蓝梅主编-给排水科学与工程专业英语部分课文翻译中文版

第四单元给水系统一般来说，供水系统可划分为四个主要组成部分:（1）水源和取水工程（2）水处理和存储（3）输水干管和配水管网。常见的未处理的水或者说是原水的来源是像河流、湖泊、泉水、人造水库之类的地表水源以及像岩洞和水井之类的地下水源。修建取水构筑物和泵站是为了从这些水源中取水。原水通过输水干管输送到自来水厂进行处理并且处理后的出水储存到清水池。处理的程度取决于原水的水质和出水水质要求。有时候，地下水的水质是如此的好以至于在供给给用户之前只需消毒即可。由于自来水厂一般是根据平均日需求流量设计的，所以，清水池为水需求日变化量提供了一个缓冲区。水通过输水干管长距离输送。如果输水干管中的水流是通过泵所产生的压力水头维持的，那么我们称这个干管为增压管。另外，如果输水干管中的水流是靠由于高差产生的可获得的重力势能维持的，那么我们称这个干管为重力管。在输水干管中没有中间取水。与输水干管类似，在配水管网中水流的维持要么靠泵增压，要么靠重力势能。一般来说，在平坦地区，大的配水管网中的水压是靠泵提供的，然而，在不平坦的地区，配水管网中的压力水头是靠重力势能维持的。一个配水管网通过引入管连接配水给用户。这样的配水管网可能有不同的形状，并且这些形状取决于这个地区的布局。一般地，配水管网有环状或枝状的管道结构，但是，根据当地城市道路和街区总体布局计划，有时候环状和枝状结构合用。城市配水管网大多上是环状形式，然而，乡村地区的管网是枝状形式。由于供水服务可靠性要求高，环状管网优于枝状管网。配水管网的成本取决于对管网的几何形状合适的选择。城市计划采用的街道布局的选择对提供一个最小成本的供水系统来说是重要的。环状管网最常见的两个供水结构是方格状、环状和辐射状；然而，我们不可能找到一个最佳的几何形状而使得成本最低。一般地，城镇供水系统是单入口环状管系统。如上所说，环状系统有一些通过系统相互连接的管道使得通过这些连接接的管道，可以供水到同一个需水点。与枝状系统不同，在环状系统中，由于需水量在空间和时间上的变化，管道中的水流方向并非不变。环状管网可为系统提供余量，提高系统应对局部变化的能力，并且保证管道故障时为用户供水。从水质方面来说，环状形状可减少水龄，因此被推广。管道的尺寸和配水系统的设计对减少水龄来说是重要的因素。由于多方向水流模式和系统中流动模式随时间的变化，水不会停留在一个地方，这样减少了水龄。环状配水系统的优缺点如表4.1所述。优点:1.Minimizelossofservices.asmainbreakscanbeisolatedduetomultidirectionalflowtodemandpoints.2.Reliabilityforfireprotectionishigherduetoredundancyinthesystem.3.Likelytomeetincreaseinwaterdemand-highercapacityandlowervelocities.4.Betterresidualchlorineduetoinlinemixingandfewerdeadends.5.Reducedwaterage.在文献中曾记载过，只考虑最低成本设计的环状管网系统会转化成树状似的结构，这一做法导致在最终的设计中失去最初的几何形状。环状保证了系统的可靠性。因此，一个只考虑最低成本为依据的设计打败了在环状管网中所提供的基本功能。有文献记载设计环状管网系统的方法。尽管这个方法也是仅以考虑最低成本为基础，它通过对管网中所有管道最优化规划从而保持了管网的环状结构。第五单元废水的收集和污水系统的设计污水可以划分为以下几个组成部分:生活污水:从居民，商业点（比如银行、餐馆、零售商店）和公共设施（比如学校和医院）排放出来的污水。工业废水:从工厂（比如制造业和化工过程）排放出来的废水。渗入水和流入水:从地下水渗透到污水管系统的水，从屋顶的排水管、地面的排水管和管网的检查井流入的雨水。雨水:由降水和雪水的产生量随季节变化，并且每周内的每一天，每天中的每个小时用水量和污水的产生量都不同。在小的社区中，水的耗用和污水产生量的波动变化大于大的社区，且短时间内大于长时间。由于收集和处理系统并没有以运输和处理这些工业废水中的废物为目的而设计，所以工业废水可能会对市政系统造成严重的危害。