藍梅主編-給排水科學與工程專業(yè)英語部分課文翻譯中文版

第四單元給水系統(tǒng)一般來說，供水系統(tǒng)可劃分為四個主要組成部分:（1）水源和取水工程（2）水處理和存儲（3）輸水干管和配水管網(wǎng)。常見的未處理的水或者說是原水的來源是像河流、湖泊、泉水、人造水庫之類的地表水源以及像巖洞和水井之類的地下水源。修建取水構(gòu)筑物和泵站是為了從這些水源中取水。原水通過輸水干管輸送到自來水廠進行處理并且處理后的出水儲存到清水池。處理的程度取決于原水的水質(zhì)和出水水質(zhì)要求。有時候，地下水的水質(zhì)是如此的好以至于在供給給用戶之前只需消毒即可。由于自來水廠一般是根據(jù)平均日需求流量設(shè)計的，所以，清水池為水需求日變化量提供了一個緩沖區(qū)。水通過輸水干管長距離輸送。如果輸水干管中的水流是通過泵所產(chǎn)生的壓力水頭維持的，那么我們稱這個干管為增壓管。另外，如果輸水干管中的水流是靠由于高差產(chǎn)生的可獲得的重力勢能維持的，那么我們稱這個干管為重力管。在輸水干管中沒有中間取水。與輸水干管類似，在配水管網(wǎng)中水流的維持要么靠泵增壓，要么靠重力勢能。一般來說，在平坦地區(qū)，大的配水管網(wǎng)中的水壓是靠泵提供的，然而，在不平坦的地區(qū)，配水管網(wǎng)中的壓力水頭是靠重力勢能維持的。一個配水管網(wǎng)通過引入管連接配水給用戶。這樣的配水管網(wǎng)可能有不同的形狀，并且這些形狀取決于這個地區(qū)的布局。一般地，配水管網(wǎng)有環(huán)狀或枝狀的管道結(jié)構(gòu)，但是，根據(jù)當?shù)爻鞘械缆泛徒謪^(qū)總體布局計劃，有時候環(huán)狀和枝狀結(jié)構(gòu)合用。城市配水管網(wǎng)大多上是環(huán)狀形式，然而，鄉(xiāng)村地區(qū)的管網(wǎng)是枝狀形式。由于供水服務可靠性要求高，環(huán)狀管網(wǎng)優(yōu)于枝狀管網(wǎng)。配水管網(wǎng)的成本取決于對管網(wǎng)的幾何形狀合適的選擇。城市計劃采用的街道布局的選擇對提供一個最小成本的供水系統(tǒng)來說是重要的。環(huán)狀管網(wǎng)最常見的兩個供水結(jié)構(gòu)是方格狀、環(huán)狀和輻射狀；然而，我們不可能找到一個最佳的幾何形狀而使得成本最低。一般地，城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)是單入口環(huán)狀管系統(tǒng)。如上所說，環(huán)狀系統(tǒng)有一些通過系統(tǒng)相互連接的管道使得通過這些連接接的管道，可以供水到同一個需水點。與枝狀系統(tǒng)不同，在環(huán)狀系統(tǒng)中，由于需水量在空間和時間上的變化，管道中的水流方向并非不變。環(huán)狀管網(wǎng)可為系統(tǒng)提供余量，提高系統(tǒng)應對局部變化的能力，并且保證管道故障時為用戶供水。從水質(zhì)方面來說，環(huán)狀形狀可減少水齡，因此被推廣。管道的尺寸和配水系統(tǒng)的設(shè)計對減少水齡來說是重要的因素。由于多方向水流模式和系統(tǒng)中流動模式隨時間的變化，水不會停留在一個地方，這樣減少了水齡。環(huán)狀配水系統(tǒng)的優(yōu)缺點如表4.1所述。優(yōu)點:1.Minimizelossofservices.asmainbreakscanbeisolatedduetomultidirectionalflowtodemandpoints.2.Reliabilityforfireprotectionishigherduetoredundancyinthesystem.3.Likelytomeetincreaseinwaterdemand-highercapacityandlowervelocities.4.Betterresidualchlorineduetoinlinemixingandfewerdeadends.5.Reducedwaterage.