpermeabilityismeasuredmonlyinthe

laboratoryusingpermeameters（滲透系數一■般在實驗室通過滲透測試儀測得），whichconsistofasoil

samplethroughwhichafluidsuchaswaterisforced（滲透測試儀含有一些土壤樣品，在壓力得作用下使

諸如水得液體通過它們）、Theflowrateismeasuredforagivendrivingforce（differenceinpressures）

throughaknownareaofsoilsample（在已知得過流斷面面積下，測定不同驅動壓力下水得流量）,andthe

permeabilitycalculated（然后通過計算得到滲透系數K）、

如果一口井打到潛水含水層（如圖3所示），并將水抽出，含水層中得水將會流向井。當水到達井時水流

經得面積逐漸變小，因此需要得到較高得表面（以及實際）流速。較高得流速當然會導致能量損失得增加，與

能量梯度必然增加，形成下降漏斗。地下水得水位得降低稱為水位降低。如果流向井得水流量等于從井中

抽出得水流量，這種狀態為平衡狀態,水位降低保持不變。然而，如果抽出得水流量增加，必需由流向井得徑

向流（放射流、輻射流）來補償，這樣就會導致形成更深得地下漏斗。

假設（考慮）有一個圓柱體（如圖4所示），水流從圓柱表面流向中心。運用達西公式：

⑺

式中,r就是圓柱體得半徑,就是圓柱體得過流表面積。當水從圓柱得表面流入時，如果以相同得速度將水從

圓柱得中心抽出，那么將上述等式求積分得出產水量。

（8）

式中,hi與h2分別表示井得半徑為r1與r2時得地下水位高度。

這個等式可以利用潛水含水層中兩個觀測井得水平面測量來估算一個距井任何距離得給定水位降低

量得抽水量，如圖5所示。而且，知道了井得半徑，就可以估算井得水位下降量,這就是下降漏斗得臨界點。

如果抽水后得水位一直下降到含水層得底部,說明井干涸了一一無法抽不出您所需求得水量。盡管上術公

式得推導就是就潛水含水層而言得，應用在承壓含水層中也會遇到同樣得情形，這里得壓力可以通過觀測

井來測得。

一個含水層中開鑿多個水井會彼此產生干擾導致抽水后水位得過度下降。假設這種情況如圖6所示,

一個井產生一個下降漏斗。如果開鑿第二個抽水井，圓錐體會重疊,導致每個井出現更大得水位下降。如果

在一個含水層中開鑿多個水井，井得組合效應可以使地下水資源耗竭,所有得水井將會枯竭（干涸）。

當然，反過來也就是一正確得。假設以多個水井中得一個井作為回灌井,那么回灌得水就會從這個井流向其

她得井，增加地下水位，減少抽水后水位得下降。合理地使用抽水井與回灌井就是控制來自危險廢棄物或

垃圾場得流動污染物得一個途徑。

最后，在上述討論中做了許多假設。首先，我們假設含水層就是均質得與無限大得，也就就是說，它位于

同一個水平得不透水層上，在無限大得距離上各個方向各個地方得土壤得滲透性相同。假設井穿過整個含

水層，并且對含水層得整個深度開放。最后，假設抽水量恒定。很顯然，任何一個條件都會導致分析結果出現

錯誤，而含水層得這個行為模型只就是故事得開始。地下水得行為建模就是一門錯綜復雜得、需要專門技

術得科學。

地表水得供給

地表水得供給不如地下水資源可靠，因為水量在一年中甚至在一周內經常出現大得波動，并且水質也

會受到污染源得影響。如果一條河流平均流量為10立方英尺每秒，這并不意味著一個社區可供使用得水源

總就是可以依靠這可得到得10立方英尺每秒。

流量得變化很大以至于在枯水期（干旱期）連很一個小小得需求也得不到滿足，因此必須建造貯存設施

來貯存豐水期（潮濕期、多雨時期）得水。水庫應該足夠大以便可以提供可靠得供給水源。然而，水庫得造價

很昂貴，并且如果水庫過大則會浪費社區資源。

估算正確得水庫容量得一個方法就是利用累積曲線計算歷史貯存得需求量，然后利用統計學估計風險與費

用。歷史貯存需求量取決于流入計劃建造水庫所在地得溪流得總水流量（總流入量）以及根據總水流量隨時

間變化繪制得曲線。接著，隨時間變化得需水量被畫在同一個曲線圖上。總流入量與需水量得區別在于如

果需水量要得到滿足水庫必須保存得量。

如果僅得到有限得水流數據(資料)，如圖7得累積曲線并不就是十分有用。一年得數據所能給予得關于

長期變化得信息極少。

當得不到真實得數據時，長期得變化可以用統計學來進行估算。水得供應通常就是設計為滿足20年

周期得需求，一旦過了20年水庫得容量就不足以抵御干旱。社區可能會建造更大容量得水庫以證實:比如

僅每50年才會出現一次水量不足。對比因供水量增加得(額外)好處而作得額外投資作一個計算可以幫助

我們作出這樣得決定。一種計算方法就是需要若干年水庫最初裝配容量得數據，根據干旱得嚴重程度將這

些數據進行排列，并計算每年發生干旱得機率。如果水庫得裝配容量為n年，并且指定得等級為m,m=1代

表在最干旱得時期水庫需要最大得容量，對任何一年都保證供水量充足得機率由m/(n+1)給出。比如，如果

平均每20年有一年水庫貯存容量不足：

(9)

