环境工程专业外语翻译-张晖

12单元污水处理从社区或市区收集的污水必须最终转化成可以接受的水，或者排放入水体，或者再利用。设计师和公共健康部门面临的复杂问题是：为了确保公众健康和保护环境，在特定的场合必须达到哪一级的处理才能允许排放。要解答这个问题首先需要详细的分析当地的实际情况和需求，其次需要应用科学知识和基于经验的工程决断，最后需要考虑联邦、州和当地法规。在有些情况下，还需要作详细的风险评估。处理方法以物理法为主的水处理方法称为单元操作。以化学和生物反应为主去除污染物的方法成为单元反应。目前，单元操作和单元反应共同应用于水处理，分成了不同的级别，众所周知，有预处理、一级处理、高级的一级处理，二级处理（包括或者不包括营养物质的去除），三级或者称为深度处理。（见表12.1）在预处理中，能够损坏设备的大的固体被去除，例如大物体、碎布、砂粒。在一级处理中物理操作，通常是沉淀，被用来去除污水中的漂浮物和沉淀物质。高级的一级处理是指在一级处理过程中加入化学试剂，以提高悬浮固体和溶解固体的去除率。在二级处理中，利用生物和化学过程去除大部分有机物。在深度处理中，额外的单元操作和单元过程结合在一起被用来去除剩余的悬浮固体和在二级处理中不能被有效去除的其他成分。（enhancetheremovaltoalesserextent）大概20年前，生物营养素的去除，也就是氮磷的去除，曾被认为是深度水处理中的革新工艺。事实上，由于对BNR机理的大量研究，和它应用的优势，以及BNR系统的大量应用，营养素的去除已经成为了常规水处理的一部分。与化学法相比，BNR用的化学试剂少，减少了固体废弃物的产生量，降低了能耗。由于BNR法在水处理中的重要性，BNR被并入到生物处理方法的理论、应用、设计研究中。（forallpracticalpurposes：事实上）通常称为天然系统的土地处理工艺，，融合了物理、化学和生物处理机理，出水水质与深度处理相似或更好。现状直到20世纪80年代，常规二级处理是去除BOD和TSS最通用的方法。在美国，只在特殊的情形下才去除营养物质，比如在五大湖地区、佛罗里达州、切萨皮克湾，这里的水质对营养物质是敏感的。由于营养物质的富集会导致富营养化，从而使水质变坏（在某种程度上归因于点源的排放），所以营养物去除工艺逐步发展，现在也广泛应用于其他地区。由于联邦水污染防治法修正案的贯彻，我们可以获得为了完成计划关于污水处理设备应用及需求的数量和类型的数据。这些数据对描述美国污水处理的整体现状非常有用。城市污水处理规划诱16000个污水处理厂组成，处理流量为1400m3/s。处理能力大于等于0.044m3/s的污水处理厂能处理现有总流量的92％左右。几乎现有设计能力的一半可以达到二级以上的处理。另外，考虑到大部分新的设计可以达到二级以上的处理，因此，本文的主要对象是设计能力大于0.044m3/s的污水处理厂。在过去的10年里，许多污水处理厂设计使用BNR工艺。同时，在需要去除剩余悬浮固体的地方安装了污水过滤装置。过滤对提高消毒效率非常有效，特别是对于紫外消毒系统。这是因为（1）大的颗粒的悬浮固体是细菌的附着场所，它的去除可以提高大肠杆菌的去除效果。（2）浊度的降低可以提高紫外的透光度。除了用于农业灌溉，污水回用系统毫无例外地使用过滤。新的研究方向和焦点在不同的水处理的具体领域都有明显的新的研究方向和焦点：需要处理的污水性质的变化、暴露出来的健康和环境问题、工业废水问题、新法规的影响、所有这些曾经讨论过的问题仍然是最重要的。另外，其他重大关切包括：（1）基础设施的老龄化（2）新方法的过程分析和控制（3）污水处理厂的运行情况以及可靠性（4）废水消毒（5）合流下水道排污能力不足（6）暴雨和清洁排水过量的影响以及非点源污染（7）回流水的单独处理（8）臭味控制和VOC排放控制（9）污水处理厂的翻新和改进。污水处理未来的趋势美国环保署需求调查评估中心表示，在未来二三十年，污水处理厂总设计处理能力预期增长15％。