在文獻中曾記載過，只考慮最低成本設(shè)計的環(huán)狀管網(wǎng)系統(tǒng)會轉(zhuǎn)化成樹狀似的結(jié)構(gòu)，這一做法導致在最終的設(shè)計中失去最初的幾何形狀。環(huán)狀保證了系統(tǒng)的可靠性。因此，一個只考慮最低成本為依據(jù)的設(shè)計打敗了在環(huán)狀管網(wǎng)中所提供的基本功能。有文獻記載設(shè)計環(huán)狀管網(wǎng)系統(tǒng)的方法。盡管這個方法也是僅以考慮最低成本為基礎(chǔ)，它通過對管網(wǎng)中所有管道最優(yōu)化規(guī)劃從而保持了管網(wǎng)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。第五單元廢水的收集和污水系統(tǒng)的設(shè)計污水可以劃分為以下幾個組成部分:生活污水:從居民，商業(yè)點（比如銀行、餐館、零售商店）和公共設(shè)施（比如學校和醫(yī)院）排放出來的污水。工業(yè)廢水:從工廠（比如制造業(yè)和化工過程）排放出來的廢水。滲入水和流入水:從地下水滲透到污水管系統(tǒng)的水，從屋頂?shù)呐潘?、地面的排水管和管網(wǎng)的檢查井流入的雨水。雨水:由降水和雪水的產(chǎn)生量隨季節(jié)變化，并且每周內(nèi)的每一天，每天中的每個小時用水量和污水的產(chǎn)生量都不同。在小的社區(qū)中，水的耗用和污水產(chǎn)生量的波動變化大于大的社區(qū)，且短時間內(nèi)大于長時間。由于收集和處理系統(tǒng)并沒有以運輸和處理這些工業(yè)廢水中的廢物為目的而設(shè)計，所以工業(yè)廢水可能會對市政系統(tǒng)造成嚴重的危害。工業(yè)廢水中的廢物會損壞污水管并且干擾污水處理廠的運作。工業(yè)廢水中的廢物可能會通過污水處理廠但未被處理而直接排放，或者濃縮在污泥里，成為危險的廢物。最近，城市水資源的消耗和退化已經(jīng)促使提倡建立一個可持續(xù)的城市水系統(tǒng)，這個系統(tǒng)提倡少用水、保護自然排水系統(tǒng)，通過節(jié)約用水和回用水減少廢水排放的頻率，嚴格控制水污染以及保護或者增強受納水體生態(tài)系統(tǒng)。城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)的基本元素如圖5.1（a）和圖5.1（b）所示。三個主要的水污染控制組成部分是:城市排水系統(tǒng)（既運送地表徑流又運送生活污水），污水處理廠和受納水體。這三個水污染控制組成部分間的相互依賴和連通性如圖表中暗示靠重力或增壓方式進行水力輸送的箭頭所示。像從這三個水污染控制組成部分中通過機械移除固體和污泥的其他水力輸送模式已經(jīng)被省略。城市的排水系統(tǒng)用來防止內(nèi)澇，減少由于地面匯集成水塘帶來的不便，減少了對人類健康的危害，改善了美感。在上個世紀，城市的排水系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成兩種模式，即，圖5.1（a）所示的分流制排水系統(tǒng)和圖5.1（b）所示的合流制排水系統(tǒng)。合流制排水系統(tǒng)在同一根管道中輸送地表徑流和生活污水。在旱季，水被輸送到污水處理廠并進行處理。在雨季，隨著流入合流污水管的徑流量增加，水的收集系統(tǒng)和污水處理廠的容量滿足不了暴增的排水量，過量的水流允許以所謂的合流溢流的形式脫離水的收集系統(tǒng)排放到受納水體中。在分流制排水系統(tǒng)中，地表徑流通過雨水管輸送和排放到受納水體中，生活污水通過污水管輸送到污水處理廠并且在排入受納水體之前進行處理。