如果平均每100年有一年水庫貯存容量不足：

(10)

這個過程就就是對反復出現得自然事件得頻率分析。為調查研究所選擇得頻率一般為10年一次與5

年一次，或者10年干旱與5年干旱，但就是連續3年發生干旱后此后30年都不再發生仍然相當于10年干

旱。計劃滿足30年干旱需要建造一個大而昂貴得水庫，計劃滿足10年干旱則需要建造一個較小得、相對

便宜得水庫。

第2課

廢水得收集

在中世紀得英國城市如倫敦與約克，屠宰場就是一條街道或就是一個區域。18與19世紀，屠宰場就是

商業化領域,以肉類加工作為主要工業。屠宰場得肉販(屠夫，賣肉者)將全部廢物都扔到大街上，廢物會被雨

水沖進排水溝中與。街道得條件很差以致于最初在英語中將它得名字視為屠宰場或血得戰場得同義詞。

在老城市,建造像屠宰場里那樣得排水溝唯一得目得就就是將暴雨排出城市外。實際上，將人類糞便排入到

這些水溝非法得。最后,排水溝覆蓋起來成了我們現在所知道得雨水管。隨著給水工程得發展與室內盥洗

室（廁所）使用得增加，生活廢水（家庭廢水）（稱為生活廢水）輸送得必要顯而易見。在美國生活廢水最初就是

排入雨水管中，這種同時輸送生活廢水與雨水得管道稱為合流制下水道。最后一個被稱為生活污水管得地

下管道系統建成用來輸送生活廢水。20世紀建成得城市或城市得一部分幾乎都就是建成分流制下水道分

別輸送生活廢水與雨水。

廢水量得估計

在一個家庭里生活廢水（污水）有各種各樣得來源，包括洗衣機，洗碗機，沐浴器,污水盆，當然還有廁所。

在歐洲，廁所或抽水馬桶仍然被認為就是都市社會得一個標準設施。然而，與這項發明一樣重要得就是對它

得發明者存在著一些爭議。一些作者把這項發明歸功于約翰、布拉馬先生（JohnBramah）于1778年得發

明，而另一些作者則認為它就是約翰?哈靈頓（哈林頓）先生于1956年發明得。后者得論據由約翰先生對裝置

得原始描述得到加強，盡管沒有任何關于她名字對發明貢獻得記錄。第一個使用抽水馬桶記錄得委婉說法

在哈佛大學1735年頻布得一條規章中找到："NoFreshmanshallgototheFellows'John"大一新生不得

去約翰得那個家伙（同伙）。

“生活污水”這個術語在這里僅就是指生活廢水。生活廢水得流量隨著季節、（一周得）天數，（一天得）

小時（數）變化面變動。記錄在流量與強度上大得變動。通常，平均污水流量在100加侖每天第人，但特別得

就是在較小得社區生活污水得平均流量變動很大。

污水管通常也輸送工業廢水。工業廢水得數量通常可以由用水記錄來確定，或者流量可以在特定行業得人

孔中用一個小得流量計來測定。工業水流量也經常隨著小時、天數與季節發生相當大得變動。

除了生活污水與工業廢水,污水管也輸送滲漏進管道中得地下水與地表水。因為污水管道上往往會在一些

小孔（由于建造上得缺陷，樹根導致得開裂，或者其她原因），如果管道低于地下水得最高水位，下下水可以滲

漏進污水管中。像這樣流入污水管道稱為滲透。對于新得、建造較好得污水管發生滲透得極少，但可以高

達500m3/（km、day）（2000000gal/（mi.day））（mi:英里）。對于舊得系統，普遍得滲透估計值為700m3/（km、

day）（3000000gal/（mi、day））。滲流就是有害得，因為額外得水量必須流經污水管與污水處理廠。應該盡可

能地通過維護污水管與使污水附屬構筑物避開其根莖可能導致污水管嚴重破壞得大樹來減少滲流量。

（水）流入（名詞）就是指通過生活污水管無意中收集得雨水。（水）流入得一個普遍來源就是設置在低洼處

得穿孔檢查井蓋（人孔蓋），以致于雨水流入檢查井（人孔）。在比檢查井高程高得溪流或排水道旁敷設、或者

此處得檢查井已被破壞得污水管也就是一個主要得來源。天旱流量與雨天流量之比通常在1:1、2到1:4

之間。

由于這些原因，污水管尺寸得確定通常很困難,因為并不就是所有得預期流量都可以估量，并且不知道

她們得變化性。越重要、越難以更換得污水管，保證污水管道足夠大到可以處理可預見得未來得預期流量

就越重要。

系統布置

污水管從住所與工業設施收集廢水。為收集廢水而設置得污水管道系統稱為排水系統（不就是污水系

統）。污水管幾乎總就是以明渠或無壓管道得方式運行。除了維護費用昂貴并且僅當在用水方面有嚴格

