《给水排水专业英语》
Lesson 1
specific yield [sp?'sifik] [ji:ld] 单位产水量
mass curve 累积曲线
capital investment 投资
recurring natural event ['næt??r?l] 重现历史事件
subterranean [s?bt?'reini?n] 地下的
groundwater 地下水
surface water 地表水
tap [tæp] 开关、龙头；在…上开空（导出液体）
swampland ['sw?mplænd] 
n. 沼泽地；沼泽地带
capillary [k?'pil?ri] n. 毛细管 adj. 毛状的,毛细管的
hygro- [词头] 湿（气），液体
hygroscopic [,haigr?u'sk?pik] adj. 易湿的，吸湿的
hygroscopic moisture 吸湿水
stratum ['streit?m] n. [地质学]地层，[生物学]（组织的）层
aquifer ['ækw?f?] ['ækwif?] n.含水层，地下蓄水层
saturation [,sæt??'rei??n] n.饱和 (状态)，浸润，浸透，饱和度
hydrostatic [,haidr?u'stætik] adj. 静水力学的, 流体静力学的
hydrostatic pressure 静水压力
water table 1. 地下水位，地下水面，潜水面
2. 【建筑学】泻水台；承雨线脚；飞檐；马路边沟[亦作 water-table]
Phreatic surface [fri(:)'ætik] 地下水（静止）水位，浅层地下水面
Superficial [sju:p?'fi??l] adj. 表面的,表观的，浅薄的
Porosity [p?:'r?siti] n. 多孔性,有孔性,孔隙率
Unconfined ['?nk?n'faind] adj. 无约束的，无限制的
Permeability [,p?:mi?'biliti] n. 弥漫, 渗透 , 渗透性
Permeameter [p?:mi'æmit?] n.渗透仪,渗透性试验仪)
Clay [klei] n. 粘土，泥土
gravel ['ɡræv?l] n.[总称]砾，沙砾，小石；砾石
cone of depression [k?un] 下降漏斗, [水文学]下降锥体
drawdown ['dr?:daun] n. 水位下降(降落,消耗,减少)
integrate ['intigreit] 【数学】作积分运算；求积分
observation well [,?bz?:'vei??n] 观测井，观测孔
extraction [ik'stræk??n] n. 抽出，取出，提取（法），萃取（法）
derivation [deri'vei??n] n. 1. 导出，引(伸)出，来历，出处，得出，得到；诱导，推论，推理；溯源
【数学】 1) (定理的)求导，推导 2) 微商，微分，导数
【语言】词源，衍生
deplete [di'pli:t] v. 耗尽, 使...衰竭
refuse [ri'fju:z] n. 废物,垃圾vt. 拒绝，谢绝
dump [d?mp] n. 垃圾场，垃圾堆，堆存处
vt. 倾卸，倾倒(垃圾)
unconfined aquifer 潜水含水层，非承压含水层，无压含水层
confined aquifer 自流含水层，承压含水层
homogeneous [,h?m?u'd?i:nj?s] adj. 同类的,相似的，均匀的，均相的；
同种类的，同性质的；相同特征的
Aquaclude 不透水层，难渗透水的地层
Offset ['?:fset] n.偏移量 抵销，弥补，分支，胶印，平版印刷，支管，乙字管
Vt. 弥补,抵销,用平版印刷
vi. 偏移，形成分支
sophisticated [s?'fistikeitid] adj. 复杂的，需要专门技术的；诡辩的,久经世故的
equilibrium [,i:kwi'libri?m] n. 平衡,均衡
Water Supply（给水工程）
A supply of water is critical to the survival of life, as we know it.（众所周知，水对生命的生存至关重要。） People need water to drink, animals need water to drink, and plants need water to drink. （人需要水，动物需要水，植物需要水）The basic functions of society require water:（社会的基本功能需要水：）cleaning for public health（公共卫生设施的冲洗）, consumption for industrial processes（工业生产过程耗水）, and cooling for electrical generation（电能生产过程的冷却）. In this lesson, we discuss water supply in terms of:（在这里，我们从两方面讨论水的供给：）
1. Groundwater supplies（地下水供给）
2. Surface water supplies（地表水供给）
Groundwater is an important direct source of supply that is tapped by wells （地下水是通过打井而得到的重要直接供水水源）,as well as a significant indirect source since surface streams are often supplied by subterranean water.（也是有意义的间接供水水源，因为地表水会经常得到地下水的补给）
Near the surface of the earth（靠近地表）, in the zone of aeration（在通气层内）, soil pore spaces contain both air and water（土壤颗粒间隙同时包含空气和水）. This zone, which may have zero thickness in swamplands and be several hundred feet thick in mountainous regions, contains three types of moisture（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，蕴涵三种类型的湿气）. After a storm, gravity water is in transit through the larger soil pore spaces（暴雨之后，水在重力的作用下透过土壤中较大的颗粒间隙）. Capillary water is drawn through small pore spaces by capillary action and is available for plant uptake（在较小土壤颗粒缝隙中的水则由于毛细管作用上升而被植物吸收）. Hygroscopic moisture is held in place by molecular forces during all except the driest climatic conditions（在不是最干燥的气候条件下，土壤湿气中的水蒸汽分子会因为分子间引力—范氏力而被土壤稳定下来）. Moisture, from the zone of aeration cannot be tapped as a water supply source（地表通气层的湿气不能通过凿井方式作为供水水源）.
In the zone of saturation, located below the zone of aeration（位于通气层以下的饱和层）, the soil pores are filled with water（土壤间隙中充满着水）, and this is what we call groundwater（这些水就是通常所称的地下水）. A stratum that contains a substantial（充实的） amount of groundwater is called an aquifer（包含大量地下水的地层称为含水层）. At the surface between the two zones（通气层和含水层相邻的边界）, called the water table or phreatic surface（称为水位线或浅层地下水面）, the hydrostatic pressure in the groundwater is eaual to the atmospheric pressure（地下水静压力与大气压力相等）. An aquifer may extend to great depths（含水层可达相当深度）, but because the weight of overburden material generally closes pore spaces（但因为过多的地层压力会压缩土壤间隙）, little water is found at depths greater than 600m(2000ft)（深度超过600m，即2000英寸，就基本找不到地下水了）. The amount of water that will drain freely from an aquifer is known as specific yield（若向含水层掘井，能够自由出流的水量称为单位产水量）.
The flow of water out of a soil can be illustrated using Figure 1（从土壤中流动的水如图1所示）. The flow rate must be proportional to the area through which flow occurs times the velocity（流量与流水面积和速率成正比）, or
Q=Av
Where（此式中）
Q=flow rate , in m3/sec（流量，单位为m3/s）
A=area of porous material through which flow occurs, in m2（渗透性土壤的流水断面，单位为m2）
v=superficial velocity, in m/sec（表征流速，单位为m/s）
The superficial velocity is of course not the actual velocity of the water in the soil（表征流速当然不是水在土壤中流动的真实速度）, since the volume occupied by the soil solid particles greatly reduces the available area for flow（因为土壤颗粒粒径极大地降低了水流通过的空间）. If a is the area available for flow, then（如果a代表水的流经断面面积，那么）
Q=Av=av＇
Where（此式中）
v＇=actual velocity of water flowing through the soil（水流在土壤中的真实流速）
a=area available for flow（水的流经断面面积）
Solving for v＇,（求解v＇）
v＇=Av/a
If a sample of soil is of some length L, then（如果土壤样品具有一定长度）
v＇=Av/a=AvL/(aL)=v/porosity（v/孔隙率）
since the total volume of the soil sample is AL and the volume occupied by the water is aL.（因为总的土壤样品体积为AL，实际的水流动空间则为aL）
Water flowing through the soil at a velocity v＇loses energy（水在以v＇速度流动的过程中会损失能量）, just as water flowing through a pipeline or an open channel does（这个道理与水在管道或明渠中流动是一样的）. This energy loss per distance traveled is defined as（单位长度的水头损失定义为）
energy lose（水头损失）=△h/△L
Where（此式中） h=energy, measured as elevation of the water table in an unconfined aquifer or as pressure in a confined aquifer, in m（水头，在非承压含水层中，即水位线；在承压含水层中，即压力；单位为m）
L=horizontal distance in direction of flow, in m（流水在水平方面上的长度，m）
The symbol(delta) simply means “a change in,” as in “a change in length, L.” （符号△表示在某一长度方向上出现的一种变化）Thus this equation means that there is a change(loss) of energy, h, as water flows through the soil some distance, L.（这个公式表示的是随着水在土壤间隙中的流动距离L，出现能量上的变化h）
In an unconfined aquifer（在非承压含水层）, the drop in the elevation of the water table with distance is the slope of the water table in the direction of flow（沿流动距离下降的水头是一个沿水流方向的水位斜坡）. The elevation of the water surface is the potential energy of the water（水位线的高度表示着水的势能）, and water flows from a higher elevation to a lower elevation（水总是从高处流向低处）, losing energy along the way（沿程损失能量）. Flow through a porous medium such as soil is related to the energy loss using the Darcy equation（水在类似于土壤的多孔性介质中流动时的水头损失按达西公式计算）
Q=KA(△h/△L)
Where（上式中）
K=coefficient of permeability, in m/day（渗透系数，单位为m/d）
A=cross-sectional area, in m2（过流断面面积，单位为m2）
The Darcy equation makes intuitive sense（达西公式给人带来的直观感觉是）, in that the flow rate (Q) increases with increasing area (A) through which the flow occurs and with the drop in pressure, △h/△L（在一定的水量和压力降条件下，过流面积越大，出水流量就越大）. The greater the driving force ( the difference in upstream and downstream pressures), the greater the flow（驱动水的压力差越大[指上下含水层间的不同水压]，水的流量越大）. The factor, K（系数K）, is the coefficient of permeability（指渗透性系数）, an indirect measure of the ability of a soil sample to transmit water（土壤样品的透水能力间接指标）, can be measured by a permeameter shown in Figure 2（能够通过图2所示的渗透测试仪测得）; it varies dramatically for different soils（不同土壤的渗透系数相差很大）, ranging from about 0.005m/day for clay（粘土仅0.005m/d）to over 5000m/day for gravel（砾石则超过5000m/d）. The coefficient of permeability is measured commonly in the laboratory using permeameters（渗透系数一般在实验室通过渗透测试仪测得）, which consist of a soil sample through which a fluid such as water is forced（渗透测试仪含有一些土壤样品，水在压力作用下通过它们）. The flow rate is measured for a given driving force (difference in pressures) through a known area of soil sample（在已知的过流断面面积下，测定不同驱动压力下水的流量）, and the permeability calculated（然后通过计算得到渗透系数K）.
Lesson 2
drainage ditch ['dreinid?] 排水沟
shambles ['?æmblz] 肉店， 屠宰场，混乱的地方
synonym ['sin?nim] n. 同义词
discard [dis'kɑ:d; 'diskɑ:d] 丢弃，抛弃，放弃
excrement ['ekskrim?nt] n. 排泄物,粪便
sewer ['sju?; 'su:?] n. 下水道，污水管，阴沟；. 缝纫工具(如缝纫机、针线等)；缝纫者