工业废水中的废物会损坏污水管并且干扰污水处理厂的运作。工业废水中的废物可能会通过污水处理厂但未被处理而直接排放，或者浓缩在污泥里，成为危险的废物。最近，城市水资源的消耗和退化已经促使提倡建立一个可持续的城市水系统，这个系统提倡少用水、保护自然排水系统，通过节约用水和回用水减少废水排放的频率，严格控制水污染以及保护或者增强受纳水体生态系统。城镇污水处理系统的基本元素如图5.1（a）和图5.1（b）所示。三个主要的水污染控制组成部分是:城市排水系统（既运送地表径流又运送生活污水），污水处理厂和受纳水体。这三个水污染控制组成部分间的相互依赖和连通性如图表中暗示靠重力或增压方式进行水力输送的箭头所示。像从这三个水污染控制组成部分中通过机械移除固体和污泥的其他水力输送模式已经被省略。城市的排水系统用来防止内涝，减少由于地面汇集成水塘带来的不便，减少了对人类健康的危害，改善了美感。在上个世纪，城市的排水系统已经发展成两种模式，即，图5.1（a）所示的分流制排水系统和图5.1（b）所示的合流制排水系统。合流制排水系统在同一根管道中输送地表径流和生活污水。在旱季，水被输送到污水处理厂并进行处理。在雨季，随着流入合流污水管的径流量增加，水的收集系统和污水处理厂的容量满足不了暴增的排水量，过量的水流允许以所谓的合流溢流的形式脱离水的收集系统排放到受纳水体中。在分流制排水系统中，地表径流通过雨水管输送和排放到受纳水体中，生活污水通过污水管输送到污水处理厂并且在排入受纳水体之前进行处理。这两个排水系统存在许多变化。图5.1（a）和图5.1（b）显示了在集水区排水、排水管、污水处理厂和受纳水体之间的相互联系。雨水管排水和受纳水体之间的相互联系十分强烈并且与关于水循环的城镇化影响有关。在城镇化的发展进程中，城市地表被屋顶、街道、人行道、停车场以及因土地利用活动变的密实的土壤等诸如此类的隔水元素覆盖。因此，植物冠层对降水量的吸收作用变弱和渗入到地下的水量减少，与此同时，更多的雨水直接转换成地表径流。不透水的地表径流快速汇集以及像排水沟、雨水管和排水管的典型水力促进导致了供水发生率和规模的增加。这种影响在城镇地区因变直、变深和变线状分布的溪流而今进一步加剧。如图5.1（b）所示，尽管在分流制系统中雨水和污水是分开输送排放的，但在二者之间不可避免地有一些连通。城市污水流入到雨水管中导致了雨水被污染，雨水流入到污水管中增加了水流量从而导致水流量超过污水处理厂的容量使得污水溢流。这样的流入来源包括污在沉淀池中，固体的重量和聚集以及水温引起重力流。水流进入沉淀池和离开沉淀池引起了涡流。由于水流可以促进颗粒的絮凝，所以它可能是有益的。然而，水流也会使絮体在池内不均匀的分布，结果絮体不能以平均速度沉淀下来。通过对沉淀池合理的设计，可以减少一些水流引起的问题。比如，在沉淀池中安装挡板，可以避免水流在池内走短流。第十四单元活性污泥工艺在生活污水和工业废水处理中，活性污泥工艺是现在最广泛使用的生物处理工艺。1914年活性污泥工艺发展起来，之所以这样命名，是因为活性污泥工艺中产生大量活性微生物，这些微生物能够稳定好氧降解污水中的有机组分。图14.1图示了基本的活性污泥工艺。通常来自初沉池的污水和回流污泥组成的混合污水入水被称做混合液。在活性污泥工艺中，混合液流入曝气池中，在曝气池里，负责处理废水的微生物保持在悬浮状态和暴露在空气中。在曝气池中，接触反应时间是用来混合废水入水以及对其曝气充氧。曝气至少有三个重要功能:（1）混合混合液（2）使活性污泥呈悬浮状态（3）给废水稳定所需要的生化反应提供氧气。一旦混合液受到足够的处理，过量的混合液排放到二沉池。二沉池的作用是从混合液中分离出来活性污泥。这些污泥代表了废水中原有的胶状和溶解性的固体。在曝气单元中，它们合并成可沉降的固体，即活性污泥。这些固体的分离是活性污泥工艺中关键的一步过程，它最终在二沉池或终沉池中完成。一部分沉淀的生物量，即活性污泥，被返回到曝气池中，这是维持曝气池中活性污泥具有足够的浓度的重要过程，以便达到期望的处理程度。由于曝气池底氧气不足而导致好氧微生物的死亡，所以剩余污泥在它失去活性之前必须被排。对此，最常见的操作是在污泥回流线上废弃掉剩余污泥。有时候通过直接从曝气池中抽出混合液来排除剩余污泥。