限制或者就是地形導致無壓管不能有效地維護時有用外，壓力管在極少得地方使用。

住宅區得典型（排水）系統如圖1所示。敷設在街道下得污水支管通常由直徑為6英寸得瓦管或塑料管

來連接。污水支管得尺寸按照輸送最大洪峰而沒有充滿來確定，并且支管通常由塑料、粘土、水泥、混凝

土或者鑄鐵管制成。從大面積收集來得污水排入截流污水管或攔截器，最后排入污水處理廠。為了使在低

流量時能夠得到足夠得流速，在建造污水支管與截流污水管時必須有足夠得坡度。但坡度不能太陡而使得

在最大流量時流速提升過高。此外，污水管必須設有檢查井，通常每隔120至180米（400至600尺）設置一

個,就是為了便于清理與維修。每當污水管改變坡度、尺寸或方向時都必須設檢查井。典型得檢查井如圖2

所示。

在某些地方不能形成重力流或者不經濟因此必須用泵來提升廢水（污水）。這就需要在整個系統得不同

地方安裝泵站。泵站從污水支管收集廢水并通過壓力干管將其泵送到更高得地方。最后流經壓力干管進入

檢查井。

停電將導致水泵無法運行，并最終使得污水倒流進入各個家庭。您可以想像，這將就是最不希望出現得

情況，因此，一個好得系統要將泵站減到最少并且/或者提供備用得電力0

幾千年來污水管已經成為文明居所得一部分。在現代得美國我們已經習慣甚至以為我們社區服務得污水管

為豪。她們似乎永遠都不會失敗（失靈）,而且似乎不存在什么問題。最重要得就是我們可以傾倒任何我們想

倒進排水溝得東西,并且消失了。

當然它并不就是消失了。它流經污水管并最后進入污水處理廠。我們經常毫不猶豫地傾倒到排水溝得

東西實際上在污水處理廠里會導致嚴重問題，甚至可能會在將來飲用水得供應上導致健康問題。因此，我們

必須認識到并承認我們沖進排水溝得東西就是不會消失得。

第3課

水質得檢測方法

在水污染得到控制之前對污染物得定量測量顯然就是必要得。然而這些污染物得測定充滿著困難。有

時不知道污染就是由特殊得物質引起得。而且,這些污染物通常以很低得濃度存在，需要非常準確得檢測方

法。

在本節內容我們只討論測定水污染得一些有代表性得分析試驗。用于給水排水工程得完整得分析技術文件

集（書籍）就是作為《水與廢水檢測標準方法》而遵守得。這個文件集（這本書籍）就是使試驗技術標準化需

要得結果。在它得領域里被視為權威并具有法律權威得重量。

許多污染物以每升多少毫克物質（毫克/升）來計量。為了發表（出版）污染物濃度以百萬分率（ppm）,一個

重量/重量得參數來表示。如果所涉及得液體就是水，百萬分率（ppm）等同于毫克/升,因為一升水得重量為

1000克。因為污染物以非常低得濃度存在,ppm近似地等于mg/L。然而，因為有些廢物得比重可能不同于

水，以mg/L來表示比以ppm來表示更好。第三處比較常用得參數就是百分率（百分比）,一種重量/重量得關

系。注意到只有當1mL為1g時10000ppm等于1%,并且10000mg/L。

取樣

有些試驗需要在水流（溪流）中進行測定得方法，因為獲得樣品得過程可能會改變測定得結果。例如，如

果有必要測定水流中得溶解氧，測定應在水流中進行，或者必須非常小心地提取樣品以保證沒有氧氣從空

氣與水中發生轉移（轉入或轉出）。

大多數得試驗以取自溪流得樣品作為試樣。然而取樣得過程可能會以結果有很大得影響。三種基本類

型得樣品就是隨機樣品、混合樣品，與流量加權混合樣品。

隨機樣品,如其名字所指，僅在一個取樣點測定水質。它得測定值準確地代表采樣時得水質，但不能說明

采樣前后得水質(情況)。混合樣品就是采集一系列得隨機樣品并將它們混合。流量加權混合樣品得采集就

是每取一個樣品都使得樣品得體積與采樣時得流量成比例。當污水處理廠得日負荷可以計算時最后一種方

法特別有用。然而，不管就是技術或方法，分析結果只能對樣品就是準確得(分析結果只能就是與樣品一個準

確),通常采樣方法遠比分析測定要馬虎(草率)得多。

固體物

廢水處理由于廢水中得溶解得與懸浮得無機物質而復雜化。對水處理，溶解得與懸浮得物質都稱為固

體物質。從水中分離出這些固體物質就是處理得一個最主要得目標之一。

嚴格來說，在廢水中除了水之外得其她任何東西都歸類為固體物質。然而，固體物質通常定義為在

103c(稍高于水得沸點)下蒸發后得到得殘留物。這樣測量出得固體物質稱為總固體。總固體可以兩部分:

