专业英语A教材

译文：（第一课）给水工程众所周知，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）,butbecausetheweightofoverburdenmaterialgenerallyclosesporespaces（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。TheflowofwateroutofasoilcanbeillustratedusingFigure1（土壤中水流如图1所示）.Theflowratemustbeproportionaltotheareathroughwhichflowoccurstimesthevelocity（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）,orQ=Av

Where（此式中）

Q=flowrate,inm3/sec（流量，单位为m3/s）【cubicmeterpersecond】

A=areaofporousmaterialthroughwhichflowoccurs,inm2（渗透性土壤的流水断面，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＇=actualvelocityofwaterflowingthroughthesoil（水流在土壤中的真实流速）a=areaavailableforflow（水的流经断面面积）Solvingforv＇,（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)=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。Waterflowingthroughthesoilatavelocityv＇losesenergy（水在以v＇速度流动的过程中会损失能量）,justaswaterflowingthroughapipelineoranopenchanneldoes（这与水在管道或明渠中流动是一样的）.Thisenergylossperdistancetraveledisdefinedas（单位长度的能量损失定义为）energylose（能量损失）=△h/△LWhere（此式中）h=energy,measuredaselevationofthewatertableinanunconfinedaquiferoraspressureinaconfinedaquifer,inm（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=horizontaldistanceindirectionofflow,inm（水流水平距离的长度，m）Thesymbol(delta)simplymeans“achangein,”asin“achangeinlength,L.”（符号△仅仅表示一种变化，如在长度上出现的一种变化）Thusthisequationmeansthatthereisachange(loss)ofenergy,h,aswaterflowsthroughthesoilsomedistance,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）Inanunconfinedaquifer（在非承压含水层）,thedropintheelevationofthewatertablewithdistanceistheslopeofthewatertableinthedirectionofflow（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）.Theelevationofthewatersurfaceisthepotentialenergyofthewater（水面的高度表示着水的势能）,andwaterflowsfromahigherelevationtoalowerelevation（水从高处流向低处时）,losingenergyalongtheway（沿程会有能量的损失）.FlowthroughaporousmediumsuchassoilisrelatedtotheenergylossusingtheDarcyequation（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=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)increaseswithincreasingarea(A)throughwhichtheflowoccursandwiththedropinpressure,△h/△L（流量随着过流面积和压降的增大而增大）.Thegreaterthedrivingforce(thedifferenceinupstreamanddownstreampressures),thegreatertheflow（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）.Thefactor,K（系数K）,isthecoefficientofpermeability（指渗透性系数）,anindirectmeasureoftheabilityofasoilsampletotransmitwater（土壤样品透水能力的间接指标）,canbemeasuredbyapermeametershowninFigure2（能够通过图2所示的渗透测试仪测得）;itvariesdramaticallyfordifferentsoils（不同土壤的渗透系数相差很大）,rangingfromabout0.005m/dayforclay（粘土仅0.005m/d）toover5000m/dayforgravel（砾石则超过5000m/d）.Thecoefficientofpermeabilityismeasuredcommonlyinthelaboratoryusingpermeameters（渗透系数一般在实验室通过渗透测试仪测得）,whichconsistofasoilsamplethroughwhichafluidsuchaswaterisforced（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）.Theflowrateismeasuredforagivendrivingforce(differenceinpressures)througha

knownareaofsoilsample（在已知的过流断面面积下，测定不同驱动压力下水的流量）,andthepermeabilitycalculated（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（JohnBramah）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：“NoFreshmanshallgototheFellows’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。结论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