這兩個排水系統(tǒng)存在許多變化。圖5.1（a）和圖5.1（b）顯示了在集水區(qū)排水、排水管、污水處理廠和受納水體之間的相互聯(lián)系。雨水管排水和受納水體之間的相互聯(lián)系十分強烈并且與關(guān)于水循環(huán)的城鎮(zhèn)化影響有關(guān)。在城鎮(zhèn)化的發(fā)展進程中，城市地表被屋頂、街道、人行道、停車場以及因土地利用活動變的密實的土壤等諸如此類的隔水元素覆蓋。因此，植物冠層對降水量的吸收作用變?nèi)鹾蜐B入到地下的水量減少，與此同時，更多的雨水直接轉(zhuǎn)換成地表徑流。不透水的地表徑流快速匯集以及像排水溝、雨水管和排水管的典型水力促進導致了供水發(fā)生率和規(guī)模的增加。這種影響在城鎮(zhèn)地區(qū)因變直、變深和變線狀分布的溪流而今進一步加劇。如圖5.1（b）所示，盡管在分流制系統(tǒng)中雨水和污水是分開輸送排放的，但在二者之間不可避免地有一些連通。城市污水流入到雨水管中導致了雨水被污染，雨水流入到污水管中增加了水流量從而導致水流量超過污水處理廠的容量使得污水溢流。這樣的流入來源包括污在沉淀池中，固體的重量和聚集以及水溫引起重力流。水流進入沉淀池和離開沉淀池引起了渦流。由于水流可以促進顆粒的絮凝，所以它可能是有益的。然而，水流也會使絮體在池內(nèi)不均勻的分布，結(jié)果絮體不能以平均速度沉淀下來。通過對沉淀池合理的設(shè)計，可以減少一些水流引起的問題。比如，在沉淀池中安裝擋板，可以避免水流在池內(nèi)走短流。第十四單元活性污泥工藝在生活污水和工業(yè)廢水處理中，活性污泥工藝是現(xiàn)在最廣泛使用的生物處理工藝。1914年活性污泥工藝發(fā)展起來，之所以這樣命名，是因為活性污泥工藝中產(chǎn)生大量活性微生物，這些微生物能夠穩(wěn)定好氧降解污水中的有機組分。圖14.1圖示了基本的活性污泥工藝。通常來自初沉池的污水和回流污泥組成的混合污水入水被稱做混合液。在活性污泥工藝中，混合液流入曝氣池中，在曝氣池里，負責處理廢水的微生物保持在懸浮狀態(tài)和暴露在空氣中。在曝氣池中，接觸反應時間是用來混合廢水入水以及對其曝氣充氧。曝氣至少有三個重要功能:（1）混合混合液（2）使活性污泥呈懸浮狀態(tài)（3）給廢水穩(wěn)定所需要的生化反應提供氧氣。一旦混合液受到足夠的處理，過量的混合液排放到二沉池。二沉池的作用是從混合液中分離出來活性污泥。這些污泥代表了廢水中原有的膠狀和溶解性的固體。在曝氣單元中，它們合并成可沉降的固體，即活性污泥。這些固體的分離是活性污泥工藝中關(guān)鍵的一步過程，它最終在二沉池或終沉池中完成。一部分沉淀的生物量，即活性污泥，被返回到曝氣池中，這是維持曝氣池中活性污泥具有足夠的濃度的重要過程，以便達到期望的處理程度。由于曝氣池底氧氣不足而導致好氧微生物的死亡，所以剩余污泥在它失去活性之前必須被排。對此，最常見的操作是在污泥回流線上廢棄掉剩余污泥。有時候通過直接從曝氣池中抽出混合液來排除剩余污泥。接下來，廢棄的混合液排放到濃縮池或初沉池中，在初沉池里，廢棄的混合液與原來的污泥混合和沉降。通過最終沉淀、離心分離或浮選濃縮，廢棄污泥進一步濃縮，然后通過生物或化學方法再對其處理。自從活性污泥工藝廣泛使用以來，對傳統(tǒng)的活性污泥工藝的許多改進被開發(fā)出來以滿足特殊的處理要求:（1）完全混合活性污泥工藝:一個完全混合系統(tǒng)可以對曝氣池中廢水進行更均勻的曝氣。這個工藝由于其耐沖擊負荷和耐有毒物質(zhì)負荷，已經(jīng)成功應用于處理各種不同水質(zhì)的廢水。（2）階段曝氣活性污泥工藝:在這個改進的系統(tǒng)中，廢水沿曝氣池長多點進水。沿著曝氣池負荷分配相對比較均勻，從而促使能夠有效地利用溶解氧。（3）接觸穩(wěn)定活性污泥工藝:入水在短時間內(nèi)（20到40分鐘）在小的接觸池內(nèi)與高濃度生物量接觸。