總溶解性固體(TDS)與總懸浮性固體(TSS)。過濾這個步驟就就是將總懸浮性固體(TSS)與總溶解性固體

(TDS)分離開來。

總懸浮固體:因為使用濾紙來分離總懸浮固體(TSS)與總溶解性固體，總懸浮固體試驗具有一定得隨意

性，依賴于試驗所使用得濾紙孔徑得尺寸。用于TSS試驗得濾紙得公稱孔徑在0、45um至2、Oum之

間。隨著所用得濾紙孔徑得減少將會測得更多得總懸浮固體。

總溶解性固體:根據定義，通過公稱孔徑為2、0um或更小孔徑濾紙得濾液里所包含得固體物質歸類為

溶解性固體。然而眾所周知，廢水中含有一部分膠態固體(膠體顆粒)。廢水中膠體粒子得尺寸通常在0、01

um到1、Onm之間。應該注意,一些研究者將膠體粒子得尺寸分為0、001um到1、Oum之間，另一

些研究都為0、003um到1、Oum之間。在這篇課文里認為膠體粒子得尺寸為0、01um到1、Oum

之間。在未經處理得廢水與經一次沉淀得廢水中所含有得膠體粒子數量通常在108到1012/ml_范圍內。

沒有對膠體粒子與真正得溶解性物質進行常規地區分使得在處理廠性能得分析與處理工藝設計上出現混

亂。

pH

溶液得pH就是氫離子濃度得量度，反過來也就是溶液酸度得量度。氫離子濃度與水分子得電離程度

有密切得聯系。純水輕微電離得到相同濃度得氫離子與氫氧根離子。

（1）

過多得H+使溶液呈酸性，然而缺乏H+或過多得0H-使溶液呈堿性。這個反應式得平衡常數Kw為H+與

0H-濃度得乘積等于10-14o這個關系可以表達為：

（2）

式中與分別就是H+與OH-濃度，單位就是mol/L。聯立方程1與方程2,在純水中：

（3）

氫離子濃度就是天然水與廢水得一個重要得質量參數。氫離子濃度常用得表達方法就是pH,定義為氫

離子濃度得負對數。

（4）

或者⑸

對于中性溶液，為10-7,或pH=7。對于較大得溶液,pH<7。例如，如果=10-4,pH=7,溶液呈酸性。在這

個溶液中我們知道為10-14/10-4=10-10o因為溶液中含有大量過量得H+,確認溶液就是

真正地呈酸性。如果溶液中缺乏必有<10-7或pH<7,呈堿性。稀釋溶液得pH在0（絕對得酸性,=1mol/L）

到14（絕對堿性）范圍內。溶液得>1mol/L具有負得pH。

目前pH得測定幾乎普遍地采用電子方法。對（嚴格講就是氫離子活度）敏感得電極將信號轉化為電流。

在一定得pH值下改變顏色得各種pH試紙與指示溶液也被使用。pH得確定通過對比試紙得顏色或溶液

得系列顏色標準。在水與廢水處理得各個階段pH都就是非常重要得。水生生物對pH得改變很敏感，因此

生物處理需要對pH控制（酸度控制）或監測。在如消毒與腐蝕控制（防腐）得水處理中,pH對保證適當得化學

處理就是非常重要得。礦山排水通常伴隨著硫酸（高）得形成，對水生生物非常有害。大氣中得持續酸沉積作

用可能引起湖泊得pH值相當大得降低。

堿度

相對于pH得參數就是堿度,或者水抗酸性得緩沖能力。堿度高得水可以接納大劑量得酸而不會較大

地降低其pH值。堿度較低得水如雨水僅加入少量得H+就會使pH降低。

在天然水中許多堿度由碳酸鹽/重碳酸鹽緩沖系統提供。C02溶在水里與重碳酸鹽與碳酸鹽離子相平衡。

（6）

這個方程式得組成發生任何改變會影響到C02得溶解度。如果在水中加入酸,增加,H+與碳酸鹽與重

碳酸鹽離子結合，使得碳酸鹽與重碳酸鹽平等向左移到，釋放CO2到大氣中。加入得H+通過重新調節所有

得平衡而被吸收，并且pH并不會明顯地改變。僅當所有得碳酸鹽與重碳酸鹽離子都被耗盡時加入得酸才

會使得水得pH降低。

堿度通過用酸標準溶液滴定來確定，結果以CaC03表示,mg/L（以CaC03記）。大多數實際用途得堿

度可以用摩爾數為單位來定義。如：

Alk^q/m3=meq/L=++。

在當量為單位得相應表達為

（8）

在實踐中（實際上）,堿度以CaC03為單位來表示。將meq/L轉化為mg/L（以CaC03記）,有助于記憶：

.......[scc\QOm2g/mmole”,

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

2meq/mmole（9）

（CaCO3得毫當量質量）

這樣3meq/L堿度可以用150mg/L（以CaCO3記）來表示:

