17.3.2焚烧工艺系统与设备 219 17.4固体废物的土地填埋技术 1741填埋处置概述 17.42填埋场选址及利用计划 17.43填埋操作管理 222 主要参考文献
-vi- 17.3.2 焚烧工艺系统与设备................................................................................... 219 17.4 固体废物的土地填埋技术.................................................................................... 220 17.4.1 填埋处置概述............................................................................................ 220 17.4.2 填埋场选址及利用计划............................................................................... 220 17.4.3 填埋操作管理............................................................................................ 222 主要参考文献..................................................................................................................... 225
第一部分理论导引 第一章概述 1.1环境工程学的定义 通过《环境学》及其它课程的学习,我们己经了解了“环境”的定义。所谓环境( Environment), 从广义上来说,是指影响生物生存的外部世界( Everything that affects an organism during its lifetime) 这里的生物当然包括人类,且主要指的是人类。因此,按照人类中心说( Anthropocentric)的伦理, 环境可以是指以人类为主体的外部世界,即人类赖于生存和发展的物质条件的整体,包括自然环境 和社会环境,它既包括天然的自然因素,也包括经过人工改造的自然因素的总体,如大气、水、海 洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市 和乡村等。 然而,在一个现代的工业化社会中,人们往往会忽视人类生存与自然环境之间的依存关系。其 主要原因就是人类通过工程的手段对环境的改造越来越多,所以人们直接接触原本的自然环境的机 会越来越少,以至于忘记了一个根本的事实,就是我们所需的一切实际上都是来源于自然。我们生 活的地球拥有丰富的资源,进入技术时代( Technological age)以来,工程学( Engineering)的发展 在很多方面都是与资源的开发与利用有关的:矿业工程( Mining engineering)旨在勘探、开采、精 选矿产资源,以获得人类所需的原料:石油化学工程( Petroleum and chemical engineering)旨在从 石油和天然气资源中得到可用的燃油、燃气产品:机械电气工程( Mechanical and electrical engineering)旨在将天然资源或能量转换为能直接为人类服务的动力或电力;农业工程( Agricultural engineering)旨在为人类生产食粮,而其原料实际上是来源于太阳能、土壤和肥分中所含的营养物 土木与市政工程( Civil and municipal engineering)旨在提供人类居住和生活的服务,它也包含直接 或间接的从天然资源或能源获取人类必需品的过程;而交通运输工程( Transportation engineering) 则是将通过上述其它工程获得的产品从产地运送给用户,与天然资源或天然能源之间是一种间接的 关系。正是由于这些工程所提供的产品和服务,人们已不大注意到作为这些产品和服务的基本来源 的天然资源和能源,从而忘记了人与自然的依存关系。 从工业化开始,人们起初没有意识到,但却逐渐注意到的一个不争的事实是:上述各种工程学 技术的发展导致了生产规模的扩大,而这些生产过程在为人们提供更多产品和服务的同时,也将大 量的污染物排放到环境中。在工业化的初期,由于生产规模小,排放的污染物量不大,自然界完全 有能力通过自我净化( Self-purification)作用对污染物进行吸收和分解,所以对环境造成的影响并 不显著。而随着工业化规模的扩大,排放的污染物量逐渐超过了环境的自我净化能力界限,对环境 造成的负面影响就愈加凸现出来。为了削弱工业化生产过程(当然也包括人类的生活过程)对环境 的影响,人类试图通过工程的手段进行污染治理,这就形成了一门新的工程学,即环境工程学 ( Environmental engineering)。因此,环境工程学是研究控制和防治环境污染的工程学方法的学科。 环境工程学作为一门学科的历史不算很长,但在人类漫长的发展过程中,人们很早就认识到了 生存环境质量的重要性,并自觉或不自觉地通过工程方法来维护或保障生存环境质量。 以水环境为例,饮用水的取用可能是人类最早进行的环境工程学实践。早在公元前2300年前 后,我国就发明了凿井取水技术,这是人类最早的水资源开发活动。水的清澈透明度和味道(咸水 还是淡水)是人们通过直觉感受到的水质指标,发掘到好的水源后人们就想到了要进行保护,例如