接下来，废弃的混合液排放到浓缩池或初沉池中，在初沉池里，废弃的混合液与原来的污泥混合和沉降。通过最终沉淀、离心分离或浮选浓缩，废弃污泥进一步浓缩，然后通过生物或化学方法再对其处理。自从活性污泥工艺广泛使用以来，对传统的活性污泥工艺的许多改进被开发出来以满足特殊的处理要求:（1）完全混合活性污泥工艺:一个完全混合系统可以对曝气池中废水进行更均匀的曝气。这个工艺由于其耐冲击负荷和耐有毒物质负荷，已经成功应用于处理各种不同水质的废水。（2）阶段曝气活性污泥工艺:在这个改进的系统中，废水沿曝气池长多点进水。沿着曝气池负荷分配相对比较均匀，从而促使能够有效地利用溶解氧。（3）接触稳定活性污泥工艺:入水在短时间内（20到40分钟）在小的接触池内与高浓度生物量接触。混合物流入二沉池，在这里进行沉淀，同时，产生的污泥被返回到稳定池中，其水力停留时间为4-8小时。在这个接触池内，有机组分被微生物快速吸收，随后又被微生物氧化。这个工艺只需小的池容积并且产生少数量的生物固体。（4）.渐减曝气活性污泥工艺:在基本的活性污泥工艺中，有机负荷集中在曝气池的前段，因此，在曝气池的前端需氧量高，但在曝气池末端出口处需氧量低。为克服这一问题，在渐减曝气活性污泥工艺中，供氧量随池长逐渐减少，这样在池内供氧量和需氧量达到平衡。（5）纯氧活性污泥工艺:纯氧活性污泥处理时基于这样一个简单的想法，氧气在水中的传输速率正比于氧气的分压，即纯氧比大气中的氧传输速率要高。微生物容易获得氧气促使提高处理效果和减少产生的固体生物量和反应器体积。在活性污泥工艺中，为确保高等级的处理性能，需要考虑到几何控制措施，比如:（1）确保在曝气池中有充足的氧（2）.调节回流污泥量（3）.控制剩余污泥。总的来说，需要建立几个参数并且其中每一个参数适用于作为一个指标来判断整个工艺是否正处于最佳性能工作。控制工艺最常用的参数是固体停留时间（SRT,固体停留时间代表了污泥在系统中停留的平均时间）。混合液悬浮固体浓度（MLSS）用来确定污泥是否健康或者污泥龄是否太大或太小。混合液悬浮固体浓度可以根据回流污泥量控制。有机负荷率（F/M）通常用来描述操作条件。好氧速率同样是用来监控活性污泥工艺的参数。污泥容积指数（SVI）是衡量活性污泥沉降性能的指标，它可由沉降实验测得（污泥容积指数指的是“经过一定的沉淀后，1克污泥占的体积”，通常是在1升或2升的量筒内沉降20分钟到1小时或两小时。最常用的沉降时间是半小时。）第十五单元附着生长处理工艺废水或生活污水处理，是指去除污水废水中污染物的过程。它包括物理、化学和生物过程，作用是去除物理、化学和生物污染物。其目的是集中产生废物流（或经处理后的出水）以及固体废物或可以处理或可进入环境的的污泥。在1869年爱德华爵士弗兰先生通过用各种不同配比的粗砂粒和泥炭土来填充实验来过滤伦敦的废水从而开始了他关于研究过滤性能的突破性研究。这个实验是第一个科学证明间歇沙滤层方法是废水处理的一个有效方法。废水流进一些天然材料得到处理的理念是附着生长工艺即生物膜处理工艺的基础。通常这些工艺是低维护，低能量需求的工艺，总的来说，对小的社区和单独家庭是一个低难度技术的废水处理技术。与活性污泥法中降解废物的细菌在水池中悬浮相比，生物膜法中的活性细菌吸附在天然或人造滤料表面，并在其上形成膜状污泥——生物膜，使污水得到净化。生物膜法工作原理是利用微生物除去污水中的有机物质，这些微生物主要是好氧微生物------在有氧环境下生存的微生物，它们附着在滤料(如砾石，沙子或者泥煤)上生长，本质是污水与生物膜接触，污水中的有机污染物作为营养物质被生物膜上的微生所摄取。就一切情况而论，在化粪池或其他初级处理设备之后的附着生长滤池充当二级处理设备的作用。原水必须首先去除大的固体和悬浮物，因为这些物质将会阻塞滤池。有两种基本的生物膜处理系统：第一种是像低滤池那样固定滤料，废水从滤床上部通过；或者像生物转盘那样，滤料相对废水是运动的。在大多数情况下，在滤料下部的废水收集管收集出水，并且要么回流出水对滤池反冲洗，要么排出出水对之进一步处理。生物膜工艺优于活性污泥工艺，表现在其低能耗、操作简单、无污泥膨胀、容易维护以及耐冲击负荷。废水处理中的生物膜处理工艺在生化需氧量（BOD）的去除、硝化作用和反硝化作用上是非常有效的。然而它的缺点是占地多、在冬季操作困难以及有潜在的恶臭问题。见