storm sewer 雨水管
water closet ['kl?zit] 盥洗室，厕所
sanitary waste ['sænit?ri] 生活废水
combined sewer 合流制下水道
sanitary adj.1. 关于健康的；卫生的，清洁的
2. 关于卫生的；公共卫生的
3. 提供健康的，提供卫生的
n. 公共厕所
sanitary sewer 生活污水管道
separated sewer 分流制下水道
sewerage ['sju?rid?] 排水工程 n. 1. 排污，污水处理
2. 下水道系统，排污系统；下水工程，污水工程
3. 污水，污物
4. 脏话，下流话；肮脏的想法
easement ['i:zm?nt] n. 缓和,减轻,方便; 地役权
perforated ['p?:f?reit] 穿孔的；凿孔的
creek [kri:k] 小溪，小河，小湾，小港
layout 规划，设计，布局图，版面设计
sewerage system 排水工程，排水系统
conduit ['k?ndit] n. 管道，导管,水管,沟渠；泉水，喷泉 （ 英音：['k?ndit]美音：['kɑndu?t]）
terrain ['terein] n. 地带,地域,地形
collecting sewer 污水支管
interceptor sewer [int?'sept?(r)] 截流管道，污水[管]截砂阱
force main 压力干管
cement [si'ment] 水泥
outage ['autid?] 停机,断电
mi [mi:] 英里，大音阶的第三音
auxiliary [?:g'zilj?ri] 辅助的，补助的
brickwork ['brikw?:k] n. 砌砖
domestic wastewater [d?'mestik] 生活废水，家庭污水
brainchild 指计划、想法、创作等脑力劳动的创造物
euphemism ['ju:fimiz?m] n. 婉言,委婉的说法
sink [si?k] 洗涤盆，污水池，接收器
decree [di'kri:] n. 政令，法令 v. 颁布
manhole ['mænh?ul] n.(下水道，排水沟，锅炉等可容人进去检修的)检修孔，检修井，人孔
seep [si:p] v. 渗出；渗漏
cracking ['kræki?] n. 破裂，裂化；分裂,分解
detrimental [,detri'mentl] adj. 有害的
Lesson 3
concentration [,k?nsen'trei??n] n. 集中,专心,浓度,浓缩
definitive [di'finitiv] 最后的，确定的，权威性的
milli- ['mili] [词头]毫,千分之一
extract [iks'trækt] vt.提炼，提取，萃取
sloppy ['sl?pi] adj. 湿透的，水多的，液体的；草率的，粗心大意的
residue ['rezidju:] 残留物，剩余物
TDS （the total dissolved solids） 总溶解性固体
TSS （the total suspended solids） 总悬浮性固体
filtration [fil'trei??n] n. 过滤
filtrate ['filtreit] v. 过滤，筛选 n.滤(出)液
nominal ['n?minl] adj. 名义上的，有名无实的，名字的，名词性的，公称的，额定的
hydrogen ['haidr?d??n] ['haidr?ud??n] n. 氢
ion ['ai?n] n. 离子
dissociate [di's?u?ieit] v. 分离,游离,分裂
hydroxyl [hai'dr?ksil] n.【化学】羟基，氢氧基
acidic [?'sidik] adj. 酸的,酸性的
dearth [d?:θ] n. 缺乏,粮食不足,饥谨
basic ['beisik] n. 基本,要素，基础 adj. 基本的, 碱性的
product ['pr?d?kt] n. 产品,成果,乘积
logarithm ['l?g?riθm] n.【数学】对数
electrode [i'lektr??d] n.【电学】电极；发射极；集电极
hydrogen ion activity 氢离子活性（度）
indicator ['indikeit?] n. 指示器,指示剂，指示菌，指示基因
aquatic [?'kwætik] adj.1. 水的，水上的，水生的；水栖的 n. 水生动物,水草
organism ['?:g?niz?m] n. 生物体,有机体
disinfection [,disin'fek??n] n. 消毒
mine drainage 矿山排水
sulfuric acid [s?l'fju?rik] 硫酸
alkalinity [,ælk?'lin?ti] n.【化学】碱性；碱度
buffering capacity ['b?f?] 缓冲能力
carbonate ['kɑ:b?neit] n.,碳酸盐
bicarbonate [bai'kɑ:b?nit] n.【化学】碳酸氢盐，酸式碳酸盐，重碳酸盐
CO2(Carbon dioxide) [dai'?ksaid] n. 二氧化物
Titrate ['taitreit] vt., vi.【化学】滴定 n.【化学】被滴定液
calcium carbonate ['kælsi?m] 碳酸钙
DO (dissolved oxygen) 溶解氧
gill [gil] [d?il] n. 腮，腮下肉，峡谷，峡流，锶 vt.1. 用刺网捕(鱼)
salinity [s?'liniti] n. 含盐量，咸度，盐浓度,，盐分
odor ['?ud?] n. 气味,名声
iodo- [ai'?ud?; 'ai?d?u] （构词成分）碘，碘代
titration [tai'trei??n] n. 滴定
BOD (biochemical oxygen demand) 生化需氧量
microorganism [maikr??'?:g?niz(?)m] n.【微生物学】微生物
macteria bæk'ti?ri?] n. 细菌
decomposable [,di:k?m'p??z?bl] adj.可分解的
decomposition [,di:k?mp?'zi??n] n.1. 腐败，腐烂 2. 分解(作用)
oxidation [?ksi'dei??n] n. 氧化
stabilize ['steibilaiz] v. 稳定 vt. 1. 使稳定，保持…的稳定；使稳固，使安定：
COD (chemical oxygen demand) 化学需氧量
drawback ['dr?:,bæk] n. 缺点，障碍
decompose [,di:k?m'p?uz] vt.1. 分解，使分解，使腐烂
cellulose ['seljul?us] n. 纤维素
dichromate [dai'kr?umeit] n.【化学】重铬酸盐
nitrogen ['naitr?d??n] n. 氮
reduced state 还原态
carbonaceous [kɑ:b?'nei??s] adj. 【化学】碳的,碳质的,含碳的
lignin ['lignin] n. 木质素
nutrient ['nju:tri?nt] adj. 营养的,滋养的 n. 营养物,营养品
fractionate ['fræk??neit] vt.1. 把…分成几部分 2. 【化学】分馏，分级
particulate [p?'tikjulit, -leit] n.1. 微粒；颗粒； adj.微粒的；颗粒的；粒子状的
biodegradable [,bai?udi'ɡreid?bl] adj. 生物可降解的
ferment ['f?:m?nt] n. 酵素,发酵,动乱v. 使...发酵,发酵,动乱
VFAs (volatile fatty acids) ['v?l?tail] 挥发性脂肪酸
Lesson 4
wastewater ['weistw?:t?] n. 废水
generation [,d?en?'rei??n] n. 产生，【世】代,
residence ['rezid?ns] n. 居住，住处
mutagenic [,mju:t?'d?enik] adj. 诱变的，致诱变的
septic ['septik] adj. 腐败的，败血病的，脓毒性的
n. 腐败物
malodorous [mæ'l?ud?r?s] adj. 有臭味的,不合法的
dwell [dwel] v. 居住，细说;
carcinogenic [kɑ:sin?'d??nik] adj. 致癌物（质）的
dry weather flow 枯季流量
catch basin 集水池，截流井，雨水口
overland flow 地表径流，地面水流
subcatchment n. 子流域，支流集水区
rainfall ['reinf?:l] n. 雨量，降雨；降雨量，降水量
subsurface ['s?b's?:fis] adj. 表面下的；海面(或水平)下的；地表下的
effluent ['eflu?nt] adj. 流出的 n.流出物，废水，污水，排水渠
discharge n. 流量，排放物，排出，排放
overflow ['?uv?'fl?u] n. 溢流
term [t?:m] n. 学期,，期间，条款，条件，术语,
contaminant [k?n'tæmin?nt] n.污染物，致污物
preliminary treatment [pri'limin?ri] 预处理
rag [ræg] n. 抹布，碎屑，破布,碎布,石板瓦, 破旧衣服
grit [grit] n. 砂砾,粗砂石
primary treatment ['praim?ri] 初级处理
constituent [k?n'stitju?nt] n.构成要素；成分，组分
stick [stik] n. 棍，棒
floatable ['fl?ut?bl] adj. 可漂浮的,可浮起的
grease [gri:s] n. 油脂
ancillary [æn'sil?ri] adj. 辅助的, 附属的
secondary treatment 二级处理
tertiary treatment ['t?:??ri] 三级处理
chemical precipitation [pri,sipi'tei??n] 化学沉淀
anaerobic [æne?'r?ubik] adj. 厌氧的
lagoon [l?'gu:n] n. 污水塘，氧化塘，曝气塘，环礁，泻湖（位于陆地与障壁岛之间的半封闭水体）
advanced oxidation 高级氧化
membrane filtration ['membrein] 膜滤
breakpoint chlorination [,kl?:ri'nei??n] 折点加氯
denitrification [di:naitrifi'kei??n] n. 脱氮作用，反硝化作用
air stripping ['stripi?] 空气吹脱，气提
ion exchange 离子交换
chlorine dioxide ['kl?:ri:n] 二氧化氯
ozone ['?uz?un] n. 臭氧
colloidal k?'l?idl] adj. 【化学】胶质的；胶态的；胶体的
volatile organic compounds (VOC) ['v?l?tail] 挥发性有机化合物
chemical scrubber （['skr?b?] 【化学】洗涤器；涤气器，净洗器） 化学洗涤塔
biofilter 生物滤池
compost ['k?mp?st] n.混合肥料，堆肥
advanced treatment 高级处理
innovative ['in?uveitiv] adj. 革新的，创新的；富有革新精神的；新颖的
eutrophication [ju:,tr?fi'kei??n] n. 富营养化作用
amendment [?'mendm?nt] n. 改善,改良,改正
harbor ['hɑ:b?] n. 海港,避难所 v. 庇护,隐藏,藏匿
aging ['eid?i?] n. 衰老，老化，陈化
infrastructure ['infr?'str?kt??] n. 下部构造,下部组织,基础结构，基础设施
nonpoint source [n?n'p?int] 非点源
point source 点源
retrofit ['retr?,fit] n. ﹠ v. 改型，改进
renewal [ri'nju:?l] n. 更新,革新,复兴；续借
undersized ['?nd?'saizd] adj.小于一般尺寸的；小型的；不够大的；比较矮小的
vitrified ['vitrifaid] adj. 陶瓷的,玻璃化的, 上釉的，陶化的
mortar ['m?:t?] n. 砂浆，灰浆，胶泥 v. 用灰泥涂抹,用灰泥结合
exfiltration [,eksfil'trei??n] n. 漏出(渗漏)，渗出
transmissivity [trænzmi'siviti] n. 透射比，透射率，透射系数
gene [d?i:n] n.【遗传学】(遗传)基因，遗传因子
ballast ['bæl?st] n. 整流器，压舱物，道碴
byproduct ['bai,pr?d?kt] n. 副产品
channelization 管道化
interceptor [int?'sept?(r)] 截砂阱 n.1. 拦截；阻止者；障碍物；拦截器；遮断器
upgrade ['?pgreid] n. 升级，上升，上坡
vt. 提高(等级)，提升，浓缩
gastrointestinal tract [,gæstr?uin'test?nl] 胃肠道
oocyst ['?u?,sist] n.【生物学】卵囊
cryptosporidium [,kript?u'sp?ridi?m] n.【生物学】隐孢子虫（属）
cryptosporidium parvum 小隐孢子虫
pfiesteria piscicida 幽灵藻
pasture ['pɑ:st??] n. 牧地，草原，牧场
feedlot ['fi:dl?t] n. 饲育场，饲养场
trigger ['trig?] vt. 引发，引起，触发
vortex separator ['v?:teks] 旋流分离器
membrane bioreactor 膜生物反应器
ultrafiltration [,?ltr?fil'trei??n] n. 超滤
reverse osmosis [?z'm?usis] n. 反渗透
ultraviolet radiation ['?ltr?'vai?lit] n. 紫外线辐射
headworks ['hedw?:k] n. 渠首工程，脑力劳动，准备工作
Lesson 5
fine screen 细格栅，细筛
coarse screen [k?:s] 粗格栅，粗筛
microscreen 微孔筛网
parallel bar ['pær?lel] 平行棒
grating ['greiti?] 栅栏，栅，格栅
wire mesh ['wai?] [me?]金属丝网，铁丝网，钢丝网
perforated plate ['p?:f?reit] [pleit] 穿孔板，多孔板
standby 备用
bypass 旁路，旁通管
in lieu of ['lju:] 代替
fillet ['filit] n. 圆角，凸起，缘边，嵌条
chain n. 链条
reciprocating [ri'sipr?keiti?] adj. 往复的，来回的
rake [reik] 耙子，齿耙
catenary [k?'ti:n?ri] adj.﹠n.悬链线；悬链线的
trough ['tr?:f] n. 槽,水槽
ragged ['rægid] adj. 粗糙的, 衣衫褴褛的,刺耳的
jam [d?æm] n. 堵塞，拥挤
hinge [hind?] n. 铰链,
SI units （Systeme International） 国际标准单位
approach velocity [vi'l?siti] 行近流速
headloss 水头损失
cogwheel ['k?gwi:l] n.【机械学】齿轮
carryover n.携带，带出，遗留，遗留物
sprocket ['spr?kit] n.. 【机械学】 链齿， 链轮
hook [huk] n.钩；挂钩，吊钩
protrude [pr?'tru:d] 伸出,突出
grit chamber 沉砂池
stringy ['stri?i] adj. 线,绳的,纤维的
slide [slaid] n. 滑，滑动，,幻灯片
recess [ri'ses] 凹槽,凹座,凹进处
sluice [slu:s] n. 水闸，泄水管，水力冲泄
debris ['debri:, 'deib-] n. 碎片,残骇，悬浮泥沙，推移质
parshall ['pɑ:?æl] 巴歇尔氏测流量装置
wetwell 湿井，吸水井
turbulence ['t?:bjul?ns] n. 1. 混乱，动乱，骚乱，骚动
2. 【航海学】(水流的)湍流，紊流，（液体或气体的）紊乱
eddy ['edi] n. 旋转，,漩涡
trapezoidal [,træpi'z?id?l] 梯形的
dislodge [dis'l?d?] 移动，取出，清除
hopper ['h?p?] 斗仓，进料斗，加料斗
pneumatic [nju(:)'mætik] n. 气胎；adj. 装满空气的，有气胎的，汽力的，气压的，气动的
grinder ['graind?] n. 磨碎机，研磨机，磨床
shred ['?red] n. 碎片，破片；v. 撕碎，切碎
air diffuser [di'fju:z?] 气体扩散器
flume [flu:m] n. 水槽，斜槽，渡槽，水道；引水沟
grind [graind] v.,磨碎，碾碎，折磨
Lesson 6
Neutralize ['nju:tr?laiz] v. 使中和 ，压制
silt [silt] n. 淤泥，残渣，煤粉，泥沙
barrier ['bæri?] n. 界线,屏障,障碍物，势垒，潜堰
collide [k?'laid] v. 碰撞, 抵触
charge neutralization 电中和
floc [fl?k] n. 絮体
flocculation [fl?kju'lei??n] n. 絮凝作用
cation ['kætai?n] 正离子,阳离子