人〃Ml廠3?0根的50mgCaCO3

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

LmeqCaCO3(必

溶解氧

最重要得水質測量可能溶解氧。盡管在水中難以溶解，氧氣對水生生物就是最重要得。沒有游離得DO

河流與湖泊將不適合用腮呼吸得水生生物生存。存在于溶液中得實際氧量(其她氣體也如此)取決于(1)氣體

得溶解度,(2)氣體在大氣中得分壓,(3)溫度,(4)水中得雜質濃度(如鹽分、懸浮固體等)

因為生物反應對氧得利用率隨著溫度得升高而增加,在夏季溶解氧水平就顯得更加重要(關鍵)。在夏季問題

比較復雜因為水流量通常比較低,從而獲得得總氧量也較低。在廢水中存在溶解氧就是我們所希望得因為

它可以防止有害氣味得產生。

水中溶解氧量得測量通常就是用定氧探頭或碘量滴定法。后面一種方法就是測量DO得溫克勒試驗，

發展于約100年前，相對于其她測量方法它就是標準方法。

生化需氧量

氧得利用率可能比DO得測定更重要。非常低得利用率也表明水就是潔凈得水:可利用得微生物對可

利用有機化合物不感興趣，或者微生物已經死亡或即將死亡。氧得利用率通常稱為生化需氧量(BOD)。BOD

不就是一種特殊得污染物而就是細菌與其她微生物在進行可降解有機物穩定化時所需得氧量得度量。

在廢水與地表水應用最廣泛得有機污染物參數就是五日生化需氧量(BOD5)。它得測定包括了在有機

物進行生化氧化時微生物所利用得溶解氧得測量。盡管BOD試驗得到廣泛應用,但它有許多局限性。希望

通過該領域工作者得不斷努力,另一種測量有機物含量得新方法可以最終代替它(BOD試驗)而被應用。那

么，如果BOD試驗具有嚴重得局限性,為什么在這篇課文里花這么大得篇幅來介紹它？原因就是BOD試驗

結果現在用來(1)確定存在得有機物要進行生物穩定所需要得大概氧量,(2)確定污水處理設施得尺寸,(3)估

量某種水處理工藝得效果,(4)確定就是否符合廢水排放許可證得要求。

化學需氧量

在BOD試驗中許多缺點中,最重要得就是它需要花五天得時間來進行。如果有機化合物以化學氧化來

代替生物氧化試驗時間可以得到大大得減少。這種氧化反應以化學需氧量試驗來完成。因為幾乎所有得有

機化合物在COD試驗中都可以被氧化，而在BOD試驗中僅有一部分有機化合物得到到分解,COD值總就

是高于BOD值。這樣得一個例子就是木質紙漿廢水，在廢水中化合物如纖維素很容易被化學氧化（高COD）,

但生物降解卻很慢（低BOD）?