美国环保署预计在这一时期，将新建约2300座新的污水处理厂，大部分能达到二级以上的处理水平。将来，能达到二级以上处理水平的污水处理厂的设计能力预计能提高40％。很明显，污水处理厂设计的趋势是设计更先进的处理设备。一些新发明的处理方法在新的或者改进的处理设备中应用，这些新方法包括：旋风分离器、高效过滤器、生物膜反应器、压力膜过滤器（超滤膜和反渗透）、紫外线（低压、低－高密度紫外灯、中等压力、高密度紫外灯）。一些新技术占地小，特别是在欧洲发明的新技术，这非常适合扩建场地有限的污水处理厂。近些年，许多私有的污水处理方法发展起来，为建设和运营提供了潜力。这种趋势将要继续，特别是在评估替代处理系统和设备私有化的地方。私有化通常解释为公私合作，其中，私人合作者负责筹措资金、设计、建造、处理设备的运行。有些情况，私人合作者拥有设备。在美国，对私人资金融通的需要是私有化的最主要原因；维护本地控制是反对私有化的最主要理由。13单元污水深度处理为了去除二级处理后剩余的悬浮物、胶体和溶解组分而增加的处理过程称为深度处理。可溶组分包括相对简单的无机离子，例如钙、钾、硫酸盐、硝酸盐和磷酸盐，和数量不断增长的非常复杂的复合有机化合物。近年来，这些物质对环境的影响越来越明显。研究者正在进行如下研究：（1）确定潜在毒性和水中的生物活性物质对环境的影响。（2）这些物质怎样用常规或者深度处理方法去除。因此，依据污水处理厂出水中污染物浓度的限值和出水毒性限值，废水处理的要求变得越来越严格。为了满足这些新的要求，许多现有的二级处理设备需要翻新，新的深度处理设备需要建设。对深度水处理的需求对深度水处理的需求基于以下几个因素：（1）为了满足更严格的排水和回用要求，需要去除经传统二次处理后剩余的有机物和总悬浮固体。（2）去除总悬浮固体，为更有效的消毒提供条件的需求。（3）去除经传统二次处理后剩余的营养物质，限制敏感水体富营养化的需求。（4）去除特殊的无机（例如重金属）和有机（例如MBTE和NDMA）组分，以满足对地表水和污水地面扩散的要求，和间接饮用水回用的要求（例如地下水回灌）。（5）去除特殊的无机（例如重金属、二氧化硅）和有机组分，以满足工业水回用的需求（例如冷却水，工艺用水、低压锅炉补给水、和加压锅炉水）。随着实验室研究和环境监测得出的关于二级出水中剩余组分影响的科学认识的增加，预计在未来5－10年，现在归于深度处理的方法将要成为常规方法。自20世纪60年代中期，含氮和磷的组分就得到了相当大的关注。最初，废水中的氮和磷促进水生植物的生长，加速湖泊的富营养化，引起了人们的关注。后来，当出水回用于地下供水回灌时，脱氮成为了废水处理的常规部分。在多数情况下，为降低氨的毒性或减少对河流或河口溶解氧的影响，必须对排放的污水进行硝化处理。事实上，由于对营养素的太多关注，营养物质去除已经成为了常规污水处理的主要部分。深度处理用到的技术在过去的20年里，多种用于去除处理后出水中剩余组分的技术得到了研究、发展和应用。本章节回顾了处理后出水中的剩余组分，介绍了用于深度处理废水的技术。处理后出水中的剩余组分除了以前报道过的典型组分，大多数生活污水还含有多种痕量化合物或元素，尽管这些痕量物质不能用常规方法测量。处理后出水中剩余组分的潜在作用可能非常大。在制定排放要求和想要达标排放时需要考虑非常多的物质。技术分类污水深度处理系统可以根据单元操作和单元过程分类，也可以根据主要功能分类。很多单元操作和单元过程可以去除多种组分。单独组分可以分为四大类：（1）剩余有机无机胶体或悬浮固体，（2）可溶性有机组分（3）溶解性无机组分（4）生物组分剩余有机无机胶体或悬浮固体的去除剩余有机无机胶体或悬浮固体的去除主要靠过滤完成。用于废水处理的过滤大致分为三类：（1）滤床过滤（2）表面过滤（3）薄膜过滤。在滤床过滤中，悬浮物的去除发生在滤床内部或表面。在表面和薄膜过滤中，悬浮物质通过过滤表面（例：滤布）或者一个薄支撑膜的过滤去除。汽车机油过滤器和厨房用的漏勺也是表面过滤的例子。