trivalent [trai'veil?nt] adj.【化学】三价的
monovalent [,m?n?u'veil?nt] adj.【化学】一价的，单价的
repulsive force [ri'p?lsiv] 排斥力
alum ['æl?m] n. 明矾，矾
aluminum sulfate [,ælju'mini?m, ,æl?'mini?m] ['s?lfeit] 硫酸铝
oxide ['?ksaid] n. 氧化物
hydroxide [hai'dr?ksaid] n.【化学】氢氧化物
complex ['k?mpleks] n. 复合体，配合物，络合物
sticky ['stiki] adj. 粘的,粘性的
slipping plane ['slipi?] 滑动面
surface charge 表面电荷
Brownian motion 布朗运动
bombardment [b?m'bɑ:dm?nt] n. 袭击
approximation [?,pr?ksi'mei??n] n. 接近，近似
side reaction 副反应
potential determining ions 决定电位离子
electrolyte [i'lektr??lait] n. 电解物,电解质,电解液
polyelectrolyte [,p?lii'lektr?u,lait] n.【化学】聚合(物)电解质；高(分子)电解质
aggregation [ægri'gei??n] n. ,聚合,集合体
hydrolyzed metal ions 水解金属离子
coagulant [k??'ægj?l?nt] n. 混凝剂
flocculant ['fl?kjul?nt] n. 絮凝剂
destabilize [di:'steibilaiz] vt. 脱稳， 使...不稳定
synthetic organic polymer [sin'θetik] 合成有机聚合物
ferric ['ferik] adj. 铁的,含铁的,三价铁的
prehydrolized 预水解的
polyaluminum chloride 聚合氯化铝
polyiron chloride [,p?li'ai?n] 聚合氯化铁
granular ['grænjul?] adj ,粒状的
microflocculation 异向絮凝，微絮凝
macroflocculation ['mækr?u] 同向絮凝
orthokinetic flocculation [?:θ?kai'netik] 同向絮凝作用
perikinetic flocculation [,perikai'netik] 异向絮凝作用
overtake ['?uv?'teik] vt. 赶上，追上
blur [bl?:] v. 使...模糊 弄污
flexibility [,fleks?'biliti] n. 弹性，适应性，机动性，挠性，灵活性,
ellipsoid [i'lips?id] n. 椭圆体
prolate ['pr?uleit] adj. 扁长的,扩展的
oblate ['?bleit] adj.扁圆形的，扁球形的，椭圆的
coil [k?il] n. 线团，卷曲，线圈，绕组
fractal ['frækt?l] （分开学中）不规则碎片形
hydrophobic [,haidr?u'f?ubik] adj.【化学】疏水的，憎水的
hydrophilic [,haidr?u'filik] adj. 亲水性的
surface-active agent ['s?:fis'æktiv] 表面活性剂
synthetic detergent [sin'θetik] [di't?:d?] 合成清洁剂
dyestuff ['daist?f] n.染料，染色剂；染液
micelle [mi'sel; mai-] n.【化学、物理学、生物学】胶粒；胶束，胶囊；微团；微胞；胶态分子团；胶态离子
composition [k?mp?'zi??n] n. 作文,著作,组织,合成物，成份
isomorphous replacement ['ais?u'm?:f?s] 同晶转换
structural imperfection ['str?kt??r?l] [,imp?'fek??n] 结构性缺陷
ionization [,ai?nai'zei??n] n. 离子化,电离；【化学】电离作用
lattice structure ['lætis] 晶格结构
inert [i'n?:t] adj. 惰性的,迟钝的
hydroxyl ion [hai'dr?ksil] 氢氧离子，羟离子
carboxyl [kɑ:'b?ksil] n. 羧基
amnio ['æmni?u] adj. 氨基的
isoelectric point [,ais?ui'lektrik] 等电点
counterion ['kaunt?ai?n] n. 带相反电荷的离子，抗衡离子，补偿离子
electrostatic forces 静电力
van der Waals forces [w?:lz] 范德华力
thermal agitation 热搅动
diffuse layer [di'fju:z] 扩散层
compact layer (Stern) 压缩层
cloud of ions 电子 云
zeta potential ['zi:t?] ζ电位
Nernst potential [n??nst] 能斯特电位
Lesson 7
sedimentation [,sedimen'tei??n] n. 沉淀,沉降
accelerated gravity settling [?k'sel?reitid] 回速重力沉降
ballasted flocculent settling ['bæl?st] 加重絮凝沉淀
tube settler ['setl?] 斜管沉淀池
frictional ['frik??n?l] adj. 摩擦的，摩擦力的
drag coefficient [k?ui'fi??nt] 阻力系数
flocculent settling 絮凝沉降
coalesce [,k?u?'les] v. 凝聚，聚结，合并,联合,接合
ballasting agent ['bæl?sti?] 加重剂
hindered settling ['hind?] 干扰沉降，拥挤沉降
compression settling 压缩沉降
specific gravity [sp?'sifik] 比重
laminar ['læmin?] adj. 层（状、流）的； 层的(薄层的,分层的,
turbulent ['t?:bjul?nt] 紊流的
transitional [træn'zi??n?l] adj. 过渡的
kinematic [,kaini'mætik] adj. 运动学的,运动学上的
Reynolds number ['ren?ldz] 雷诺数
Iterative ['it?r?tiv; -reit-] adj. 重复的；反复的；迭代的
inertial forces [i'n?:??l] 惯性力
overflow rate 溢流率
surface loading 表面负荷
discrete particle settling [dis'kri:t] ['pɑ:tikl] 离散颗粒沉降
detention time [di'ten??n] 滞留时间，停留时间
trajectory ['træd?ikt?ri, tr?'d?ek?t?ri] n. 轨道,弹道,轨线
settling column ['k?l?m] 沉降柱
Lesson 8
elevated tank ['eliveitid] 高位水池，高架水箱
frictional resistance 摩擦阻力
sieve analysis [siv] 筛分析
cumulative percent ['kju:mju,leitiv] 累计百分数
grain [grein] 细粒，颗粒
backwashing 反冲洗
cutaway ['k?t?,wei] 剖面图
false [f?:ls] 人工的
jolt [d??ult] n. ﹠v. 摇晃
crush [kr??] vt. 压碎，碾碎
supplemental [,s?pli'mentl] adj. 补充的,增补的
gullet ['g?lit] . n.沟；排水沟；水槽，水落管，海峡
probability [,pr?b?'biliti] n. 可能性,概率,机率
straining ['streini?] 筛滤，变形，隔小滤
interception [,int?'sep??n] n. 拦截，截留
electrokinetic [i,lektr??kai'netik] adj. 动电学的 ，电动的
terminate ['t?:mineit] v. 终止，停止， 结束
abrade [?'breid] v. 摩擦,磨损
scouring ['skau?ri?] 擦[洗]净, 冲刷, 洗涤
hydraulics ['hai'dr?:liks] n. 水力学
inertial [i'n?:??l] adj. 不活泼的,惯性的
adhesion [?d'hi:??n] n. 附着力，,胶粘
Lesson 9
adsorption [æd's?:p??n] n. 吸附
adsorbate [æd's?:beit] n. 被吸附物
adsorbent [æd's?:b?nt] n. 吸附剂 adj. 吸附的
activated carbon ['æktiveitid] 活性碳
polishing process ['p?li?i?] 精处理法
regeneration [ri,d?en?'rei??n] n. 再生,重建
char [t?ɑ:] n. 木炭，,茶
almond ['ɑ:m?nd] n. 杏仁，杏树
coconut ['k?uk?n?t] n. 椰子
walnut ['w?:ln?t; -n?t] n. 胡桃，胡桃木
hull [h?l] n.(果实、种子等的)外皮，外壳，果皮；船体，船壳
red heat 赤热，赤热状态
retort [ri't?:t] n.曲颈瓶，蒸馏罐，蒸馏器
carbonization [,kɑ:b?nai'zei??n] n. 碳化,干馏,碳化物
pyrolysis [,pai?'r?lisis,,pi-] n. 热分解， 高温分解
meso- ['mes??, 'mez??] 【词头】中间的，中等的；表示“中间, 中央”之义
powdered activated carbon (PAC) ['paud?d] 粉末活性碳
granular activated carbon (GAC) ['grænjul?] 粒状活性碳
bulk density [b?lk] ['densiti] 堆积密度，松密度
iodine number ['ai?di:n; (US) 'ai?dain] 碘值
abrasion [?'brei??n] n. 磨减,磨损,磨损之处
spent [spent] adj.用完了的，耗尽了的；精疲力竭的；失去效力(或效能)的
obviate ['?bvieit] vt. 防止，排除，消除(困难、不利因素等)：
virgin ['v?:d?in] adj. 原始的，美国著名游戏软件公司
furnace ['f?:nis] n. 炉子,熔炉
attrition [?'tri??n] n. 摩擦,磨损，磨耗
mishandling ['mis'hændli?] 违规操作
impact ['impækt] n.碰撞，影响
sorption ['s?:p??n] n. 吸附作用(吸收作用,吸着作用)
advection [?d'vek??n] n. 水平对流
dispersion [dis'p?:??n] n. 弥散、扩散（现象）
contactor ['k?ntækt?] 接触器
diffusion [di'fju:??n] n. 扩散,传播,蔓延
stagnant ['stægn?nt] adj. 停滞的
coulombic [ku:'l?mik] adj. 库仑的，库仑定律的
dipole ['daip?ul] n. 双极子，偶极
hydrogen bonding ['haidr?ud??n] 氢键结合
adsorption isotherm ['ais?uθ?:m] 吸附等温线
polarity [p?u'læriti] 极性
PCB polychlorinated biphenyls [bai'fenil]【化学】多氯联苯
Dimethylnitrosamine [dai'meθil,nai'tr??s?mi:n] 二甲基亚硝胺
Valid ['vælid] adj.有效的,正确的
Lesson 15
biological treatment 生物处理
antecedent [,ænt?'si:d?nt] 先辈，祖先，列祖，祖宗
hasten ['heisn] v. 催促，促进，加速
putrescibility [pju:,tres?'bil?ti] n. 腐败性 , 易腐烂
cultivate ['k?ltiveit] v. 培养,耕作,栽培
sequencing batch reactor (SBR) ['si:kw?nsi?] [bæt?] 序批式反应器
oxidation ditch system [?ksi'dei??n] [dit?] 氧化沟系统
aerated lagoon ['ei?reitid] [l?'gu:n] 曝气塘
stabilization pond [,steibilai'zei??n; -li-] [p?nd] 稳定塘
plug-flow [pl?g] 柱塞流
complete-mix 完全混合式
anoxic [æ'n?ksik] 缺氧的
mitigate ['mitigeit] vt. 减轻; 使缓和，使温和，使镇静
parentheses [p?'renθisi:z] n. 圆括号，插入语，插曲
nitrification [,naitr?f?'kei??n] [,naitrifi'kei??n] n.【化学】硝化作用
PLC: Program Logic Control 程序逻辑控制 （ Programmable logic Controller可编程序控制器）
Lesson 19
putrescent [pju:'tresnt] adj. 将腐烂的,腐败的
ecological [,ek?'l?d?ik?l] adj. 生态学的，社会生态学的
procreation ['pr?ukrieit] n. 生产,生殖
invariably [in'vε?ri?bli] adv. 不变地，总是
end up with 以……告终
hydroxyapatite [hai,dr?ksi'æp?tait] n. [矿]羟磷灰石 ，氢氧磷灰石
marsh [mɑ:?] n. 沼泽，湿地，沼泽地
hyacinth ['hai?sinθ] n. 风信子，洋水仙，水葫芦
avert [?'v?:t] v. 转移，,避免,防止
putrescence [pju:'tresns] n. 腐败，腐烂，坏死
hydrated lime ['haidreitid] [laim] 熟石灰，氢氧化钙
quicklime ['kwiklaim] n. 生石灰
extracellular enzyme [,ekstr?'seljul?] ['enzaim] 胞外酶
antacid [,ænt'æsid] adj. 中和酸性的,制酸性的
n. 抗酸剂
gravity thickener 重力浓缩池
flotation thickener [fl?u'tei??n] 气浮浓缩
weir [wi?] n. 堰堤,拦河坝
scrape [skreip] n. 擦，刮，擦痕，刮擦声，困境；v. 刮掉,擦掉
incinerate [in'sin?reit] vi. 把...烧成灰, 烧弃，焚烧
belt filter [belt] 带式滤机
centrifugation [sen,trifju'gei??n] n. 离心作用，离心法，离心分离
solid bowl 无孔转鼓（离心机的）
decanter [di'kænt?] n. 滗析器，倾析器
assimilate [?'simileit] 吸收，同化
multiple hearth incinerator ['m?ltipl] [hɑ:θ] [in'sin?reit?] 多段焚烧炉
rabble blade ['ræbl] [bleid ]耙齿（多段焚烧炉）
ash pit [æ?] [pit] 灰坑
destined ['destind] adj. 去往…的，开往…的
euphemistical [,ju:fi'mistik?l] adj. 婉转的, 委婉说法的
soil additive ['æditiv] 土壤添加剂
nonionizing ['n?n'ai?naizi?] adj. 不电离的
tension ['ten??n] n. ﹠vt. 拉紧
Lesson 20
draw-off tap [tæp] 放水龙头
cistern ['sist?n] 水塔，蓄水池
utensil [ju(:)'tensl] n. 器具 1. 器皿，用具 2. 厨房用具，炊具
urinal ['ju?rin?l] n. 尿壶,小便池
stagnation [stæg'nei??n] n. 停滞
space heating 环流供暖，空间加热
lid [lid] n. 盖，盖子，顶盖，罩； vt. 给…盖上盖子；为…装上盖子
microbial growth [mai'kr?ubi?l] 微生物增长
insulated ['insjuleitid] adj.【材料学】绝缘的，隔热的
rim [rim] n. 边,轮缘,框
unvented [?n'ventid] 未放气的
deform [di:'f?:m] v. 使...残缺,使...变形
timber ['timb?] n. 木材,木料
joist [d??ist] n. 【建筑学】托梁，小梁
galvanized ['ɡælv?naiz] adj. 镀锌的，电镀的
conspicuous [k?n'spikju?s] adj. 明显的，显著的,显而易见的
mesh [me?] n. 网孔,网丝,网眼；筛孔；筛目
impervious [im'p?:vj?s] adj. 不透水的，不渗透的，密封的
aperture ['æp?tju?] n. 孔,穴,缝隙，(照相机、望远镜等光学仪器镜头的)孔径；光圈