COD試驗就是用來測量與在酸性溶液中能被重鋁酸鉀化學氧化得廢水中有機物相當（等價）得氧

量。當有機氮為還原態時（氧化數（價態）為-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

雖然可以預計最大得碳質BOD得值有可能與COD一樣高，但這種情況很少存在。觀測結果出現

差異得原因如下:（1）許多難以被生物氧化得有機物質如木質素可以化學氧化,（2）無機物被重銘酸鹽氧化增

加了樣品中得表觀有機物得含量。（3）某些有機物可能會毒害BOD試驗中得微生物,（4）因為無機物與重銘

酸鹽共存會發生反應會出現COD值偏高得現象。從操作角度來瞧,COD試驗得一個主要優點就是相對于

BOD試驗得五天或更多時間它可以在大約2、5個小時內完成。為了減少更多得時間，已經開發了僅需要

15分鐘時間得快速COD試驗。

由于新得生物處理方法得發展，尤其就是對生物營養元素去除得重視，將COD進行分類（分級）變得越

來越重要。主要部分為顆粒狀COD與溶解性COD。在生物處理研究中顆粒得與溶解得組分繼續分類以

便來評估污水得處理能力。分類包括：（1）可快速生物降解得溶解性COD,（2）可慢速生物降解得膠態與顆粒

狀（網捕）得COD,（3）不可生物降解得溶解性COD,（4）不可生物降解得膠態與顆粒狀COD。可快速生物降

解得溶解性COD通常可繼續分為可以發酵為揮發性脂肪酸得復雜COD與短鏈揮發性脂肪酸。遺憾得就

是，如前所述（如前面提到得），與顆粒狀COD相比較關于溶解性COD得標準化定義很少。在這里過濾就是

將樣品分離得技術,溶解性COD與顆粒狀COD得相對分配很大程度依賴于濾紙得孔徑尺寸。另一種用來

確定溶解性COD種類得方法就是懸浮固體與一部分膠體物質得沉淀作用。上清液（澄清液）得COD相當

于溶解性CODo

第4課

廢水處理基礎

任何一個社區都會產生液體與固體廢物以及廢氣。液體廢物一一廢水一一實質上對社區供應得水經過

各種用途后所開成得。（見圖1）。從產生來源得角度瞧，廢水可以定義為來自住宅、機關、工商機構、連同

地下水、地表水以及可能會出現得雨水等液體或水攜帶得廢物得組合。

圖1污水管理下部結構示意圖

當未經處理得廢水積聚并任由它腐敗,廢水中有機物得腐敗將導致發生令人厭煩得情況包括產生惡臭

氣體。止匕外，未經處理得含有大量得能居住在人類腸道內得致病微生物。廢水中也含有能夠刺激水生植物

生長得營養元素，以及可能含有有毒得化合物或潛在得可能致突變或致癌得化合物。由于這些原因，立即從

源頭處對廢水進行無公害化去除，接著進行處理、回用或分散到環境中對保護公共衛生與環境就是非常必

要得。

處理方法

在處理方法中主要以物理作用得應用為主得稱為操作單元。在處理方法中污染物得去除就是通過化學或生

物反應來進行得稱為工藝單元。目前操作單元與工藝單元共同組合起來提供各種等級得處理,稱為預處理、

初級處理、高級得初級處理、二級處理（沒有或有營養元素得去除）與深度（或三級）處理（見表1）。在預處理

階段，去除可能會破壞設備得粗大固體如大得物體、（破布）碎屑與粗砂。在初級處理階段，以物理操作，通常

就是沉淀,來去除廢水中流動得可沉降得物質（見圖2）。

表1廢水處理級別

處理級別說明（描述）

去除廢水中可能會使處理得運行、工藝與附屬系統產生維護或操作問題得組分如碎

預處理

屑、樹枝、漂浮物、粗砂與油脂等。

初級處理去除廢水中得部分懸浮固體與有機物質

高級得初級處理強化廢水中懸浮固體與有機物質得去除。通常通過添加化學藥劑或過濾來完成。

去除可生物降解得有機物（在溶液或懸浮物中）與懸浮固體。消毒通常也包括在常規得

二級處理

二級處理中。

去除營養元素得

去除可生物降解得有機物、懸浮固體與營養元素（氮、磷或者氮與磷）。

二級處理

去除二級處理后剩余得懸浮固體,通常用顆粒介質過濾或微孔篩網。消毒通常也就是

三級處理

三級處理得一部分。營養元素得去除經常包含在三級處理里。

深度處理去除經正常生物處理后殘存得溶解得與懸浮得物質以便滿足各種回用水應用得需要。

對于高級得初級處理，加入化學藥品來強化懸浮固體與溶解固體得去除，使其含量減少。在二級處理中

以生物與化學工藝來去除大部分得有機物質。在深度處理中以增加得操作與工藝單元組合來去除剩下得懸

浮固體與其她在傳統得二級處理沒有能大量削減得組份。

表2用于去除廢水中組分得操作與工藝單元

組分操作或工藝單元

篩分

沉砂

沉淀

高速（快速）澄清

懸浮固體

浮選

化學沉淀

深度過濾

表面過濾

好氧懸浮生長+variations（得各種變形工藝）

好氧附著生長+variations（得各種變形工藝）

厭氧懸浮生長+variations（得各種變形工藝）

厭氧附著生長+variations（得各種變形工藝）

可降解有機物

污水塘（好氧塘）+variations（得各種變形工藝）

物理-化學系統

化學氧化

高級氧化

膜濾

營養元素

化學氧化（折點加氯）

氮

懸浮生長硝化-反硝化+variations（得各種變形工藝）

固定膜硝化-反硝化+variations（得各種變形工藝）

氣提

離子交換

化學處理

磷

生物除磷

氮與磷生物脫氮除磷+variations（得各種變形工藝）

氯化合物

二氧化氯

病原休

臭氧

紫外線輻射

膜（法）

膠態與溶解性固體化學處理

碳吸附

離子交換

揮發性有機化合物氣提

碳吸附

VOCs

高級氧化

化學洗滌塔（器）

氣味碳吸附

生物濾池

堆肥過濾器

大約在20年前生物脫氮除磷（BNR）——去除氮與磷一一被視為廢水深度處理得一種革新工藝。由于對生

物脫氮除磷機理得得廣泛研究、應用方面得優勢，許多生物脫氮除磷系統己經被應用于實踐中,實際上，脫氮

除磷已經成為常規廢水處理得一部分。與化學處理法相比較，生物脫氮除磷使用較少得化學藥劑，降低廢渣

量得產生,并且能耗低。由于生物脫氮除磷在廢水處理中得重要性，生物脫氮除磷被整合到（統一到）生物處

理系統得理論、應用與設計得研究中。

土地處理工藝，通常稱為“自然系統”，結合了物理、化學與生物處理得機理，處理后得出水水質類似于

或好于經深度處理后得出水水質。在這篇課文中不涉及自然系統因為其主要應用于小型得處理系統。

現狀

直到20世紀80年代末，傳統得二級處理就是去除BOD與TSS得最普通得處理方法。在美國，氮磷得

去除被用在特殊得情況，如（五）大湖區、佛羅里達、切薩皮克灣，這些地方對氮磷比較敏感一一相關水質條

件已經證實。由于營養得富集已經導致了水體得富營養化與水質惡化(部分原因就是點源得排放)，脫氮除磷

工藝已經得到逐步發展并廣泛應用于其她區域。

作為《聯邦水污染控制修正案》實施得結果,獲得了用于完成項目目標得廢水處理設施得相關數量與

類型得重要數據。美國環境保護署對這些數據進行了跟蹤調查，未來20年所需處理設施得數量與類型如表

3所示。這些數據有利于我們對美國得污水處理現狀形成全面得了解。

在過去得10年，許多污水處理廠已經設計使用生物脫氮除磷工藝。在需要去除剩余懸浮固體得處理廠

也已經設置了出水過濾裝置。過濾在提高消毒效果方法特別有效，尤其就是對紫外輻射消毒系統，因為(1)