溶解性有机组分的去除很多处理方法可以去除溶解性的有机组分。由于溶解性组分的性质复杂，因此，处理方法必须考虑污水的特性和污染组分的性质。用于去除一些特殊溶解性有机物的处理方法包括：（1）炭吸附（2）反渗透（3）化学沉淀法（4）化学氧化法（5）高级化学氧化（6）电渗析（7）蒸馏法溶解性无机组分的去除如以前报道的，许多的不同单元操作和单元过程在各种深度水处理中的应用被深入研究过。虽然其中的许多单元操作和单元过程技术可行，但由于其他一些因素这些单元操作和单元过程在多数情况下并不适用，例如造价、操作要求和美观的考虑。尽管如此，环境工程师熟悉这些更重要的单元操作和单元过程仍然是非常必要的，这样在任何情况下他们都能考虑所有的处理方法。无机溶解性组分的去除靠化学过程和膜过滤来完成。主要的单元操作和单元过程有：（1）化学沉淀法（2）离子交换法（3）超滤（4）反渗透（5）电渗析（6）蒸馏法。生物组分的去除除了以上讨论过的组分，生物组分的去除也是引人关注的。生物组分包括细菌、原生动物包囊和乱囊，用于这些组分去除的单元操作和单元过程有滤床过滤、微孔过滤和超滤、反渗透、电渗析、吸附、离子交换、蒸馏和化学沉淀法。由于单元操作和单元过程的效率不同，大部分处理的出水需要消毒。工艺选择和运行参数特定操作、过程或二者结合方法的选择依赖于以下几方面：（1）处理后出水的用途（2）废水的性质（3）不同操作和过程的兼容性（一致性）（4）去除最终污染物可用的方法（5）不同系统的环境和经济可行性。应该注意的是，经济可行性在一些情形的污水深度处理的设计中并不是决定因素，特别是当为了保护环境某种特殊组分必须被去除时。由于实地测得的性能的差异，为了获得运行参数和设计标准，推荐采用中试法。pilot-planttesting：中试14单元颗粒污染物控制选择正确的处理设备需要使设备的特性和污染物的特征相匹配。污染物在大小尺寸上包含了从气体分子到肉眼可见的直径几毫米的很大范围。任何一种设备都不能有效或者是高效的去除所有的污染物，即使是从一个烟囱排出的污染物。污染物的化学行为同样可以决定污染控制工艺的选择。各种空气污染物控制设备可以方便的分为用来控制颗粒物质的设备和用来控制气体污染物的设备。后者将在下一单元讨论。旋风分离器旋风分离是一种广泛应用的，经济有效的去除颗粒物的方法。干空气偏离中心的进入旋风分离器，这样，在锥体内空气产生了强烈的旋转，颗粒物围绕器壁被离心加速。器壁的摩擦力使颗粒物减速，从而滑落到底部被收集起来，而净化的空气从圆锥体顶部的中心离开。旋风分离器对大颗粒物的去除相当有效，因此，它被广泛的用作除尘的预处理。织物过滤器（袋式除尘器）用来去除颗粒物的袋式除尘器运行起来就像一个真空吸尘器。含尘气体被吸入或者吹入织物过滤袋，它能收集尘粒。通过袋子的周期性震动，落在袋子上的灰被清走。袋式除尘器可以高效的去除亚微米级的颗粒物，因此它在工业上广泛应用。袋式除尘器除尘的基本原理和水处理中砂滤池的原理相似。在诱捕作用产生的表面力的作用下，尘粒吸附在纤维上，并且在冲击和布朗扩散的作用下被带到织物的内部，和织物联结在一起。直径小于1微米的颗粒物质是有毒的，非常危险的，它的去除效果要好与99.9％。当预处理过的气体被加压或真空吸入单级高效微粒微孔过滤器时能达到这样的去除率，4到6级HEPA过滤器串连处理可达到99.9999％的去除率。例如，HEPA过滤器通常用于放射性颗粒物的去除。湿式除尘器喷雾塔和洗涤器可以有效的去除大颗粒物质。在进水的狭窄喉管处剧烈的作用可以促进水和空气的接触，从而使洗涤器更加有效。一般来讲，接触越剧烈，气泡和液滴越小，洗涤器越有效。文丘里洗涤器是一种经常用到的高效的洗涤器。气流经过喉管部分被收缩，高压水流垂直于气流方向进入。文丘里洗涤器基本上能100％的去除直径大于5微米的颗粒物。虽然湿式洗涤器非常的高效，不但能捕集细小的颗粒物，而且能去除气体污染物，但是它也是有缺陷的。洗涤器需要消耗大量的水，洗涤过脏空气的水需要进一步的处