clause [kl?:z] n. 分句,从句,子句，条款,款项
compression fitting ['fiti?] 压缩组件
bucket ['b?kit] n. 水桶，(一)桶,一桶的量，[桶状物]铲斗
Legionella [,li:d??'nel?] n. 军团菌(属革兰氏阴性的杆状细菌，诱发军团病)
tee [ti:] n (英语字母) T，t ；T字形物；三通, 球座
sterilize ['sterilaiz] v. (高温)消毒，灭菌
glass reinforced polyester （ [,p?li'est?] 聚酯） 玻璃纤维增强聚酯
fullway valve [vælv] 全开阀
draughtproof 不透风的
preformed ['pri:'f?:md] 预成型的, 预制成的
译文：（第一课）
给水工程
我们知道，水的供应对生命的生存至关重要。人类需要喝水，动物需要喝水，植物也需要喝水。社会的基本功能需要水：公共卫生设施的冲洗，工业生产过程耗水，电能生产过程的冷却用水。在这里，我们从两方面讨论水的供给：）
1、地下水供给
2、地表水供给
地下水是通过打井而得到的重要直接供水水源，也是一种重要的间接供水水源，因为地表溪流（或小河）会经常得到地下水的补给。
在靠近地表的通气层中，土壤孔隙内同时包含着空气和水。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，蕴涵三种类型的水分。 重力水，是在暴雨过后进入较大的土壤孔隙中的水。 毛细水是在毛细作用下进入较小的土壤孔隙中的水，它能够被植物吸收。吸湿水是在不是最干燥的气候条件下由于分子间引力而被土壤稳定下来的水。地表通气层的湿气是不能通过凿井方式作为供水水源的。
位于通气层以下的饱和层，土壤孔隙中充满着水，这就是我们通常所说的地下水。 包含大量地下水的地层称为含水层。通气层和含水层之间的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）, but because the weight of overburden material generally closes pore 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的水量称为单位产水量。
The flow of water out of a soil can be illustrated using Figure 1（土壤中水流如图1所示）. The flow rate must be proportional to the area through which flow occurs times the velocity（流量与流水面积成比例，流经该土壤面积的流量等于面积与速率成的乘积）, or
Q=Av
Where（此式中）
Q=flow rate , in m3/sec（流量，单位为m3/s）【cubic meter per second】
A=area of porous material through which flow occurs, in m2（渗透性土壤的流水断面，单位为m2）
v=superficial velocity, in m/sec（表观流速（表面流速），单位为m/s）
表观流速当然不是水在土壤中流动的真实速度，因为土壤固体颗粒所占据的体积大大地降低了水流通过的空间。如果a代表水的流经断面面积，那么
Q=Av=av＇
Where（此式中）
v＇=actual velocity of water flowing through the soil（水流在土壤中的真实流速）
a=area available for flow（水的流经断面面积）
Solving for v＇,（求解v＇）
v＇=Av/a
If a sample of soil is of some length L, then（如果土壤样品具有一定长度）
v＇=Av/a=AvL/(aL)=v/porosity（v/孔隙率）
因为总的土壤样品体积为AL，实际的水流动空间则为aL。
Water flowing through the soil at a velocity v＇loses energy（水在以v＇速度流动的过程中会损失能量）, just as water flowing through a pipeline or an open channel does（这与水在管道或明渠中流动是一样的）. This energy loss per distance traveled is defined as（单位长度的能量损失定义为）
energy lose（能量损失）=△h/△L
Where（此式中） h=energy, measured as elevation of the water table in an unconfined aquifer or as pressure in a confined aquifer, in m（能量，在非承压含水层中，即水位线的标高；在承压含水层中，即压力；单位为m）
L=horizontal distance in direction of flow, in m（水流水平距离的长度，m）
The symbol(delta) simply means “a change in,” as in “a change in length, L.” （符号△仅仅表示一种变化，如在长度上出现的一种变化）Thus this equation means that there is a change(loss) of energy, h, as water flows through the soil some distance, L.（这个公式表示的是当水在土壤间隙中的流动距离为L是，出现能量上的变化为h）
In an unconfined aquifer（在非承压含水层）, the drop in the elevation of the water table with distance is the slope of the water table in the direction of flow（水位线高度在水流距离上的落差是一个沿水流方向的水位斜坡）. The elevation of the water surface is the potential energy of the water（水面的高度表示着水的势能）, and water flows from a higher elevation to a lower elevation（水从高处流向低处时）, losing energy along the way（沿程会有能量的损失）. Flow through a porous medium such as soil is related to the energy loss using the Darcy equation（水在类似于土壤的多孔性介质中流动时的水头损失按达西公式计算）
Q=KA(△h/△L)
Where（式中）K=coefficient of permeability, in m/day（渗透系数，单位为m/d）
A=cross-sectional area, in m2（过水断面面积，单位为m2）
The Darcy equation makes intuitive sense（达西公式给人直觉）, in that the flow rate (Q) increases with increasing area (A) through which the flow occurs and with the drop in pressure, △h/△L（流量随着过流面积和压降的增大而增大）. The greater the driving force ( the difference in upstream and downstream pressures), the greater the flow（驱动水的压力差越大[指上下游间的不同水压]，水的流量越大）. The factor, K（系数K）, is the coefficient of permeability（指渗透性系数）, an indirect measure of the ability of a soil sample to transmit water（土壤样品透水能力的间接指标）, can be measured by a permeameter shown in Figure 2（能够通过图2所示的渗透测试仪测得）; it varies dramatically for different soils（不同土壤的渗透系数相差很大）, ranging from about 0.005m/day for clay（粘土仅0.005m/d）to over 5000m/day for gravel（砾石则超过5000m/d）. The coefficient of permeability is measured commonly in the laboratory using permeameters（渗透系数一般在实验室通过渗透测试仪测得）, which consist of a soil sample through which a fluid such as water is forced（渗透测试仪含有一些土壤样品，在压力的作用下使诸如水的液体通过它们）. The flow rate is measured for a given driving force (difference in pressures) through a known area of soil sample（在已知的过流断面面积下，测定不同驱动压力下水的流量）, and the permeability calculated（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，含水层中的水将会流向井。当水到达井时水流经的面积逐渐变小，因此需要得到较高的表面（以及实际）流速。较高的流速当然会导致能量损失的增加，和能量梯度必然增加，形成下降漏斗。地下水的水位的降低称为水位降低。如果流向井的水流量等于从井中抽出的水流量，这种状态为平衡状态，水位降低保持不变。然而，如果抽出的水流量增加，必需由流向井的径向流（放射流、辐射流）来补偿，这样就会导致形成更深的地下漏斗。
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：
（7）
式中，r是圆柱体的半径，
是圆柱体的过流表面积。当水从圆柱的表面流入时，如果以相同的速度将水从圆柱的中心抽出，那么将上述等式求积分得出产水量。
（8）
式中，h1和h2分别表示井的半径为r1和r2时的地下水位高度。
这个等式可以利用潜水含水层中两个观测井的水平面测量来估算一个距井任何距离的给定水位降低量的抽水量，如图5所示。而且，知道了井的半径，就可以估算井的水位下降量，这是下降漏斗的临界点。如果抽水后的水位一直下降到含水层的底部，说明井干涸了——无法抽不出你所需求的水量。尽管上术公式的推导是就潜水含水层而言的，应用在承压含水层中也会遇到同样的情形，这里的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的过度下降。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的水位下降。如果在一个含水层中开凿多个水井，井的组合效应可以使地下水资源耗竭，所有的水井将会枯竭（干涸）。
当然，反过来也是一正确的。假设以多个水井中的一个井作为回灌井，那么回灌的水就会从这个井流向其他的井，增加地下水位，减少抽水后水位的下降。合理地使用抽水井和回灌井 是控制来自危险废弃物或垃圾场的流动污染物的一个途径。
最后，在上述讨论中做了许多假设。首先，我们假设含水层是均质的和无限大的，也就是说，它位于同一个水平的不透水层上，在无限大的距离上各个方向各个地方的土壤的渗透性相同。假设井穿过整个含水层，并且对含水层的整个深度开放。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，而含水层的这个行为模型只是故事的开始。地下水的行为建模是一门错综复杂的、需要专门技术的科学。
地表水的供给
地表水的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的波动，并且水质也会受到污染源的影响。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的水源总是可以依靠这可得到的10立方英尺每秒。
流量的变化很大以至于在枯水期（干旱期）连很一个小小的需求也得不到满足，因此必须建造贮存设施来贮存丰水期（潮湿期、多雨时期）的水。水库应该足够大以便可以提供可靠的供给水源。然而，水库的造价很昂贵，并且如果水库过大则会浪费社区资源。
估算正确的水库容量的一个方法是利用累积曲线计算历史贮存的需求量，然后利用统计学估计风险和费用。历史贮存需求量取决于流入计划建造水库所在地的溪流的总水流量（总流入量）以及根据总水流量随时间变化绘制的曲线。接着，随时间变化的需水量被画在同一个曲线图上。总流入量和需水量的区别在于如果需水量要得到满足水库必须保存的量。
如果仅得到有限的水流数据（资料），如图7的累积曲线并不是十分有用。一年的数据所能给予的关于长期变化的信息极少。
当得不到真实的数据时，长期的变化 可以用统计学来进行估算。水的供应通常是设计为满足20年周期的需求，一旦过了20年水库的容量就不足以抵御干旱。社区可能会建造更大容量的水库以证实：比如仅每50年才会出现一次水量不足。对比因供水量增加的（额外）好处而作的额外投资作一个计算可以帮助我们作出这样的决定。一种计算方法是需要若干年水库最初装配容量的数据，根据干旱的严重程度将这些数据进行排列，并计算每年发生干旱的机率。如果水库的装配容量为n年，并且指定的等级为m，m=1代表在最干旱的时期水库需要最大的容量，对任何一年都保证供水量充足的机率由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）
这个过程就是对反复出现的自然事件的频率分析。为调查研究所选择的频率一般为10年一次和5年一次，或者10年干旱和5年干旱，但是连续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的水库，计划满足10年干旱则需要建造一个较小的、相对便宜的水库。
第2课
废水的收集
在中世纪的英国城市如伦敦和约克，屠宰场是一条街道或是一个区域。18和19世纪，屠宰场是商业化领域，以肉类加工作为主要工业。屠宰场的肉贩（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和。街道的条件很差以致于最初在英语中将它的名字视为屠宰场或血的战场的同义词。
在老城市，建造像屠宰场里那样的排水沟唯一的目的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的。最后，排水沟覆盖起来成了我们现在所知道的雨水管。随着给水工程的发展和室内盥洗室（厕所）使用的增加，生活废水（家庭废水）（称为生活废水）输送的必要显而易见。在美国生活废水最初是排入雨水管中，这种同时输送生活废水和雨水的管道称为合流制下水道。最后一个被称为生活污水管的地下管道系统建成用来输送生活废水。20世纪建成的城市或城市的一部分几乎都是建成分流制下水道分别输送生活废水和雨水。
废水量的估计
在一个家庭里生活废水（污水）有各种各样的来源，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是都市社会的一个标准设施。然而，和这项发明一样重要的是对它的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（John Bramah）于1778年的发明，而另一些作者则认为它是约翰·哈灵顿（哈林顿）先生于1956年发明的。后者的论据由约翰先生对装置的原始描述得到加强，尽管没有任何关于他名字对发明贡献的记录。第一个使用抽水马桶记录的委婉说法在哈佛大学1735年频布的一条规章中找到：“No Freshman shall go to the Fellows’John”大一新生不得去约翰的那个家伙（同伙）。
“生活污水”这个术语在这里仅是指生活废水。生活废水的流量随着季节、（一周的）天数，（一天的）小时（数）变化面变动。记录在流量和强度上大的变动。通常，平均污水流量在100加仑每天第人，但特别的是在较小的社区生活污水的平均流量变动很大。
污水管通常也输送工业废水。工业废水的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的人孔中用一个小的流量计来测定。工业水流量也经常随着小时、天数和季节发生相当大的变动。
除了生活污水和工业废水，污水管也输送渗漏进管道中的地下水和地表水。因为污水管道上往往会在一些小孔（由于建造上的缺陷，树根导致的开裂，或者其他原因），如果管道低于地下水的最高水位，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。对于新的、建造较好的污水管发生渗透的极少，但可以高达500m3/(km.day)（2000000gal/(mi.day)）(mi:英里)。对于旧的系统，普遍的渗透估计值为700m3/(km.day)（3000000gal/(mi.day)）。渗流是有害的，因为额外的水量必须流经污水管和污水处理厂。应该尽可能地通过维护污水管和使污水附属构筑物避开其根茎可能导致污水管严重破坏的大树来减少渗流量。
（水）流入（名词）是指通过生活污水管无意中收集的雨水。（水）流入的一个普遍来源是设置在低洼处的穿孔检查井盖（人孔盖），以致于雨水流入检查井（人孔）。在比检查井高程高的溪流或排水道旁敷设、或者此处的检查井已被破坏的污水管也是一个主要的来源。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，污水管尺寸的确定通常很困难，因为并不是所有的预期流量都可以估量，并且不知道他们的变化性。越重要、越难以更换的污水管，保证污水管道足够大到可以处理可预见的未来的预期流量就越重要。
系统布置