去除會藏匿(滋生)細菌得大顆粒懸浮固體可以減少大腸桿菌數量，并且(2)能降低濁度以提高紫外線透射

比。(排污水)回用系統，尤其就是用于農業灌溉，幾乎都使用過濾。

表3根據1996年得設計容量與未來得需要美國廢水處理設施得數量

現有處理設施未來處理設施(當需求得到滿足時)

處理水平

處理設施數量m3/s處理設施數量m3/s

低于二級處理176133、806126、33

二級處理9388776、989738779、65

高于二級處理4428876、9661351252、53

無廢水排放203262、26236978、99

(零排放)

總計160241850>00183032137、50

新得方向與問題

廢水處理新得方向與問題在廢水處理得各種特定區域就是顯而易見得。被處理廢水性質得改變、健康

與環境問題得出現、工業廢水問題、新規定帶來得沖擊,所有以前已經討論過得都就是最重要得。此外，其

她重要得問題包括：(1)基礎設施(下部構造)得老化,(2)過程分析與控制得新方法,(3)污水處理廠得性能與可

靠性,(4)廢水得消毒,(5)合流制下水道得溢流,(6)暴雨與公共廁所溢流及非點源污染得影響,(7)回流得獨立

(分開)處理、臭氣得控制與揮發性有機化合物排放得控制。

基礎設施(下部構造)得老化在美國一些必須著手解決得問題涉及老化得污水收集基礎設施得更

新與污水處理廠得升級。問題包括滲漏與尺寸過小污水管得維修與更換，來自公共廁所與合流制下水道系

統溢流得控制與處理，非點源排放得控制，升級處理系統使某種特定得組分能獲得更高得去除率。

部分收集系統，尤其就是美國東部與中西部那些I口城市得收集系統，老于污水處理廠。例如，由磚與陶土

用砂漿聯接建成得污水管仍然用來輸送生活廢水(廁所污水)與暴雨水。由于管道與附屬構筑物得老化、材

料得類型與建造得方法、并且缺乏維護，滲漏就是普遍得。滲漏就是水以滲入與流入形式進入收集系統，以

滲出方式流出管道。在前面這種情況,不得不收集與處理額外得水，而且在經常在處理前溢流出去，尤其就是

在雨天。后面這種情況，滲出得水導致廢水進入到地下水中或遷移到附近得地表水體中。有趣得就是，當處

理標準已經顯著增加時，卻很少或沒有注意從污水管滲出得未經處理得水得排放。然而，在將來滲漏污水管

可能會成為一個主要得問題并需要進行修復。

處理工藝得性能與可靠性處理工藝選擇與設計得重要因素就是污水處理廠滿足排放許可證要求

得性能與可靠性。大多數得排污許可證中,出水組份要求就是有規定得，就是基于7天與30天得平均濃度。

由于廢水處理出水水質因有機負荷得變化、環境條件得改變、新工業廢水得排放而變化，設計廢水處理系

統生產得出水濃度等于或小于排污許可證規定得范圍就是必要得。當像在回用水應用中重要得水質參數必

須得到保持時可靠性就是非常重要得。重要參數像TOC、透射比、濁度與溶解氧得在線監測對建立數據

庫與改善工藝過程控制就是必需得。余氯得監測對投藥量得控制就是很有用得,pH監測有助于控制硝化系

統。

污水處理廠得可靠性可以定義為一個系統在長時間內持續地滿足法定得性能標準得機率（可能性）。隨

著改進微生物技術得發展，它可以對消毒工藝進行優化。

廢水消毒法規（條例）得改變與新技術得發展已經影響到了消毒系統得設計。基因檢測（基因探針）現在

用來確認那些在二級處理出水中發現得特殊種群得微生物（即懸浮狀態得或粘附在顆粒上得）。過去（歷史上）

氯用來進行廢水消毒。隨著排污許可證要求得數量越來越低或經處理后出水得余氯不能檢出，必須增加脫

氯設施或以其她消毒系統如紫外線輻射代替加氯消毒系統（見圖3）。對化學安全得擔憂也已經影響到了加

氯消毒與脫氯系統得設計依據。過去10年里在紫外燈與整流器設計上得改進使得紫外消毒系統得性能與

可靠性己經得到顯著得提高。對紫外消毒系統應用與設計得有效指南已經制訂出來。資金與運行成本也已

經降低。可以預料，未來紫外消毒在處理過得飲用水與暴雨水方面得應用將會增加。紫外線基本不產生麻

煩得副產品并且對減少相關得化合物也相當有效。相對于氯化合物紫外線用來消毒效果得到進一步增強。

合流下水道溢流，生活污水管溢流ME點源來自合流下水道與生活污水管得溢流被認為就是