混合物流入二沉池，在這里進行沉淀，同時，產(chǎn)生的污泥被返回到穩(wěn)定池中，其水力停留時間為4-8小時。在這個接觸池內(nèi)，有機組分被微生物快速吸收，隨后又被微生物氧化。這個工藝只需小的池容積并且產(chǎn)生少數(shù)量的生物固體。（4）.漸減曝氣活性污泥工藝:在基本的活性污泥工藝中，有機負荷集中在曝氣池的前段，因此，在曝氣池的前端需氧量高，但在曝氣池末端出口處需氧量低。為克服這一問題，在漸減曝氣活性污泥工藝中，供氧量隨池長逐漸減少，這樣在池內(nèi)供氧量和需氧量達到平衡。（5）純氧活性污泥工藝:純氧活性污泥處理時基于這樣一個簡單的想法，氧氣在水中的傳輸速率正比于氧氣的分壓，即純氧比大氣中的氧傳輸速率要高。微生物容易獲得氧氣促使提高處理效果和減少產(chǎn)生的固體生物量和反應器體積。在活性污泥工藝中，為確保高等級的處理性能，需要考慮到幾何控制措施，比如:（1）確保在曝氣池中有充足的氧（2）.調(diào)節(jié)回流污泥量（3）.控制剩余污泥?？偟膩碚f，需要建立幾個參數(shù)并且其中每一個參數(shù)適用于作為一個指標來判斷整個工藝是否正處于最佳性能工作。控制工藝最常用的參數(shù)是固體停留時間（SRT,固體停留時間代表了污泥在系統(tǒng)中停留的平均時間）?；旌弦簯腋」腆w濃度（MLSS）用來確定污泥是否健康或者污泥齡是否太大或太小?；旌弦簯腋」腆w濃度可以根據(jù)回流污泥量控制。有機負荷率（F/M）通常用來描述操作條件。好氧速率同樣是用來監(jiān)控活性污泥工藝的參數(shù)。污泥容積指數(shù)（SVI）是衡量活性污泥沉降性能的指標，它可由沉降實驗測得（污泥容積指數(shù)指的是“經(jīng)過一定的沉淀后，1克污泥占的體積”，通常是在1升或2升的量筒內(nèi)沉降20分鐘到1小時或兩小時。最常用的沉降時間是半小時。）第十五單元附著生長處理工藝廢水或生活污水處理，是指去除污水廢水中污染物的過程。它包括物理、化學和生物過程，作用是去除物理、化學和生物污染物。其目的是集中產(chǎn)生廢物流（或經(jīng)處理后的出水）以及固體廢物或可以處理或可進入環(huán)境的的污泥。在1869年愛德華爵士弗蘭先生通過用各種不同配比的粗砂粒和泥炭土來填充實驗來過濾倫敦的廢水從而開始了他關(guān)于研究過濾性能的突破性研究。這個實驗是第一個科學證明間歇沙濾層方法是廢水處理的一個有效方法。廢水流進一些天然材料得到處理的理念是附著生長工藝即生物膜處理工藝的基礎(chǔ)。通常這些工藝是低維護，低能量需求的工藝，總的來說，對小的社區(qū)和單獨家庭是一個低難度技術(shù)的廢水處理技術(shù)。與活性污泥法中降解廢物的細菌在水池中懸浮相比，生物膜法中的活性細菌吸附在天然或人造濾料表面，并在其上形成膜狀污泥——生物膜，使污水得到凈化。生物膜法工作原理是利用微生物除去污水中的有機物質(zhì)，這些微生物主要是好氧微生物------在有氧環(huán)境下生存的微生物，它們附著在濾料(如礫石，沙子或者泥煤)上生長，本質(zhì)是污水與生物膜接觸，污水中的有機污染物作為營養(yǎng)物質(zhì)被生物膜上的微生所攝取。就一切情況而論，在化糞池或其他初級處理設(shè)備之后的附著生長濾池充當二級處理設(shè)備的作用。原水必須首先去除大的固體和懸浮物，因為這些物質(zhì)將會阻塞濾池。有兩種基本的生物膜處理系統(tǒng)：第一種是像低濾池那樣固定濾料，廢水從濾床上部通過；或者像生物轉(zhuǎn)盤那樣，濾料相對廢水是運動的。在大多數(shù)情況下，在濾料下部的廢水收集管收集出水，并且要么回流出水對濾池反沖洗，要么排出出水對之進一步處理。生物膜工藝優(yōu)于活性污泥工藝，表現(xiàn)在其低能耗、操作簡單、無污泥膨脹、容易維護以及耐沖擊負荷。廢水處理中的生物膜處理工藝在生化需氧量（BOD）的去除、硝化作用和反硝化作用上是非常有效的。然而它的缺點是占地多、在冬季操作困難以及有潛在的惡臭問題。見