污水管从住所和工业设施收集废水。为收集废水而设置的污水管道系统称为排水系统（不是污水系统）。污水管几乎总是以明渠或无压管道的方式运行。 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，压力管在极少的地方使用。
住宅区的典型（排水）系统如图1所示。敷设在街道下的污水支管通常由直径为6英寸的瓦管或塑料管来连接。污水支管的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。从大面积收集来的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的流速，在建造污水支管和截流污水管时必须有足够的坡度。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，是为了便于清理和维修。每当污水管改变坡度、尺寸或方向时都必须设检查井。典型的检查井如图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的不同地方安装泵站。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的地方。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。你可以想像，这将是最不希望出现的情况，因此，一个好的系统要将泵站减到最少并且/或者提供备用的电力。
几千年来污水管已经成为文明居所的一部分。在现代的美国我们已经习惯甚至以为我们社区服务的污水管为豪。他们似乎永远都不会失败（失灵），而且似乎不存在什么问题。最重要的是我们可以倾倒任何我们想倒进排水沟的东西，并且消失了。
当然它并不是消失了。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的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的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的东西是不会消失的。
第3课
水质的检测方法
在水污染得到控制之前对污染物的定量测量显然是必要的。然而这些污染物的测定充满着困难。有时不知道污染是由特殊的物质引起的。而且，这些污染物通常以很低的浓度存在，需要非常准确的检测方法。
在本节内容我们只讨论测定水污染的一些有代表性的分析试验。用于给水排水工程的完整的分析技术文件集（书籍）是作为《水和废水检测标准方法》而遵守的。这个文件集（这本书籍）是使试验技术标准化需要的结果。在它的领域里被视为权威并具有法律权威的重量。
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/重量的参数来表示。如果所涉及的液体是水，百万分率（ppm）等同于毫克/升，因为一升水的重量为1000克。因为污染物以非常低的浓度存在，ppm近似地等于mg/L。然而，因为有些废物的比重可能不同于水，以mg/L来表示比以ppm来表示更好。第三处比较常用的参数是百分率（百分比），一种重量/重量的关系。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）中进行测定的方法，因为获得样品的过程可能会改变测定的结果。例如，如果有必要测定水流中的溶解氧，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和水中发生转移（转入或转出）。
大多数的试验以取自溪流的样品作为试样。然而取样的过程可能会以结果有很大的影响。三种基本类型的样品是随机样品、混合样品，和流量加权混合样品。
随机样品，如其名字所指，仅在一个取样点测定水质。它的测定值准确地代表采样时的水质，但不能说明采样前后的水质（情况）。混合样品是采集一系列的随机样品并将它们混合。流量加权混合样品的采集是每取一个样品都使得样品的体积与采样时的流量成比例。当污水处理厂的日负荷可以计算时最后一种方法特别有用。然而，不管是技术或方法，分析结果只能对样品是准确的（分析结果只能是和样品一个准确），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的溶解的和悬浮的无机物质而复杂化。对水处理，溶解的和悬浮的物质都称为固体物质。从水中分离出这些固体物质是处理的一个最主要的目标之一。
严格来说，在废水中除了水之外的其他任何东西都归类为固体物质。然而，固体物质通常定义为在103℃（稍高于水的沸点）下蒸发后得到的残留物。这样测量出的固体物质称为总固体。总固体可以两部分：总溶解性固体（TDS）和总悬浮性固体(TSS)。过滤这个步骤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)和总溶解性固体，总悬浮固体试验具有一定的随意性，依赖于试验所使用的滤纸孔径的尺寸。用于TSS试验的滤纸的公称孔径在0.45μm至2.0μm之间。随着所用的滤纸孔径的减少将会测得更多的总悬浮固体。
总溶解性固体：根据定义，通过公称孔径为2.0μm或更小孔径滤纸的滤液里所包含的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）。废水中胶体粒子的尺寸通常在0.01μm到1.0μm之间。应该注意，一些研究者将胶体粒子的尺寸分为0.001μm到1.0μm之间，另一些研究都为0.003μm到1.0μm之间。在这篇课文里认为胶体粒子的尺寸为0.01μm到1.0μm之间。在未经处理的废水和经一次沉淀的废水中所含有的胶体粒子数量通常在108到1012/mL范围内。没有对胶体粒子和真正的溶解性物质进行常规地区分使得在处理厂性能的分析和处理工艺设计上出现混乱。
pH
溶液的pH是氢离子浓度的量度，反过来也是溶液酸度的量度。氢离子浓度与水分子的电离程度有密切的联系。纯水轻微电离得到相同浓度的氢离子和氢氧根离子。
（1）
过多的H+使溶液呈酸性，然而缺乏H+或过多的OH-使溶液呈碱性。这个反应式的平衡常数Kw为H+ 和OH-浓度的乘积等于10-14。这个关系可以表达为：
(2)
式中
和 
分别是H+ 和OH-浓度，单位是mol/L。联立方程1和方程2，在纯水中：
（3）
氢离子浓度是天然水和废水的一个重要的质量参数。氢离子浓度常用的表达方法是pH，定义为氢离子浓度的负对数。
（4）
或者 
（5）
对于中性溶液，为10-7，或pH=7。对于较大的溶液，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=10-10。因为10-4＞＞10-10，溶液中含有大量过量的H+，确认溶液是真正地呈酸性。如果溶液中缺乏必有＜10-7或pH＜7，呈碱性。稀释溶液的pH在0（绝对的酸性，=1mol/L）到14（绝对碱性）范围内。溶液的＞1mol/L具有负的pH。
目前pH的测定几乎普遍地采用电子方法。对（严格讲是氢离子活度）敏感的电极将信号转化为电流。在一定的pH值下改变颜色的各种pH试纸和指示溶液也被使用。pH的确定通过对比试纸的颜色或溶液的系列颜色标准。在水和废水处理的各个阶段pH都是非常重要的。水生生物对pH的改变很敏感，因此生物处理需要对pH控制（酸度控制）或监测。在如消毒和腐蚀控制（防腐）的水处理中，pH对保证适当的化学处理是非常重要的。矿山排水通常伴随着硫酸(高)的形成，对水生生物非常有害。大气中的持续酸沉积作用可能引起湖泊的pH值相当大的降低。
碱度
相对于pH的参数是碱度，或者水抗酸性的缓冲能力。碱度高的水可以接纳大剂量的酸而不会较大地降低其pH值。碱度较低的水如雨水仅加入少量的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。CO2溶在水里与重碳酸盐和碳酸盐离子相平衡。
(6)
这个方程式的组成发生任何改变会影响到CO2的溶解度。如果在水中加入酸，增加，H+与碳酸盐和重碳酸盐离子结合，使得碳酸盐和重碳酸盐平等向左移到，释放CO2到大气中。加入的H+通过重新调节所有的平衡而被吸收，并且pH并不会明显地改变。仅当所有的碳酸盐和重碳酸盐离子都被耗尽时加入的酸才会使得水的pH降低。
碱度通过用酸标准溶液滴定来确定，结果以CaCO3表示，mg/L（以CaCO3记）。大多数实际用途的碱度可以用摩尔数为单位来定义。如：
（7）
在当量为单位的相应表达为
（8）
在实践中（实际上），碱度以CaCO3为单位来表示。将meq/L转化为mg/L（以CaCO3记），有助于记忆：
（9）
（CaCO3的毫当量质量）
这样3meq/L碱度可以用150mg/L（以CaCO3记）来表示：
（10）
溶解氧
最重要的水质测量可能溶解氧。尽管在水中难以溶解，氧气对水生生物是最重要的。没有游离的DO河流和湖泊将不适合用腮呼吸的水生生物生存。存在于溶液中的实际氧量（其他气体也如此）取决于（1）气体的溶解度，（2）气体在大气中的分压，（3）温度，（4）水中的杂质浓度（如盐分、悬浮固体等）
因为生物反应对氧的利用率随着温度的升高而增加，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，从而获得的总氧量也较低。在废水中存在溶解氧是我们所希望的因为它可以防止有害气味的产生。
水中溶解氧量的测量通常是用定氧探头或碘量滴定法。后面一种方法是测量DO的温克勒试验，发展于约100年前，相对于其他测量方法它是标准方法。
生化需氧量
氧的利用率可能比DO的测定更重要。非常低的利用率也表明水是洁净的水：可利用的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。氧的利用率通常称为生化需氧量（BOD）。BOD不是一种特殊的污染物而是细菌和其他微生物在进行可降解有机物稳定化时所需的氧量的度量。
在废水和地表水应用最广泛的有机污染物参数是五日生化需氧量（BOD5）。它的测定包括了在有机物进行生化氧化时微生物所利用的溶解氧的测量。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的不断努力，另一种测量有机物含量的新方法可以最终代替它（BOD试验）而被应用。那么，如果BOD试验具有严重的局限性，为什么在这篇课文里花这么大的篇幅来介绍它？原因是BOD试验结果现在用来（1）确定存在的有机物要进行生物稳定所需要的大概氧量，（2）确定污水处理设施的尺寸，（3）估量某种水处理工艺的效果，（4）确定是否符合废水排放许可证的要求。
化学需氧量
在BOD试验中许多缺点中，最重要的是它需要花五天的时间来进行。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的减少。这种氧化反应以化学需氧量试验来完成。因为几乎所有的有机化合物在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值总是高于BOD值。这样的一个例子是木质纸浆废水，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试验是用来测量与在酸性溶液中能被重铬酸钾化学氧化的废水中有机物相当（等价）的氧量。当有机氮为还原态时（氧化数（价态）为-3），如下面的方程式所示：
（10）
式中
虽然可以预计最大的碳质BOD的值有可能与COD一样高，但这种情况很少存在。观测结果出现差异的原因如下：（1）许多难以被生物氧化的有机物质如木质素可以化学氧化，（2）无机物被重铬酸盐氧化增加了样品中的表观有机物的含量。（3）某些有机物可能会毒害BOD试验中的微生物，（4）因为无机物与重铬酸盐共存会发生反应会出现COD值偏高的现象。从操作角度来看，COD试验的一个主要优点是相对于BOD试验的五天或更多时间它可以在大约2.5个小时内完成。为了减少更多的时间，已经开发了仅需要15分钟时间的快速COD试验。
由于新的生物处理方法的发展，尤其是对生物营养元素去除的重视，将COD进行分类（分级）变得越来越重要。主要部分为颗粒状COD和溶解性COD。在生物处理研究中颗粒的和溶解的组分继续分类以便来评估污水的处理能力。分类包括：（1）可快速生物降解的溶解性COD，（2）可慢速生物降解的胶态和颗粒状（网捕）的COD，（3）不可生物降解的溶解性COD，（4）不可生物降解的胶态和颗粒状COD。可快速生物降解的溶解性COD通常可继续分为可以发酵为挥发性脂肪酸的复杂COD和短链挥发性脂肪酸。遗憾的是，如前所述（如前面提到的），与颗粒状COD相比较关于溶解性COD的标准化定义很少。在这里过滤是将样品分离的技术，溶解性COD和颗粒状COD的相对分配很大程度依赖于滤纸的孔径尺寸。另一种用来确定溶解性COD种类的方法是悬浮固体和一部分胶体物质的沉淀作用。上清液（澄清液）的COD相当于溶解性COD。
第4课
废水处理基础
任何一个社区都会产生液体和固体废物以及废气。液体废物——废水——实质上对社区供应的水经过各种用途后所开成的。（见图1）。从产生来源的角度看，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的雨水等液体或水携带的废物的组合。
图1 污水管理下部结构示意图
当未经处理的废水积聚并任由它腐败，废水中有机物的腐败将导致发生令人厌烦的情况包括产生恶臭气体。此外，未经处理的含有大量的能居住在人类肠道内的致病微生物。废水中也含有能够刺激水生植物生长的营养元素，以及可能含有有毒的化合物或潜在的可能致突变或致癌的化合物。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和环境是非常必要的。
处理方法
在处理方法中主要以物理作用的应用为主的称为操作单元。在处理方法中污染物的去除是通过化学或生物反应来进行的称为工艺单元。目前操作单元和工艺单元共同组合起来提供各种等级的处理，称为预处理、初级处理、高级的初级处理、二级处理（没有或有营养元素的去除）和深度（或三级）处理（见表1）。在预处理阶段，去除可能会破坏设备的粗大固体如大的物体、（破布）碎屑和粗砂。在初级处理阶段，以物理操作，通常是沉淀，来去除废水中流动的可沉降的物质（见图2）。
表1 废水处理级别
对于高级的初级处理，加入化学药品来强化悬浮固体和溶解固体的去除，使其含量减少。在二级处理中以生物和化学工艺来去除大部分的有机物质。在深度处理中以增加的操作和工艺单元组合来去除剩下的悬浮固体和其他在传统的二级处理没有能大量削减的组份。
表2 用于去除废水中组分的操作和工艺单元
大约在20年前生物脱氮除磷（BNR）——去除氮和磷——被视为废水深度处理的一种革新工艺。由于对生物脱氮除磷机理的的广泛研究、应用方面的优势，许多生物脱氮除磷系统已经被应用于实践中，实际上，脱氮除磷已经成为常规废水处理的一部分。与化学处理法相比较，生物脱氮除磷使用较少的化学药剂，降低废渣量的产生，并且能耗低。由于生物脱氮除磷在废水处理中的重要性，生物脱氮除磷被整合到（统一到）生物处理系统的理论、应用和设计的研究中。
土地处理工艺，通常称为“自然系统”，结合了物理、化学和生物处理的机理，处理后的出水水质类似于或好于经深度处理后的出水水质。在这篇课文中不涉及自然系统因为其主要应用于小型的处理系统。
现状
直到20世纪80年代末，传统的二级处理是去除BOD和TSS的最普通的处理方法。在美国，氮磷的去除被用在特殊的情况，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——相关水质条件已经证实。由于营养的富集已经导致了水体的富营养化和水质恶化（部分原因是点源的排放），脱氮除磷工艺已经得到逐步发展并广泛应用于其他区域。
作为《联邦水污染控制修正案》实施的结果，获得了用于完成项目目标的废水处理设施的相关数量和类型的重要数据。美国环境保护署对这些数据进行了跟踪调查，未来20年所需处理设施的数量和类型如表3所示。这些数据有利于我们对美国的污水处理现状形成全面的了解。
在过去的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的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，尤其是对紫外辐射消毒系统，因为（1）去除会藏匿（滋生）细菌的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，尤其是用于农业灌溉，几乎都使用过滤。
表3 根据1996年的设计容量和未来的需要美国废水处理设施的数量
新的方向和问题
废水处理新的方向和问题在废水处理的各种特定区域是显而易见的。被处理废水性质的改变、健康和环境问题的出现、工业废水问题、新规定带来的冲击，所有以前已经讨论过的都是最重要的。此外，其他重要的问题包括：（1）基础设施（下部构造）的老化，（2）过程分析和控制的新方法，（3）污水处理厂的性能和可靠性，（4）废水的消毒，（5）合流制下水道的溢流，（6）暴雨和公共厕所溢流及非点源污染的影响，（7）回流的独立（分开）处理、臭气的控制和挥发性有机化合物排放的控制。
基础设施（下部构造）的老化在美国一些必须着手解决的问题涉及老化的污水收集基础设施的更新和污水处理厂的升级。问题包括渗漏和尺寸过小污水管的维修和更换，来自公共厕所和合流制下水道系统溢流的控制和处理，非点源排放的控制，升级处理系统使某种特定的组分能获得更高的去除率。
部分收集系统，尤其是美国东部和中西部那些旧城市的收集系统，老于污水处理厂。例如，由砖和陶土用砂浆联接建成的污水管仍然用来输送生活废水（厕所污水）和暴雨水。由于管道和附属构筑物的老化、材料的类型和建造的方法、并且缺乏维护，渗漏是普遍的。渗漏是水以渗入和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，不得不收集和处理额外的水，而且在经常在处理前溢流出去，尤其是在雨天。后面这种情况，渗出的水导致废水进入到地下水中或迁移到附近的地表水体中。有趣的是，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的未经处理的水的排放。然而，在将来渗漏污水管可能会成为一个主要的问题并需要进行修复。
处理工艺的性能和可靠性 处理工艺选择和设计的重要因素是污水处理厂满足排放许可证要求的性能和可靠性。大多数的排污许可证中，出水组份要求是有规定的，是基于7天和30天的平均浓度。由于废水处理出水水质因有机负荷的变化、环境条件的改变、新工业废水的排放而变化，设计废水处理系统生产的出水浓度等于或小于排污许可证规定的范围是必要的。当像在回用水应用中重要的水质参数必须得到保持时可靠性是非常重要的。重要参数像TOC、透射比、浊度和溶解氧的在线监测对建立数据库和改善工艺过程控制是必需的。余氯的监测对投药量的控制是很有用的，pH监测有助于控制硝化系统。