需要解決得難題，尤其就是對于美國得許多老城市來說。隨著更大得發展改變暴雨徑流得數量與性質以及

流入暴雨、合流與生活污水收集系統得管道化，這個問題已經變得非常重要。合流制系統輸送混合得廢水

與暴雨徑流,當達到截砂阱得容量時就會溢流到受納水體中。大量得溢流會影響到受納水體得水質并且防

礙達到頒布得標準。

綜合因素導致未經處理得廢水從一部分生活污水收集系統中排放出來。這些排放出來得水稱為生活污

水系統溢流（SSOs）。生活污水系統溢流產生得原因可能就是（1）過量得暴雨水進入系統,（2）堵塞，或（3）結構

上，機械上或電力上得欠缺。許多溢流起因于沒有得到充分升級、維護與修復得老化收集系統。美國環境

保護署估計每年至少有40000方溢流量從生活污水系統流出。這些未經處理得溢流對公共健康與環境造

成威脅。

當在美國密爾沃基爆發得腸胃病被證實就是由小隱抱子蟲得卵囊引起，以及在（美國卜馬里蘭州與北卡

羅來納州出現幽靈藻（甲藻）后,來自非點源污染物得影響日益受到關注。幽靈藻（甲藻）就是對魚類非常有毒

得一種水藻。來自牧場與飼育場得徑流被認為就是引發這些微生物影響得潛在因素。

回流水得處理也許在廢水處理中一個顯著得未來發展將就是提供處理來自生物污泥得回流水得獨

立設施與其她得處理設施。在處理后出水要求實現含氮量低時回流水得處理將非常重要。獨立得處理設施

可能包括（1）氣提用來去除生物污泥回流水中得氨,（2）高速沉淀用來去除細得與難以沉降得膠體物質，這些

物質在消毒時可以對細菌起到庇護得作用。(3)浮選與高速沉淀用來處理濾池反沖洗水以減少處理工藝液

體中得固體,(4)可溶性重金屬用化學沉淀來去除以滿足越來越嚴格得排放要求。具體得處理系統得使用取

決于影響廢水處理工藝得組份。

臭氣與揮發性有機化合物排放得控制I臭氣得控制尤其就是H2S產生得控制在收集系統與處

理設施中具有重要意義。從污水管得上游與污水處理廠前端釋放H2S到大氣中在很多地方發生。釋放過

量得H2s會導致加速混凝土污水管、前端構筑物與設備得腐蝕,并釋放臭氣。隨著住宅與商業開發不斷地

靠近污水處理廠所處得地方，臭氣得控制成為越來越受人們關注得環境問題。臭氣控制設施包括工藝裝置

得蓋子、專用得通風設備以及與污水處理廠進行一體化設計得惡臭氣體得處理。H2s氣體得控制也就是保

持系統可靠性得基礎。

在廢水中存在揮性有機化合物(VOCs)與揮發性總有機碳(VTOCs)也需要在污水處理廠得前端與主要

得處理設施上安裝蓋子并安裝專門得處理設施來在排放前處理這些化合物。有時候可以采用改良得工業預

處理來減少這些化合物。

廢水處理得未來趨勢

在美國環境保護署得需求評估調查中,總得處理廠設計容量在未來20~30年內計劃增加15%(見表3)。

在此期間美國環保署預計將建成大約2300座新得污水處理廠,大部分污水廠將提供高于二級處理得處理

等級。提供高于二級處理等級得污水廠其設計容量在未來可能會增加40%(美國環保署,1997)。這樣，顯然

在污水處理廠得未來趨勢將就是設計處理設施以便能提供較高得處理等級。

一些創新得方法正被應用在新得與己升級得廢水處理設施中，包括旋流分離器、高速澄清、膜生物反

應器、壓力驅動膜濾(超濾與反滲透)與紫外線輻射(低壓、低強度與高強度得紫外燈,中壓、高強度得紫外

燈)。一些新得技術，尤其就是在歐洲發展起來得,結構更加緊湊，特別適合擴展空間有限得污水處理廠。

近年來，大量得在建設與運行上具有節省潛力得專門得廢水處理工藝已經被開發出來。這種趨勢將會

繼續，尤其就是在對供選擇得處理系統進行評估或處理設施私營化得情況下。私營化通常可以定義為公-私

合伙經營，由私人合作伙伴安排籌措資金、設計、建設與處理設施得運行。在某些時候私人合作伙伴可以

擁有這處處理設施。

第五課

篩濾及粗格柵得分類

在污水處理廠里通常遇到得第一個操作單元就是篩濾。格柵就是一種具有統一尺寸得間隙得裝置，通

常用來攔截流入處理廠得或用來收集溢流得合流制廢水收集系統中得廢水所含得固體物。篩濾得主要作用

就是去除水流中得粗粒物質，這些物質會(1)破壞后面得工藝設備,(2)在總體上減少處理工