污水处理厂的可靠性可以定义为一个系统在长时间内持续地满足法定的性能标准的机率（可能性）。随着改进微生物技术的发展，它可以对消毒工艺进行优化。
废水消毒 法规（条例）的改变和新技术的发展已经影响到了消毒系统的设计。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的特殊种群的微生物（即悬浮状态的或粘附在颗粒上的）。过去（历史上）氯用来进行废水消毒。随着排污许可证要求的数量越来越低或经处理后出水的余氯不能检出，必须增加脱氯设施或以其他消毒系统如紫外线辐射代替加氯消毒系统（见图3）。对化学安全的担忧也已经影响到了加氯消毒和脱氯系统的设计依据。过去10年里在紫外灯和整流器设计上的改进使得紫外消毒系统的性能和可靠性已经得到显著的提高。对紫外消毒系统应用和设计的有效指南已经制订出来。资金和运行成本也已经降低。可以预料，未来紫外消毒在处理过的饮用水和暴雨水方面的应用将会增加。紫外线基本不产生麻烦的副产品并且对减少相关的化合物也相当有效。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，非点源 来自合流下水道和生活污水管的溢流被认为是需要解决的难题，尤其是对于美国的许多老城市来说。随着更大的发展改变暴雨径流的数量和性质以及流入暴雨、合流和生活污水收集系统的管道化，这个问题已经变得非常重要。合流制系统输送混合的废水和暴雨径流，当达到截砂阱的容量时就会溢流到受纳水体中。大量的溢流会影响到受纳水体的水质并且防碍达到颁布的标准。
综合因素导致未经处理的废水从一部分生活污水收集系统中排放出来。这些排放出来的水称为生活污水系统溢流（SSOs）。生活污水系统溢流产生的原因可能是（1）过量的暴雨水进入系统，（2）堵塞，或（3）结构上，机械上或电力上的欠缺。许多溢流起因于没有得到充分升级、维护和修复的老化收集系统。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。这些未经处理的溢流对公共健康和环境造成威胁。
当在美国密尔沃基爆发的肠胃病被证实是由小隐孢子虫的卵囊引起，以及在（美国）马里兰州和北卡罗来纳州出现幽灵藻（甲藻）后，来自非点源污染物的影响日益受到关注。幽灵藻（甲藻）是对鱼类非常有毒的一种水藻。来自牧场和饲育场的径流被认为是引发这些微生物影响的潜在因素。
回流水的处理也许在废水处理中一个显著的未来发展将是提供处理来自生物污泥的回流水的独立设施和其他的处理设施。在处理后出水要求实现含氮量低时回流水的处理将非常重要。独立的处理设施可能包括（1）气提用来去除生物污泥回流水中的氨，（2）高速沉淀用来去除细的和难以沉降的胶体物质，这些物质在消毒时可以对细菌起到庇护的作用。（3）浮选和高速沉淀用来处理滤池反冲洗水以减少处理工艺液体中的固体，（4）可溶性重金属用化学沉淀来去除以满足越来越严格的排放要求。具体的处理系统的使用取决于影响废水处理工艺的组份。
臭气和挥发性有机化合物排放的控制臭气的控制尤其是H2S产生的控制在收集系统和处理设施中具有重要意义。从污水管的上游和污水处理厂前端释放H2S到大气中在很多地方发生。释放过量的H2S会导致加速混凝土污水管、前端构筑物和设备的腐蚀，并释放臭气。随着住宅和商业开发不断地靠近污水处理厂所处的地方，臭气的控制成为越来越受人们关注的环境问题。臭气控制设施包括工艺装置的盖子、专用的通风设备以及和污水处理厂进行一体化设计的恶臭气体的处理。H2S气体的控制也是保持系统可靠性的基础。
在废水中存在挥性有机化合物（VOCs）和挥发性总有机碳（VTOCs）也需要在污水处理厂的前端和主要的处理设施上安装盖子并安装专门的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的工业预处理来减少这些化合物。
废水处理的未来趋势
在美国环境保护署的需求评估调查中，总的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座新的污水处理厂，大部分污水厂将提供高于二级处理的处理等级。提供高于二级处理等级的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，显然在污水处理厂的未来趋势将是设计处理设施以便能提供较高的处理等级。
一些创新的方法正被应用在新的和已升级的废水处理设施中，包括旋流分离器、高速澄清、膜生物反应器、压力驱动膜滤（超滤和反渗透）和紫外线辐射（低压、低强度和高强度的紫外灯，中压、高强度的紫外灯）。一些新的技术，尤其是在欧洲发展起来的，结构更加紧凑，特别适合扩展空间有限的污水处理厂。
近年来，大量的在建设和运行上具有节省潜力的专门的废水处理工艺已经被开发出来。这种趋势将会继续，尤其是在对供选择的处理系统进行评估或处理设施私营化的情况下。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、建设和处理设施的运行。在某些时候私人合作伙伴可以拥有这处处理设施。
第五课
筛滤及粗格栅的分类
在污水处理厂里通常遇到的第一个操作单元是筛滤。格栅是一种具有统一尺寸的间隙的装置，通常用来拦截流入处理厂的或用来收集溢流的合流制废水收集系统中的废水所含的固体物。筛滤的主要作用是去除水流中的粗粒物质，这些物质会（1）破坏后面的工艺设备，（2）在总体上减少处理工艺的可靠性和效果。（3）污染水路（水道）。当需要去除大量的固体物质时有时用细格栅来取代粗格栅或者将细格栅放在粗格栅后面，其目的是（1）保护工艺设备，或（2）减少可能会抑制生物固体有益的回用的物质。
在筛滤装置的应用中必须考虑筛去除、运输和处置的各个方面，包括（1）因为对下游存在的潜在影响所需筛滤去除的程度，（2）当筛后残余物含有病原微生物并吸引昆虫时操作者的健康和安全，（3）臭气的能性，（4）处理、运输和处置等的需要，通过冲洗去除微生物有通过挤压减少水分，（5）处置方法的选择。这样，要获得有效的筛滤管理需要一个综合的方法。
格栅的分类
通常用在废水处理中的筛滤装置类型如图1所示。两种普通的类型，粗格栅和细格栅，被用于废水处理的预处理阶段。粗格栅具有一定的间隙范围从6~150mm（0.25~6英寸）；细格栅的间隙小于6mm（0.25英寸）。微筛，通常具有小于50μm间隙，主要用于去除处理后出水中的细小固体。
筛的组成要素包括平行的条、杆或金属丝，格栅，金属丝网或多孔板，间隙可以是任何形状但通常是环形的或长方开的狭缝。由平行的条或杆组成的格栅通常称为（粗）格栅（a bar rack）或粗格栅（a coarse screen），用于去除粗粒的固体。细格栅是由多孔板、金属丝布组成的装置，具有更小的狭缝。用这些装置去除的物质称为筛后残余物（筛渣）。
粗格栅
在废水处理中，粗格栅用来保护泵、阀门、管道和其他装置免受破坏或被破布和大的物体堵塞。工业的废水处理厂需不需要它们，取决于废水的性质。根据清渣的方法，粗格栅可以设计为人工清渣格栅或机械清渣格栅。
人工清渣粗格栅 人工清渣粗格栅经常用在小型废水泵站中泵的前面，有时用在中小型废水处理厂的前端。当机械清渣格栅正在维修或者是如果发生断电的情况，在高流量时期，他们经常被用在溢流槽上作为备用筛滤。通常，机械清渣格栅被用来取代人工清渣格栅以减少清洗格栅需要的体力劳动并减少因堵塞引起的泛溢（溢流）。
设计格栅渠道时应该考虑防止砂砾和其他重物堆积在格栅前面的渠道中而应该沿渠道流动。渠道的地面（地板）应该是水平或者应该倾斜地通过格栅，并且没有凹坑来截流固体物质。在侧墙的底部应该做圆角。渠道最好有一段直道（通路）垂直于格栅，使得通过水流和格栅的过栅固体可以均匀地分布。
机械清渣格栅多年来机械清渣格栅的设计一直在不断地演化（改进）以减少运行和维护出现的问题并提高去除废物的能力。许多新的设计广泛运用包括不锈钢和塑料在内的防腐材料。机械清渣格栅分为四种主要的类型：（1）链条驱动式，（2）往复式耙子（齿耙）【循环齿耙式】，（3）悬链式，和（4）传动皮带式（连续带式格栅）。过去在污水处理中广泛运用的钢丝绳牵引格栅现在大部分已经被其他类型的栅格所代替。机械清渣典型的设计参数表1所示。机械清渣格栅不同类型的例子如图2所示。
链条驱动式格栅 链条驱动式机械清渣格栅可以根据格栅是从前面还是从背面行进行倾斜地清除以及齿耙是从前面还是从背面返回格栅底部来进行分类。每一种类型的格栅都有自己的优点和缺点，尽管常规的操作模式相类似。一般来说，前面清渣、前面返回的格栅在拦截固体方面更有效，但它们不够粗糙并且容易被在齿耙底部收集的固体堵塞。前面清渣、前面返回的格栅很少应用在（服务于）合流制下水道的水厂中，那样大的物体会堵塞齿耙。在前面清渣、背面返回的格栅中，清渣齿耙从格栅下游一侧返回格栅底部，经过格栅底部并且当齿耙上升时会清理格栅。减少了堵塞的可能性，但铰链板也容易堵塞，需要在格栅下面做密封。
往复式齿耙格栅 往复式齿耙格栅（如图2b）模仿人耙筛子的动作。齿耙移动到格栅底部，与格条啮合，将筛渣拖到格栅顶部并将它们去除。多数格栅利用齿轮来驱动耙齿装置。驱动马达是潜水电动式的或液压式的。一个主要的优点是所有需要维护的部分都在水面（水线）上，很容易检查和维护而无需排掉水渠中的水。前面清渣、前面返回的特点使遗留的固体减到最少。这种格栅仅用一个齿耙代替了其他类型格栅使用的多个齿耙。结果是，往复式齿耙格栅在处理重的筛渣负荷方面能力有限，尤其是在沿程的深渠中这种能力是必要的。高净空高度要求调节齿耙装置会限制它在改装应用中的使用。
悬链式格栅 悬链式格栅是一种前面清渣、前面返回的链条驱动式栅格，但它没有淹没的（水下的）链轮。在悬链式格栅中，齿耙通过链条的重力咬合在齿条上。如果重物堵在栅条上，齿耙可以越过它们而不是卡住。然而，这种格栅需要相当大的占地面积，需要有较大的空间来安装。
连续带式格栅 在美国，连续带式格栅是一种用在筛分应用中较新发展的类型。它是一种连续的、自动清洗的筛分传送带，能去除细的和粗的固体（如图2d）。大量的筛分无件（齿耙）被连接到链条了；筛分元件的数量取决于格栅渠道的深度。因为格栅的间隙可以在0.5~30mm（0.02~1.18英寸）的范围内，可以用作粗格栅也可以用作细格栅。从传送带元件上伸出吊钩是为了捕捞大的固体如易拉罐、树枝和破布。这种格栅没有水下链轮。
粗格栅装置的设计 格栅装置设计时考虑的因素包括：（1）位置，（2）靠近流速，（3）栅条或筛孔的净间距，（4）过栅水头损失，（5）筛渣的处理、加工和处置，（6）控制器（控制装置）。
由于粗格栅的目的是去除可能会损坏或堵塞下游设备的大物体，在几乎所有情况下，它们应该被安装在沉砂池前面。如果沉砂池放在格栅前面，破布和其它纤维物质会堵塞沉砂池的收集装置、包裹空气管并各砂砾一起沉降下来。如果进行抽砂，泵的污垢或堵塞更容易发生。
在人工清渣装置中，平均水流的行近流速控制在约0.45m/s（1.5ft/s）以便为齿耙操作间所堆积的筛渣提供足够的格栅面积。为限制速度的额外面积可以通过加宽格栅的渠道以及将格栅放在一个更平的角度以便增加淹没面积来增加。当筛渣积累尤其是堵塞格栅时，上游的水头会增加，淹没的新面积可以使得水流通过。格栅的结构设计应该足以防止其因被完全堵塞而倒榻。
对于机械清渣粗格栅装置，应该安装两组或多组，以便可以从中选一组来进行维护。在每个格栅的前后的水渠墙上都应该设有为插入闸板而设置的滑动闸门或凹槽，以便在格栅维护和维修时能够排水。如果只安装一组装置，设置一个安装人工清渣格栅的旁通水渠以备紧急情况时使用是非常必要的。如果机械格栅不起作用尤其是在无人管理期间，有时人工清渣格栅被设置为溢流装置。水流正常地通过旁通水渠时将被关闭的滑动装置或水闸所阻止。格栅渠道的设计应该防止砂砾和其它生物的沉降和堆积。推荐的行近流速至少为0.4m/s（1.25ft/s）以减少渠道中固体的沉积。为了阻止悬浮泥沙在最大流速通过格栅，过栅流速不应超过0.9 m/s（3ft/s）。
过栅流速可以通过安装一个下游水头控制装置如巴歇尔量水槽来控制，或者，为栅格在上游设置一个泵站，通过控制吸水井的操作水平面来控制过栅流速。如果渠道流速可以通过吸水井水平面来控制，在正常的运行条件下提供更低的冲涮流速是允许的。
通过机械清渣粗格栅的水头损失一般通过运行控制限制在150mm(6英寸)左右。齿耙装置通常是以通过格栅的特定水头为基础来运行或者由时间控制器来控制。
流经格栅的水力损失是行近流速和过栅流速的函数。流经粗格栅的水头损失可以用下面的方程式来估算：
（1）
式中 
——水头损失，m
——计算紊流和漩流损失的经验流量系数，通常洁净的格栅取0.7，污染的栅格取0.6。
——流经格栅间隙的水流速度，m/s
——上游渠道的行近流速
g——重力加速度，9.81 m/s2
水头损失的计算用方程式（1），它仅适用于栅条清洁的时候。水头损失随着堵塞程度的增加而增大。
水头损失的增大可以通过假设流程中栅条上部的一部分间隙被堵塞来估算。
虽然多数格栅使用矩形栅条，也可以选择如“泪滴状”和“梯形”的形状。对于这些供选择的形状，宽度尺寸较大的放在角架（格栅架）的上游一侧以便更容易清除堵在栅条间的物质。其他的形状也减少通过机架（格栅架）的水头损失。
齿耙装置上 的筛渣通常直接卸到进料斗或集装箱或进入到筛渣压缩机中。对于设置多组单元的装置筛渣可能被卸到传送机上或进入气力喷射器系统中并输送到一个普通的筛渣储料斗中。另一种选择是，利用研磨机将筛渣磨碎和切碎。然后筛渣粉返回到废水中；然而，筛渣粉可能会对下游设备的运行和维护存在不利影响，如堵塞沉淀池的溢流堰口或覆盖在气体扩散器上。（完）
第6课
混凝和絮凝
自然悬浮在水中的泥沙颗粒难以消除，因为它们非常小，往往是只有胶体大小，并带负电；因此，他们互相排斥而不能形成更容易沉淀的大颗粒。然而，围绕在颗粒周围的电层形成颗粒之间的能量屏障。通过沉淀去除这些颗粒需要通过中和电荷减少这种能量屏障以及促进颗粒相互碰撞。这种电中和称为混凝，由小颗粒形成大絮体的过程被称为絮凝。
实现这一目的的一种方法是在水中加入三价阳离子。这些离子会紧紧包围在带负电荷粒子周围，取代一价阳离子，因为他们带有更强的电性。这种方法会减少净负电荷，从而降低颗粒间的排斥力，如图1所示。在这种情况下，粒子不会互相排斥，一经碰撞，就会粘在一起。从而稳定的悬浮胶体液即变成不稳定的悬浮胶体液。
在水处理中三价阳离子通常来源于明矾（硫酸铝）。明矾还有一个优势，一小部分的铝可能会形成氧化铝/氢氧化铝，可简单地表示为：
（1）
如果不稳定的胶体颗粒可以与絮状物接触，这些复合物的粘性和重量，将大大有助于沉淀池中水的澄清。通过这种操作来加强（澄清）的过程称为絮凝。
化学混凝的基本原理
典型废水中的胶体颗粒有净负表面负荷。胶体的大小（约在0.01~1μm之间）使得颗粒之间的吸引力远远小于电荷的排斥力。在这种稳定的状态下，布朗运动保持颗粒处在悬浮状态。布朗运动（即随机运动）的发生是由胶体粒子周围较小的水分子对其进行持续的热轰击引起的。混凝是胶体粒子发生碰撞形成大颗粒而脱稳的过程。化学混凝反应的原理是非常复杂的。在这本或其他教科书用简化的反应来描述近似的混凝和化学沉淀反应过程，而没有必要继续深入地讲下去。
混凝反应经常不彻底，并且根据废水性质随天和季节的变化而变化，会和其他物质发生大量的副反应。为了介绍化学混凝这个主题，将在这一部分讨论以下几个标题：（1）混凝和絮凝的基本定义，（2）废水中颗粒的性质，（3）表面负荷的形成和测量。（4）颗粒间相互作用的重要性，（5）利用决定电位电子和电解质的粒子脱稳作用，（6）利用聚合电解质的粒子脱稳和聚合作用，（7）利用水解金属离子的粒子脱稳和去除作用。下面的讨论主要是介绍混凝工艺中的现象和过程的性质。
基本定义
用在这篇课文的术语“化学混凝”包括了所有粒子化学脱稳以及通过异向絮凝作用（粒子聚合的尺寸大小在0.01~1μm之间）形成大颗粒的反应和机理。混凝剂和絮凝剂这两个术语在关于混凝的文献中也可以遇到。一般地，混凝剂是一种加入废水中使胶体粒子脱稳形成絮体的化学药品。絮凝剂是一种加入废水中用来改善絮凝工艺化学药品，通常是有机物。典型的混凝剂和絮凝剂包括天然的和合成的有机聚合物、金属盐如明矾和硫酸铁、以及预水解金属盐如聚合氯化铝和聚合氯化铁。絮凝剂，特别是有机聚合物，也用来改善颗粒介质过滤器和消化生物污泥脱水的性能。在这些应用中，絮凝剂往往被认为是助滤剂。
“絮凝”这个术语用来描述因颗粒碰撞而使尺寸变大的过程。有两种类型的絮凝：（1）异向絮凝，粒子的聚合通过我们称为布朗运动的液体分子随机热运动来完成。（2）同向絮凝，粒子的聚合通过速度递度和混合搅拌使溶液中粒子发生絮凝来完成。另一种形式的同向絮凝是通过沉淀的差异来完成，大颗粒追上小颗粒形成更大的颗粒。絮凝的目的是通过聚合产生颗粒，可以用诸如重力沉降和过滤的廉价颗粒分离过程来去除。同向絮凝不起作用，除非通过布朗运动和轻微搅拌使胶体粒子接触形成1~10μm大小的颗粒。
废水中颗粒的性质
事实上，废水中的颗粒可以分为悬浮的和胶态的。悬浮颗粒一般大于1.0μm，可以通过重力沉降去除。实际上，胶体和悬浮颗粒区别是模糊的，因为颗粒通过重力沉降取决于沉淀设施的设计。因为在特定的时间内胶体不能通过沉淀来去除，必须利用化学方法（也就是，化学混凝剂和助凝剂的使用）来帮助去除这些颗粒。
要了解化学混凝剂和絮凝剂在完成胶体颗粒去除中的作用，了解废水中胶体颗粒的性质是非常重要的。造就（促成）废水中胶体颗粒性质的主要因素包括：（1）颗粒的大小和数量，（2）颗粒的形状和适应性，（3）表面性质包括电性能，（4）粒子间的相互作用，（5）粒子和溶剂间的相互作用。颗粒的大小，果粒的形状和适应性，以及粒子和溶剂间的相互作用将在下文进行讨论。因为他们的重要性，表面电荷的形成和测量以及胶体粒子间的相互作用将单独讨论。
颗粒的大小和数量废水胶体颗粒的大小通常在0.01~1μm之间。一些研究者把胶体粒子的大小归类在0.001~1μm之间。未处理和经初次沉淀后废水中胶体粒子的数量一般在106~1012/ml。值得注意的是胶体粒子的的数量随着在处理厂中取样的位置的不同而变化。胶体粒子的数量对于其去除的方法非常重要，我们将在稍后进行讨论。
颗粒的形状和适应性 废水中颗粒的形状被描述为球形、半球形、椭圆体的各种形状（例如，扁长的和扁圆的）、各种长度和直径的杆状（例如 大肠杆菌）、圆盘和圆盘状、各种长度的线（带）状和随机线圈。大的有机分子通常是线团状，这可能中被压缩，非线团状，或几乎为线状的。某些大的絮状颗粒的形状通常被描述为不规则片状形。颗粒的形状随着其在处理工艺中的位置而变化，这个结论正在接受评估。颗粒的形状将会影响到其电性能、 粒子间的相互作用、粒子和溶剂间的相互作用。因为废水中许多形状的粒子，粒子间相互作用的理论充其量是一个近似的理论。
粒子和溶剂间的相互作用 液体中有三种类型的胶体粒子：憎水性的、亲水性的和联合胶体。前面两种类型是以粒子表面对水的吸引力为基础。憎水性粒子对水的吸引力相对较小，而亲水性粒子对水的吸引力较大。然而，应该注意，水即使与憎水性粒子也有一定的相互作用。一部分水分子通常会被吸引在憎水性的粒子表面，但水和亲水粒子间的相互作用可以在一个更大的范围内发生。第三种胶体的类型称为联合胶体，通常由诸如肥皂、合成清洁剂和染料等表面活性剂组成，是一种胶态离子的有机聚合形式。
表面电荷的形成和测量
胶体稳定性的一个重要因素是表面电荷的存在。它的产生有多种途径，取决于介质（在这里指废水）的化学组成和胶体的性质。表面电荷的产生大多数通过以下途径来完成（1）同晶置换，（2）结构性缺陷，（3）选择性吸附，以及（4）电离，定义见下文。不管它如何产生，如果要使这些粒子能够聚合（絮凝）成为具有足够质量的更大颗粒以便更加容易沉淀，必须克服能够促进液体稳定性的表面电荷。
同晶置换 粘土和其他漂浮颗粒的电荷通过同晶置换产生，晶格结构中的离子被液体中的离子取代（例如Si4+被Al3+取代）。
结构性缺陷 在粘土和类似的粒子中，电荷的形成是因为晶棱化学键的断裂和晶体构造上和缺陷。
选择性吸附 当油滴、气泡或其他化学惰性物质分散在水中时，他们将通过先择性吸附阴离子（尤其是氢氧离子）来获得负电荷。
电离 至于蛋白质和微生物这些物质，表面电荷通过羧基和氨基的电离获得。这个电离的表示如下，这里R代表固体物的大部分
（2）
双电层（双电荷层）当胶体或粒子表面带电荷时，一些带相反电荷的离子就会吸引在其表面（如图2）。它们是通过静电力和德华力的强烈吸引力来克服热搅动（热振动）被吸引在这里。包围在离子固定层外面的是离子的扩散层，如图2所示。在溶液中双电层由一个压缩层和一个扩散层组成，在压缩层中电位由
降为
，在扩散层中电位由降为0。
表面电位的测量 如果将一个粒子放在电解质溶液中，溶液中通过电流，依赖于其表面电荷，粒子将被吸引到一个或另一个电极上，形成电子云。在废水处理操作中有时要测量电子云表面（叫剪切面的表面）的电位。测量值通常称为
电位。然而，理论上，电位应该相当于环绕在附属于粒子上的离子固定层表面的上电位。如图2所示。对电位测量值的利用是有限制的，因为它随着溶液组成性质的变化而变化。（完）
第7课
重力分离理论
利用重力分离去除水中悬浮的和胶态的物质是水处理中运用最广泛的操作单元之一。重力现象的总结如表1所示。沉淀是利用重力沉降来分离比水重的悬浮颗粒的术语。“sedimentation”（沉淀、沉降）和settling（沉淀、沉降）这两个术语可以交换地使用。沉淀池也可以称为“a sedimentation tank”、 “clarifier”（澄清池）、“settling basin”、“settling tank”。 加速重力沉降是在加速流场中利用重力沉降去除悬浮的颗粒。这一节内容将介绍重力分离的基本原理。
表1 在废水处理中运用的重力现象类型
说明
沉淀用来去除砂砾、初沉池中的TSS、活性污泥沉淀池中的生物絮体、化学混凝工艺中的化学絮体。在污泥浓缩池中沉淀也被用来进行污泥浓缩。在多数情况下，最初的目的是生产澄清的出水，但生产易于处置和处理的固体浓度污的泥也是必要的。
基于浓度和颗粒间的相互作用趋势，重力沉降有四种类型：（1）自由沉淀，（2）絮凝沉淀，（3）拥挤沉淀，（4）压缩沉淀。由于废水处理中分离工艺的至关重要性，分离工艺的每一种类型将分开来讨论。此外，用于提高沉淀设施性能的斜管沉淀池也将作介绍。其他的重力分离工艺包括高负荷澄清、加速重力沉降以及浮选将在后续的部分讨论。
颗粒沉降理论
离散的非絮凝的颗粒沉降可以用牛顿和斯托克斯建立的经典沉淀定律来分析。牛顿定律通过使颗粒的重力与摩擦阻力相等得出最后的颗粒沉降速度。重力由下面的式子得出：
（1）
式中 
——重力，（kg·m/s）
——颗粒密度，（kg/m3）
——水的密度，（kg/m3）
——重力加速度，（9.81m/s2）
——颗粒体积，（m3）
摩擦阻力取决于颗粒的速度、液体的密度、液体粘度、颗粒直径以及阻力系数
（无量纲的），由方程式（2）得出。
（2）
式中 
——摩擦阻力，（kg·m/s2）
——阻力系数，（无单位）
——颗粒在水流垂直方向上的横截面或投影面积，（m2）
——颗粒沉降速度，（m/s）
使重力等于对球形颗粒的摩擦阻力得出牛顿定律：
（3）
式中 
——颗粒的末端沉速，（m/s）
——颗粒直径，（m）
——颗粒的比重
阻力系数根据颗粒周围的水流状态是层流还是紊流取不同的值。不同颗粒的阻力系数如图1所示，它表示为雷诺数的函数。如图1所示，根据雷诺数大约可分为三个不同的区：层流区（NR＜1），过渡区（NR=1～2000），紊流区（NR＞2000）。虽然颗粒形状影响阻力系数的值，但因为颗粒近似为球形，可以通过下面的方程近似地得到图1上的曲线（上限为NR=104）。
（4）
沉降颗粒的雷诺数NR定义为：
（5）
式中 
——动力粘度，（N·s/m2）
——运动粘度，（m2/s） 其他的术语如上述定义。
对于非球形的颗粒，方程式（3）必须作修改。根据适用性可将方程式（3）改写如下：
（6）
式中
是一个形状系数，其他的术语如前面定义。球形的形状系数为1.0，砂粒为2.0，不规则的絮体大于等于20。在极少（如果有的话）颗粒为球形的废水处理中，形状系数尤其重要。在计算NR时必须将形状系数考虑在内。
层流区中的沉淀 因为雷诺数小于1.0，在沉淀过程中粘度成为主要的支配力量，第一个术语（雷诺数）在方程（4）中起主导作用。假设为球形的颗粒，将第一个术语（雷诺数）代入阻力系数方程【方程（4）】 并代入方程（3）得到斯托克斯定律：
（7）
术语如前面定义。
对于层流的情况，斯托克斯发现阻力为：
（8）
过渡区中的沉淀 在过渡区中，必须用整个阻力方程来确定沉降的速度。根据阻力方程的性质，发现沉降速度是一个迭代的过程。
紊流区中的沉淀 在紊流区中，惯性力占主导地位，前面两个术语（雷诺数和粘度）在阻力系数方程【方程（4）】中的影响减少。对于紊流区中的沉淀，阻力系数值取0.4。如果将0.4代入方程（6）中的，结果方程为：
（9）
离散颗粒沉降（自由沉淀）
在沉淀池的设计中，通常的步骤是选择具有一个末端沉速为Vc的颗粒来设计池子以便所有末端沉速大于等于Vc颗粒都可以被去除。沉淀池中澄清水的生产率等于
（10）
式中 Q——流量，（m3/s）
A——沉淀池的表面积，（m2）
VC——颗粒的沉降速度，（m/s）
重新整理方程式（10），得
=溢流率 [m3/ (m2·d)]
这样，临界速度等于溢流率或表面负荷。一个为离散颗粒沉降（自由沉淀）而设计的普通沉淀池的流量与深度无关。
对于连续流的沉淀，沉淀池的长度和单位体积的水在沉淀池的时间（停留时间）应该是这样：所有设计速度为VC的颗粒都将沉到池子的底部。设计速度、停留时间和沉淀池的深度之间的关系如下：
=深度/停留时间 （11）
实际上，考虑到进口和出口紊流、短路、污泥池以及因排泥设备运行而产生的速度梯度的影响设，计参数必须作调整。在上述讨论中已经假设了理想的沉降条件。
在三种不同类型的沉淀池中，理想的离散颗粒沉降（自由沉淀）如图2所示。沉速小于VC的颗粒在沉淀时间内不能全部去除。假设在进口的整个池子深度上各种尺寸的颗粒均匀分布，从图3上的颗粒沉淀轨迹线分析可见那些沉速小于VC的颗粒的去除率为：
（12）
式中
是沉速为VP的颗粒的去除率。
在废水处理的大多数悬浮溶液中，各种级别的颗粒尺寸都有。要确定一定沉淀时间的去除效率，考虑系统中全部范围内的沉速是非常必要的。颗粒的沉速可以通过沉降柱试验得到。颗粒沉淀数据用来绘制如图4所示的沉淀曲线。
对于给定的澄清率Q，这里Q=VCA。仅当那些颗粒的沉速大于VC时，才可以全部去除。余下的颗粒将按VP/VC的比率去除。总的颗粒去除率的连续分布用方程（14）表示：
去除率=
（14）
式中 
——沉速VP大于VC的颗粒的去除率；
——沉速VP小于VC的颗粒的去除率
对于一定沉速范围的离散颗粒，可以用下面的表达式：
总的去除率= 
（15）
式中 
——在第i个速度范围内颗粒的平均沉度
——在第i个速度范围内颗粒的数量
（完）
第8课
过滤
随着砂滤池去除杂质，砂粒变脏必须冲洗。因此快速砂滤工艺包括两个两操作：过滤和反冲洗。图1显示了快速砂滤池剖面图的示意图。水从沉淀池进入滤池并渗过砂子和砾石床，进入（滤池的）假底，然后流出进入一个储存成品水的清水池。在过滤时阀门A和C打开。
清洗方法是通过使滤池的水流反向流动来完成。操作人员先切断进入滤池的水流，关闭阀门A和C，然后打开阀门D和B，使冲洗水（储存在高位水箱的清水或从清水井中抽出）进入底部的滤床。水冲击迫使砂子和砾石床膨胀并摇晃砂子颗粒使其运动，与邻近的砂子颗粒相互摩擦。收集到滤池中的轻质胶体物质被排出或随冲洗水流出。
滤床除了装砂子还可以装其他的滤料。例如，碎煤通常可以和砂组合做成可以获得更高去除效率的双层滤料滤池。
深度过滤的介绍
深度过滤是通过使液体流过一个由颗粒或可压缩滤料组成的滤床来去除液体中悬浮的颗粒物质。尽管深度过滤是用在饮用水处理中的一个主要的操作单元之一，对废水处理工艺中出水的过滤将变得很普遍。深度过滤现在用来补充去除生物或化学处理工艺的废水出水中的悬浮固体（包括颗粒状BOD）以减少固体排放量，并且，可能更重要地是，作为滤池出水有效消毒的一个调节步骤。深度过滤也用作膜滤的一个预处理步骤。一级或二级过滤也用来去除经化学沉淀的磷。
历史上，第一个为废水处理开发的深度过滤工艺是慢速砂滤池【一般的滤速为30~60 L/(m2·d) [0.75~1.5加仑/平方英尺·天]，Flankland（1870）and Dunbar（1908）】。快速砂滤池（一般滤速为80~200 L/(m2·min)） [2.0~5.0加仑/平方英尺·分]，这一章节的主题，其开发是为了使占地面积较小的设备能处理更多大体积的水。介绍深度过滤这个主题，这一章节的目的在于（1）深度过滤的概况，（2）滤池净水水力学介绍，（3）过滤过程分析。滤池的类型以及其选择和设计的问题，包括中试装置研究需要的讨论，在接下来的章节中讨论。
过滤工艺的描述（介绍）
在讨论过滤技术之前，有必要先介绍（叙述）深度过滤的基础包括（1）传统颗粒介质深度滤池的物理特性，（2）滤料的性质，（3）悬浮物从液体中去除的过滤过程，（4）实现去除滤池中悬浮物质的颗粒去除操作机理，（5）反冲洗过程，在这个过程中留在在滤池中的物质被去除。
深度滤池的物理特性 传统快速颗粒介质深度滤池的一般特征如图2所示。如图所示，滤料（在这里是砂子）铺在砾石层上面，反过来，砾石被铺在滤池配水系统上。将被过滤的水从进口渠进入滤池。过滤水由配水系统收集，配水系统也可以使水流反向流动来冲洗滤池。过滤水在排放到环境前一般没有进行消毒。如果过滤水要回用，可以将其排放至一个贮水池或再生水配水系统中。滤池的水力控制在后面的章节中介绍。
滤料的性质 颗粒大小是影响过滤操作的主要滤料性质。颗粒大小影响清水水头损失和滤池运行时水头损失的增强。如果选择太小的滤料，将会浪费许多驱动力来克服滤床的摩擦阻力。另一方面，如果介质粒径太大，进水中的许多小颗粒会直接地通过滤床。滤料的粒径分布通常通过用一系列递减的筛眼孔径进行筛分试验来确定。美国的筛眼孔径的符号和孔径已经在表1中给出。筛分析的结果通常通过在算术对数纸或概率对数纸上绘制通过给定筛眼孔径的累积百分数图来进行分析。
滤料的有效尺寸定义为通过滤料重量10%筛眼孔径并标记为d10。对于砂子，已经发现用重量来计算的10%筛眼孔径相当于用计数来计算的50%筛眼孔径。均匀系统定义为通过滤料重量60%筛眼孔径与通过滤料重量10%筛眼孔径的比率。有时指定99%的过筛粒径和1%的过筛粒径对更准确地定义每种滤料的级配曲线更有利。关于滤料性质更多的信息在接下来涉及滤池设计的章节中呈现。
过滤过程 在传统下流式深度滤池的过滤过程中，含有悬浮物质的废水，被置于滤床的顶部（图2a）。当水流过滤床时，废水中的悬浮物质通过下面叙述的各种去除机理得到去除。随着时间的推移，当物质积累在颗粒介质的空隙中，通过滤池的水头损失开始增加远远超过初始值。
经过一段时间，操作水头损失或出水浊度达到预先设定的水头损失或浊度值，滤池必须进行冲洗。在理想条件下，水头损失增加达到预设的终值所需的时间应该等于出水悬浮固体达到容许的预设终值所需的时间。实际上，一个或另一个事件将决定着反冲洗的周期。
颗粒去除机理 被认为有助于颗粒介质滤池中物质去除的主要的颗粒去除机理，被认识并在表2中描述。主要的去除机理（前面6个列在表2中）用图4的插图来说明。隔滤被确认为主要的机理，在对来自生物处理工艺的已沉淀的二级出水过滤过程中，悬浮固体的去除是有效的。其他机理包括碰撞、拦截和粘附也起作即使他们的影响很小，并且极大程度上被隔作用所掩饰。
去除废水中较小的颗粒（见图4）必须在两个步骤中完成，包括：（1）颗粒迁移到或靠近滤料表面，在这里它们将被去除，（2）利用一种或多种可操作去除机理来去除颗粒。这两步过程已经被确定为迁移和粘附（O’Melia and Stumm，1967）。
反冲洗过程 当出水悬浮固体开始增加（突破）超过容许的水平时，或当穿过滤床的水头损失达到限定水头损失时，滤池的运行（过滤阶段）结束（见图3）。一旦达到这两个条件中的一个时，过滤阶段结束，滤池必须进行冲洗（反冲洗）以去除积累在颗粒滤床内的物质（悬浮物质）。反冲洗是通过使水流反向流过滤池来完成的（见图2b）。使用足够流量的冲洗水直到颗粒滤料被流态化，使得滤料颗粒彼此摩擦。
被捕获在滤池内的悬浮物质通过由反冲洗水上升流过膨胀床时产生的剪切力来脱除。累积在滤床内的物质于是被冲走。用水和空气进行冲刷的表面冲洗连同水反冲洗一起来加强滤床的清洗。在大多数的污水处理的流程图中，含有从滤池中去除的悬浮固体的冲洗水被返回到初沉设施或生物处理工艺中。反冲洗水力学在涉及过滤水力学的章节中讨论。（完）
表2 有助于颗粒介质深度滤池中物质去除的主要机理和现象
第9课
吸附
吸附是溶液中的物质（溶质）在（相）界面上发生累积的过程。吸附是一个传质操作，因为液体中的组分从液相迁移到固相中。吸附质是被从液相界面去除的物质。吸附剂是吸附质累积在其上的固相、液相或气相。尽管吸附可用在浮选工艺的气-液界面中，但在这次讨论中仅考虑液-固界面上的吸附作用。吸附工艺在污水处理中并没有得到广泛地应用，但对处理后废水出水要求有更好的水质，包括减少毒性，已经引起对活性碳吸附的深入研究和应用。废水的活性碳处理通常被认为是对经常规生物处理后的水进行深度处理。在这里碳是用来去除一部分残留的溶解性有机物质。这一章节的目的是介绍吸附的基本概念和讨论碳吸附。
吸附剂的类型
吸附剂的主要类型包括活性碳、合成聚合物和硅基吸附剂，尽管合成聚合物和硅基吸附剂因其价格昂贵而很少应用在水和吸附中。因为活性碳广泛地应用于高级水处理应用中，接下来讨论的焦点集中在活性碳上。下面讨论活性碳的性质、用在水处理中的粒状碳和粉末状碳、碳的再生和再活化。
活性碳 活性碳的制作首先是用有机材料如杏树、椰子和胡桃外壳烧成碳；其他材料包括木头、骨头，也可以用煤。碳是通过在蒸馏罐中将基底材料用不充分的氧气来燃烧，使其加热至赤热状态（约低于700℃）以驱除碳氢化合物而生产出来的。碳化或生产碳的过程本质是是一个高温分解的过程。碳颗粒随后被暴露于800～900℃高温的氧化性气体如水蒸气和CO2中。这些气体使得在碳中形成多孔结构，这样就创造出巨大的内部表面积。生成的孔径定义如下：
大孔隙 ＞25nm
中孔隙 ＞1 nm and ＜25 nm
微孔隙 ＜1 nm
产生的表面性质由原料和制备的程序决定，因此可以得许多种变体。获得活性碳的基底材料类型也可能影响到孔径尺寸的分布和再生特性。经过活化后，碳可以被分成或制作成不同孔径尺寸的具有不同吸附容量的活性碳。两种尺寸类别为粉末活性碳（PAC），一般直径小小于0.074mm（200筛），和粒状活性碳（GAC），直径大于0.1mm（~140筛）。粒状和粉末活性碳的性质概括在表1中。
表1 粒状和粉末活性碳的比较
（具休值根据生产活性碳的原料来确定）
碳的再生和再活化 活性碳的经济适用性取决于当达到碳的吸附容量后对其有效的再生和再活化方法。再生用来描述恢复失效活性碳（废活性碳）的吸附容量的全过程，不包括再活化，包括（1）用化学方法氧化被吸附的物质，（2）用蒸气驱除被吸附的物质，（3）溶剂（再生法），（4）生物转化过程（方法）。通常碳的一部分吸附容量（大约4%~10%）在再生过程中也会损失，这取决于被吸附的化合物和使用的再生方法。在一些应用中，再生后的碳（吸附）容量基本上保持几年不变。使用粉末活性碳的一个主要问题是其再生的方法论没有严格定义。使用由回收固体废物生产的粉末活性碳可以排除失效碳再生的需要，也许会更经济。
颗粒活性碳的再活化实质上包括了从原材料生产出活性碳的相同的过程。失效活性碳的再活化是在熔炉里氧化被吸附的有机物质，并且将其从活性碳表面上去除。在失效活性碳再活化的过程中会发生以下一系列事情：（1）加热活性碳以驱除被吸附的有机物（即吸附质），（2）在驱除有机物的过程中会生成一些新的化合物保留在活性碳的表面，（3）在再活化过程的最后一步是烧掉在消除被吸附的物质过程中形成的新的化合物。通过有效的过程控制，再活化后的活性碳吸附容量将基本与原始的活性碳吸附容量一一样。按照预期的目的，在再活化过程中通常会有2%~5%的损耗。值得注意的是大部分由于磨损导致的的损耗是由于违规操作引起的。例如，管道中的直角弯管由于磨擦和碰撞导致了损耗。使用的泵送（抽吸）设备类型也会影响到损耗的数量。 由于操作的原因，一般有4%~8%的碳损失。为这弥补这些损失必须更换活性碳。
吸附的基本原理
吸附的过程如图1所示，大概发生四个确定的步骤：（1）本体溶液的迁移，（2）膜扩散迁移，（3）孔隙迁移，（4）吸附（或吸着）。本体溶液的迁移是指（涉及）被吸附的有机物在活性碳接触器中通过水平对流和扩散经由本体液体移动至吸附剂周围液体固定膜的外层。膜扩散迁移是指有机物通过扩散经由静止液膜迁移至吸附剂孔隙的入口处。孔隙迁移是指被吸附的物质通过孔隙液体的分子扩散和/或沿着吸附剂表面扩散相结合而迁移至孔隙内。吸附是指被吸附的物质被附着在吸附剂上可以发生吸附的地方。吸附可以发生在吸附剂的外表面，以及大孔隙、中孔隙、微孔和亚微孔中，但大孔隙和中孔隙的表面积与微孔和亚微孔相比较小，因此在那里吸附的物质的量通常可以忽略不计。吸附力包括：
u 异种电荷的库仑力；
u 点电荷和双极子；
u 双极子之间的相互作用；
u 伦敦或范德华引力；
u 伴随反应的共价键结合；
u 氢键结合。
因为很难区别化学和物理吸附，吸着这个词通常用来描述有机物附着在活性碳上。
因为吸附过程发生一系列的步骤，最慢的一个步骤定义为限速步骤。一般地，如果物理吸附是吸附的主要方法，扩散迁移步骤中的一个将是限速步骤。当吸着速度等于解吸速度时，达到平衡并且已经达到了活性碳的吸附容量。活性碳对一种特定污染物的理论吸附容量通过绘制（形成）下面描述的吸附等温线来定。
吸附等温线的形成 被吸附剂吸收的的吸附质数量是吸附质性质和浓度及温度的函数。重要的吸附质性质包括：可溶性，分子结构，分子量，极性，含烃饱和度。一般地，在温度一定的条件下，被吸附物质的数量由浓度函数确定，结果函数称为吸附等温线。吸附等温线是通过使一定体积液体中特定数量的吸附质与不同数量的活性碳接触而得成的。通常地，使用十个以上的容器，用粉末活性碳使样品达到平衡的最少时间是七天。如果使用的是颗粒活性碳，通常是将其磨成粉以减少吸附时间。在实验的最后，计量（测量）溶液中剩余的吸附质的量。平衡后的吸附剂相浓度用方程（1）来计算。用方程（1）计算得到的吸附剂相浓度数据即可以用来形成如下面描述的吸附等温线。
（1）
式中
——平衡后的吸附剂（也就是固体）相浓度，mg吸附质/g吸附剂；
——吸附质的初始深度， mg/L；
——发生吸附后吸附质的最后平衡浓度，mg/L；
——反应器中溶液的体积，L；
——吸附剂的质量，g。
费罗因德利奇等温线（费兰德利希等温线） 经常被用来描述实验性等温线数据的方程由费罗因德利奇、兰米尔、Brunbauer、Emmet（埃米特）、Teller（BET等温线）（Shaw，1966）求出。三者之中，费罗因德利奇等温线最常用来描述用在水和废水处理中的活性碳的吸附性质。费罗因德利奇等温线在1912年由实际经验推导得出，定义如下：
（2）
式中 
——每单位质量吸附剂吸附的吸附质的质量，mg吸附质/g活性碳；
——费罗因德利奇容量系数，（mg吸附质/g活性碳）（L水/mg吸附质）1/n；
——吸附后溶液中吸附质的平衡浓度，mg/L；
1/n——费罗因德利奇强度参数。
费罗因德利奇等温线的常数可以通过绘制log()和log图来确定，以及利用方程（2）改写得：
（3）
美国环境保护署已经求出了各种有毒化合物的吸附等温线。各种有毒化合物的费罗因德利奇容量系数变化很大（例如，PCB（多氯联苯）为14000到二甲基亚硝胺为6.8×10-5）。由于这种大的变化，每种新的化合物必须确定费罗因德利奇容量系数。
兰米尔等温线（朗谬尔等温线） 兰米尔等温线从理性思考推导得出，定义为：
（4）
式中 ——每单位质量吸附剂吸附的吸附质的质量，mg吸附质/g活性碳；
，
——经验常数；
——吸附后溶液中吸附质的平衡浓度，mg/L；
兰米尔吸附等温线通过假设推导出来：（1）吸附剂表面有固定数量可进入的位置（地点），（2）吸附是可逆的。当分子吸附到表面的速度与分子从表面上解吸下来的速度相等时达到平衡。吸附的速率与驱动力成一定比例，这是在特定浓度下的吸附量与在该浓度下被吸附的量之间的差别。在平衡浓度下这种差别为零。
对应于兰米尔方程式的实验数据并不意味着规定的假设对所研究的特定系统正确，因为背离这些假设会有抵消效应。兰米尔等温线的常数可以通过绘制
和图来确定，以及利用方程（4）改写得：
（5）
（完）
Lesson 15
活性污泥工艺介绍
为了给后面介绍的工艺设计提供依据，有必要讨论以下几个方面的问题：（1）活性污泥工艺历史发展的简要总结，（2）基本工艺的描述，（3）活性污泥工艺演化发展的简单回顾，（4）最近工艺发展的概述。
历史的发展
活性污泥工艺目前通常用来对市政和工业废水进行生物处理。活性污泥工艺的前身可以追溯到时19世纪80年代早期Dr. Angus Smith（安格斯.史密斯博士）的工作，他研究贮水池中废水的曝气并加速有机物的氧化。后来有许多研究者对废水的曝气进行了研究，布莱克（Black）和费尔普斯（Phelps ）在1910年报道称通过迫使空气进入贮水池的废水中可以使得易腐烂物质大为减少。1912到1913年由克拉克（Clark）和盖吉（Gage）在劳伦斯实验站用经曝气后的废水进行试验，发现可以在瓶子和池子中培养微生物，并大大地提高可获得的净化程度（Clark and Adams（亚当斯），1914）。在劳伦斯实验站工作取得的成果如此显著，经了解后，英国曼彻斯特大学的G.J.Fowler（G.J.福勒）博士建议在曼彻斯特污水处理厂进行类似的在线试验，在那里Ardern and Lockett（洛基特）对这个课题进行了有价值的研究。在他们试验期间，Ardern and Lockett发现在通过曝气所获得的结果中污泥起了很重要的作用，这一点发表在他们1914年5月3日的论文中（Ardern and Lockett，1914）。这种工艺被Ardern 和Lockett称为活性污泥，因为它包含能对废水中有机物的进行好氧稳定的大量活性微生物的生产（Metcalf﹠Eddy（梅特卡夫和埃迪），1930）。
基本工艺的描述
根据定义，基本的活性污泥工艺如图1 中的a和b所示，由以 下三个基本部分级成：（1）反应器，在其中负责处理的微生物保持悬浮状态并通入空气进行曝气；（2）液固分离，通常是在沉淀池中进行；（3）回流系统，将从液固分离单元中去除的固体返回到反应器中。利用这三个部分已经演化出许多工艺布局。活性污泥工艺的一个重要特征是形成的絮凝的可沉降的固体可以在沉淀池中通过重力沉降去除。在多数情况下，活性污泥与物理和化学工艺结合在一起用作废水的预处理和初级处理，以及后续处理，包括消毒和过滤。
过去，大部分活性污泥厂所接收的废水都经过初沉池的预处理，如图1 中的a和b所示。初次沉淀在去除可沉降固体上是最有效的，而生物工艺对去除溶解的、胶态的和颗粒的（悬浮的）有机物、生物硝反硝化，以及生物除磷都是必须的。在如处理小型社区废水的应用中，通常不会被用作重点的初级处理，将被放在简易的、所需操作人员较少的处理方法中。初级处理在世界上具有火热气候的地区通常被省略掉，在那里来自初沉池和初沉污泥的臭氧问题非常显著。在这些应用中，各种改进的传统活性污泥工艺被采用；包括续批式反应器（SBR），氧化沟系统，氧化塘，或稳定塘。
活性污泥工艺的演化
从早期构思（设计）以来，许多活性污泥工艺和设计布局已经发生了演化，其原因是：（1）作为回应从污水处理厂获得高质量出水需要的工程技术创新；（2）在设备、电子、过程控制方面的技术进步；（3）对微生物过程和基本原理认识上的提高；（4）对市政和工业减少投资成本和运行费用的持续需要。通常地，今天采用的活性污泥工艺可以与硝化、生物脱氮、以及/或生物除磷想相结合。这些设计使用一系列的反应器，在好氧、缺氧和厌氧条件下运行，并使用内循环泵和管道。活性污泥的一般类型（就是，柱塞流（推流式），完全混合式，以及续批式反应器）如图1所示。
自20世纪20年代早期活性污泥工艺被广泛应用到20世纪70年代末结束，应用最广泛的活性污泥工艺的类型是采用大长宽比的推流式反应器。在考虑活性污泥工艺演化时，值得注意的是在20世纪60年代末排放入生活污水收集系统的工业废水增加了。当工业废水被引入时采用推流式工艺成为问题，因为有毒物质影响一些出流。完全混合式反应器的产生，某种程度上是因为更大的体积可以更大程度地稀释排放的有毒物质以减轻其影响。在20世纪70年和80代末更为普通的活性污泥工艺类型常常是单级的，如由McKinney（麦克金尼）（1962）提出的完全混合式活性污泥工艺（CMAS）（见图1b）。在欧洲，完全混合式活性污泥工艺并不会被广泛的采用，因为氨标准变得越来越严格。为了硝化，采用两级系统（每一级由好氧池和澄清池组成），第一级设计去除BOD ，接下来的第二级用作硝化。在应用中还有其他的活性污泥工艺，主要兴趣的日期在圆括号中，包括氧化沟（1950s），接触稳定（1950s），克劳斯工艺（1960s），纯氧活性污泥（1970s），奥贝尔工艺（1970s），深井曝气（1970s），以及续批式反应器工艺（1980s）。
随着简单便宜的程序逻辑控制器的发展以及水位传感器和自动控制阀门的利用，续批式反应器工艺（见图1c）在20世纪70年代末被广泛地使用，尤其是用在小型的社区和采用间歇流的工业生产设备中。然而，近年来，SBRs正被用在世界上某些国家的大城市中。SBR是一个含有一个完全混合式反应器的间歇型反应器系统，活性污泥工艺的所有步骤都发生在这里。在所有周期中混合溶液停留在反应器中，因此省略了分离沉淀池。
比较推流式和完全混合式活性污泥工艺，混合的状态和池子的几何形状有很大的不同。在完全混合式活性污泥工艺中，池子内的物质混合充分以至于理论上混合液中的组分、溶解物质（即COD，BOD，NH4-N），和胶态的、悬浮的固体的浓度不会随着在好氧池中的位置不同而变化。推流式工艺有相对长而窄的好氧池，以至于溶解物质和胶态的、悬浮的固体浓度沿反应器的长度而变化。尽管使用长而窄的池子的工艺布局通常称为推流式工艺，实际上，真正的推流是不存在的。根据好氧系统类型，会发生混合液的返混，并且根据反应器的布局和系统反应动力学，所谓的推流可以利用一连串的完全混合式反应器来更近似地描述。
20世纪70年代末以前的活性污泥工艺设计通常包括如图1 a和b所示的布局。然而，随着对生物脱氮除磷的关注，由一连串完全混合式反应器组成的多段反应器设计逐渐产生。一些多段反应中没有好氧（厌氧和缺氧）并采用内循环。对于硝化，一个分段的好氧反应器设计也可以用来提供比单级完全混合式活性污泥工艺更有效的总反应（器）体积。中试研究有时被用来评估和优化生物脱氮除磷工艺。
最新工艺进展
如上面所提到的，在过去10到20年里，已经演化出了大量改进的活性污泥工艺，主要目的是有效地去除氮和磷。几乎所有的各种改进工艺都是以生物处理的基本原理为基础。
因为改良膜设计的发展，主要应用在水处理中，膜技术越来越多地应用在加强回用水的固体分离中，并且近来越来越多地使用在污水处理的悬浮生长反应器中。膜生物反应器可能会改变未来污水处理设施外观。
因为活性污泥工艺的设计和运行正变得越来越复杂，计算机模拟是一种越来越重要的工具，它可以结合大量的组成部分和必需的反应来评价活性污泥的性能。
（完）
Lesson 19
污泥的处理、利用和处置
当废水被处理并排放到水体（水流、水系）后，工作并没有结束。留下在水中呈悬浮状固体，通常称为污泥。目前，在一个典型的二级处理厂中污泥处理和处置的费用超过了处理成本的50%，使得这个一点也没有吸引力的操作成为污水处理必不可少的一个方面。
污泥的来源
污泥的第一个来源是进入处理厂的悬浮固体，在初沉池或澄清池中已经得到部分地去除。通常60%的悬浮固体变为原生初沉污泥，这种污染具有高度的腐败性，含有病原微生物，并且含水量很高（很湿）（大约含96%的水）。
实际上，BOD的去除是一个消耗能是的方法，二级污水处理厂的目的是把这些高能量物质分解为低能量的化学物质，通常是利用微生物（在生态学术语中称为分解者）通过生物的方法来完成，这些微生物利用这些能量维持生命并进行繁殖。二级处理工艺如大众化的活性污泥系统除了微生物将太少的高能量有机物转化为CO2和H2O以及将其太多的高能量有机物转化新的微生物外几乎是完美的系统。这样系统就利用这些过量的微生物或剩余活性污泥来运行。在二级处理中剩余活性污泥的质量比上去除BOD的质量称为产（泥）量，表示成产生的SS质量比上去除BOD的质量。一般地，剩余活性污泥的产量为每减少一磅的BOD得到0.5磅的干固体。
除磷工艺也总是以产生过量的固体而告终。如果使用石灰，会形成碳酸钙和碳羟磷灰石，必须进行处理。硫酸铝同样会产生以氢氧化铝和磷酸铝形式存在固体。即使是用生物处理工艺来除磷也是以产生固体而告终。只有当一些生物体（水藻、水葫芦、鱼等）被周期性地采收才可以使用氧化塘或湿地来除磷。
污泥处理
如果污泥被从主要工艺上排放出来后就对它进行处理，将可以节省大量的资金并可以避免许多麻烦。遗憾的是，污泥有三个性质使得这个简单的的解决方法不可能实施：它们从美学观点上是令人不愉快的（讨厌的），具有潜在的危害，含有太多的水份。
前面两个问题通常通过稳定来解决，例如厌氧消化或好氧消化。第三个问题需要通过浓缩或脱水来去除水份。接下来的三个章节涵盖了稳定、浓缩和脱水等话题，然后是污泥的最终处置。
污泥稳定 污泥稳定的目的是减少与两个有害性质有关的问题——污泥的臭气、腐败以及存在病原微生物。污泥可以利用石灰、好氧消化或厌氧消化使之得到稳定。
石灰稳定是通过在污泥中添加石灰（如熟石灰：Ca(OH)2，或生石灰：CaO）以提高pH值到11或更高来实现。这样可以显著减少臭气并有助于消灭病原菌。石灰稳定的一个主要缺点是它是暂时的。pH值随着时间降低，污泥会再次腐败（腐烂）。
好氧消化是活性污泥系统的逻辑延伸。将剩余污泥放在一个专用的池子中，浓缩污泥继续进行分解。微生物的食物只能通过消灭其他活的生物体来获得，总固体和挥发性固体因此可以得到减少。然而，好氧消化比厌氧消化更难脱水，并且在减少病原菌方面也不如厌氧消化有效，厌氧消化过程如图1所示。厌氧消化的生物化学是一个分阶段进行的过程：有机化合物通过胞外酶溶解；随后在大量生命力旺盛的、被称为产酸菌的厌氧菌作用下生产出有机酸；有机酸在一群被称为产甲烷菌的严格厌氧菌的作用下进一步降解。只要这些微生物的生存环境一发生变化它们就变得紊乱（使失败、不起作用），成功的厌氧处理取决于为产甲烷菌保持一个适宜的环境。因为它们是严格的厌氧菌，在有氧的情况下它们不能起作用，并且对环境条件如pH、温度和毒素非常敏感。当产甲烷菌以某种方式栖息在消化池（罐）中时，消化池会变酸，并且产酸菌持续地作用，生产出更多的有机酸，进一步降低pH值，形成对产甲烷菌更不利的条件。治疗生病的消化池需要加入悬浮物，并且通常加入大剂量的石灰或其他抗酸剂。
污泥浓缩 污泥浓缩是一个固体浓度增加总污泥体积相应减少的过程，但污泥仍然具有液体而不是固体的性质。浓缩一般生产出污泥固体浓度在3%~5%的污泥，然而在15%~20%之间固体浓度的污泥就已经开如具有固体的性质了。浓缩也是意指（暗指）这是一个重力的、利用颗粒和液体密度的差别来实现固体压实的过程。
污泥浓缩的优点在减少被处理污泥体积方面是非常重要的。根据图2 ，含1%固体的污泥浓缩为5%，结果是减少了80%（因为5%=1/20）的体积。含20%固体的污泥浓度，可以通过机械脱水来实现，结果是减少了95%的体积，并节约了处理、操作和处置成本。
目前正在使用的两种类型的非机械浓缩操作是：重力浓缩池和浮选浓缩池。后者也是利用重力将固体从液体中分离，但为了简单我们继续用这两个描述性的词汇。典型的重力浓缩池如图5所示。进水从中间进入，水流到外面，最后清洁的出水从堰上流出。污泥固体像毛毯一样沉降下来，并从池底排出。
浮洗浓缩池，如图4所示，是通过迫使加压空气溶解在回流中并在回流与进水混合后释放压力来运行的。当空气从溶液中释放出来时，微小的气泡附着在固体上并携带它们一起上升，并被刮掉。
污泥脱水 脱水与浓缩不一样，因为经过脱水后固体应该具有固体的性质。脱水很少被用作中间过程除非污泥将被焚烧，并且大多数的污水处理厂将脱水作为最后处置之前减少体积的最终方法。
在美国，常见的脱水技术是砂滤床、压滤机（压力过滤机）、带式压滤机和离心机。在下面的段落中将逐个进行讨论。
砂滤床已经被使用了很多年，并且当可以得到土地进行利用时它仍然是最节约成本的脱水方法。砂滤床由埋在砂子和砾石里的瓦管排水管组成，用大约26cm（10英寸）厚的砂子覆盖。将被脱水的污泥被倾倒在砂子上。水开始渗入砂子和瓦管排水管中。渗漏液进入砂子并透过瓦管排水管，即使抽出水的总体积非常重要，也只能持续几天。砂子的孔隙很快被堵塞，所有污水停止进入砂子里。蒸发的机理取而代之，这个过程实际上是负责将液态污泥转化为固体。在一些北部地区，砂滤床被封闭在温室里以促进蒸发同时防止雨水降落到滤床内。
如果因为缺乏土地和劳动力成本较高使得利用砂滤床来脱水被认为不实用，必须使用机械脱水技术。三种普通的机械脱水工艺是压力和带式过滤以及离心分离。
压滤机，如图5所示，利用正压迫使水通过滤布。一般地，压滤机做成板框式过滤机，在这里污泥固体在板和框架中被捕获，然后将其拆开清除污泥。
带式压滤机，如图6所示，既作为压滤机又作为重力排水系统来运作。当污泥进入传送传送带，自由水透过传送带但固体留在传送带上。传送带移动进入脱水区，污泥在两条传送带之间被挤压。这些机器对不同类型的污泥进行脱水很有效，它们被安装在许多小型污水处理厂中。
只有在利用有机聚合物来进污泥调节后，离心分离才在水处理中开始流行。虽然离心机可以用来处理任何污泥，但是大多数未经调节的污泥在离心后的污泥回收率不会起过60%或70%。应用最广泛的离心机是转筒离心机，由一个子弹形的主体绕轴转动组成。污泥被放在转筒中，在500~1000离心力的作用下沉淀下来，并通过螺旋传送机将其挖出来（图7）。虽然实验室试验在评价离心机适用性上有一定的价值，但只要可能用连续模型的试验要好得多并得到极力推荐。
从砂子污泥干化床得到的污泥固体浓度经蒸发后可以达到90%。然而机械装置生产的污泥所含固体在15%~35%之间。
利用和最终处置
污泥最终处置的选择受到大气、水和土地的限制。严格控制空气污染（大气污染）使得焚烧复杂化，即使这的确是一种选择。在深水（例如海）中进行污泥处置是减少由于不利的或未知的有害作用对水生生态的影响。土地处置可以将污泥倾倒入土地填埋场或将其铺开在土地上通过自然生物降解使污泥被吸收到时土壤中。出于对环境和成本的考虑，焚烧和土地处置目前应用最广泛。
焚烧实际上根本不是一种处置的方法，而是一个污泥处理的步骤，在这个步骤中有机物被转化为H2O和CO2，而无机物则被氧化为不会腐烂的灰渣。用在污泥处理的两种类型的焚烧炉是：多炉膛和流化床。多段焚烧炉，故名思意，有几个炉床垂直地叠加在一起，用耙臂逐渐地将污泥推进并落入最热的炉床（层）中，最后进入灰坑。流化床焚烧炉中装满了砂子并通过注入空气使其悬浮；污泥在移动的砂子里被焚烧。
由于在流化床内剧烈的运动，没有必要使用刮臂。砂子就像一个“热飞轮”进行间歇操作。
当打算在陆地上处置污泥时，强调了这种处置的好处，污泥通常被委婉地称为生物固体。污泥含有营养物（氮和磷），有机物含量高，并如前面所述，富含水份。这样，它作为土壤添加剂的潜力经常被强调。然而，高水平的重金属，例如镉、铅和锌，以及被在稳定过程中存活下来的病原菌污染，会产生麻烦。
重金属进入污水处理厂常常浓缩在污泥固体中，到目前为止，我们还没有发现在污泥处置之前从污泥中去除这些重金属的有效方法。因此，控制必须以坚守严格的规则（工业预处理规则）为重点，以防止金属排水进入污水收集系统中。
病原菌水平的减少通常在污泥消化过程中实现，但这个过程并不是100%有效。经过30天厌氧消化的污泥被环境保护署归类为B级污泥，只能在非农业用地（高尔夫球场、高速公路隔离带）上处置，但任何土地的使用需要推迟30天。A级污泥要利用其他工艺进行消毒，例如堆肥和添加生石灰，高温可以杀死病原菌，或用非电离辐射来杀死病原菌。（完）