-1- 第一部分 理论导引 第一章 概述 1.1 环境工程学的定义 通过《环境学》及其它课程的学习，我们已经了解了“环境”的定义。所谓环境（Environment）， 从广义上来说，是指影响生物生存的外部世界（Everything that affects an organism during its lifetime）。 这里的生物当然包括人类，且主要指的是人类。因此，按照人类中心说（Anthropocentric）的伦理， 环境可以是指以人类为主体的外部世界，即人类赖于生存和发展的物质条件的整体，包括自然环境 和社会环境，它既包括天然的自然因素，也包括经过人工改造的自然因素的总体，如大气、水、海 洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市 和乡村等。 然而，在一个现代的工业化社会中，人们往往会忽视人类生存与自然环境之间的依存关系。其 主要原因就是人类通过工程的手段对环境的改造越来越多，所以人们直接接触原本的自然环境的机 会越来越少，以至于忘记了一个根本的事实，就是我们所需的一切实际上都是来源于自然。我们生 活的地球拥有丰富的资源，进入技术时代（Technological age）以来，工程学（Engineering）的发展 在很多方面都是与资源的开发与利用有关的：矿业工程（Mining engineering）旨在勘探、开采、精 选矿产资源，以获得人类所需的原料；石油化学工程（Petroleum and chemical engineering）旨在从 石油和天然气资源中得到可用的燃油、燃气产品；机械电气工程（Mechanical and electrical engineering）旨在将天然资源或能量转换为能直接为人类服务的动力或电力；农业工程（Agricultural engineering）旨在为人类生产食粮，而其原料实际上是来源于太阳能、土壤和肥分中所含的营养物； 土木与市政工程（Civil and municipal engineering）旨在提供人类居住和生活的服务，它也包含直接 或间接的从天然资源或能源获取人类必需品的过程；而交通运输工程（Transportation engineering） 则是将通过上述其它工程获得的产品从产地运送给用户，与天然资源或天然能源之间是一种间接的 关系。正是由于这些工程所提供的产品和服务，人们已不大注意到作为这些产品和服务的基本来源 的天然资源和能源，从而忘记了人与自然的依存关系。 从工业化开始，人们起初没有意识到，但却逐渐注意到的一个不争的事实是：上述各种工程学 技术的发展导致了生产规模的扩大，而这些生产过程在为人们提供更多产品和服务的同时，也将大 量的污染物排放到环境中。在工业化的初期，由于生产规模小，排放的污染物量不大，自然界完全 有能力通过自我净化（Self-purification）作用对污染物进行吸收和分解，所以对环境造成的影响并 不显著。而随着工业化规模的扩大，排放的污染物量逐渐超过了环境的自我净化能力界限，对环境 造成的负面影响就愈加凸现出来。为了削弱工业化生产过程（当然也包括人类的生活过程）对环境 的影响，人类试图通过工程的手段进行污染治理，这就形成了一门新的工程学，即环境工程学 （Environmental engineering）。因此，环境工程学是研究控制和防治环境污染的工程学方法的学科。 环境工程学作为一门学科的历史不算很长，但在人类漫长的发展过程中，人们很早就认识到了 生存环境质量的重要性，并自觉或不自觉地通过工程方法来维护或保障生存环境质量。 以水环境为例，饮用水的取用可能是人类最早进行的环境工程学实践。早在公元前 2300 年前 后，我国就发明了凿井取水技术，这是人类最早的水资源开发活动。水的清澈透明度和味道（咸水 还是淡水）是人们通过直觉感受到的水质指标，发掘到好的水源后人们就想到了要进行保护，例如
同样在公元前2300年前后的持刀守卫水井的制度恐怕是人类最早的水资源保护措施。生活排出的污 水会影响人的生活环境,最简单的方法就是将污水送到远离人群的地方,我国在公元前2000多年已 有用陶土管修建地下排水道的记载,这也可能是人类最早的排水工程之一。在国外,美索布达米亚 帝国(公元前3500~2500年)也有过污水和雨水混合排放的记载。罗马人则在公元前800年左右修 建了渠道集中供水和敞开式排水系统。我国在明朝以前就开始用明矾净化饮用水。 在大气环境方面,早在公元61年,罗马哲学家色那卡( Seneca)就指出过燃烧引起的空气污染 问题,并称之为“烟囱劣行”。我国宋朝的沈括在其名著《梦溪笔谈》中也描述过炭黑生产所造成的 烟尘污染。这都是早期人们对大气污染的认识,但人类真正认识大气污染是在十八世纪中叶产业革 命之后。随着生产力的迅速发展,煤和石油逐渐成为为主要能源,燃料燃烧造成的大气污染也随之 日益加剧,严重的大气污染事件接连发生。恩格斯在《英国工人阶级状况》一书中,曾详细地描述 了当时英国工业发源地曼彻斯特市的污染状况,他指出:“从烟囱里喷出的浓烟,弥漫于城市上空 使大气混浊。”英国的伦敦在手工业时期就曾出现过燃煤造成的大气污染,1873年、180年、1892 年、直至1952年先后多次发生由于燃煤造成的烟雾中毒事件。伦敦成为世界知名的“雾都”的原因 实际上就是燃煤引起的大气污染。 污染的频繁发生及其造成的危害引起了人们的广泛关注,使人们认识到社会发展和环境污染治 理并重的必要性和重要性,从而环境工程学作为一门学科的发展也获得了原动力。 1.2环境工程学的研究范畴 如上所述,环境工程学是研究控制和防治环境污染的工程学方法的学科。因此,它的研究范畴 将涉及所有环境污染问题及其污染控制与防治,关联的环境要素包括水环境、大气环境、土壤环境、 噪声与振动等其它物理环境。在这本教材里,针对以城市为中心的人类聚居区域的主要环境问题 我们将主要研究水环境工程学、大气环境工程学和固体废弃物工程学的相关问题 .2.1水环境工程学 水是人类生活的必需品,与其相关的工程学问题非常多,涉及从水资源、取水、给水处理、输 配水、室内给排水、排水管网、污水处理和排放等所有与用水有关的工程环节。然而对于水环境工 程学,研究的问题主要是以水质为中心,通常包括从水源到给水的水质控制( Water quality control), 以及与排水有关的水污染控制( Water pollution control)问题。水质控制的核心是给水处理( Water treatment),水污染控制的核心是污水或废水处理( Wastewater treatment) 人类生活以及工农业生产用水的水源通常为地表水( Surface water)或地下水( Groundwater) 这样的原水是否需要处理?怎样处理?其答案一方面取决于原水的水质,另一方面取决于用水的目 的,因为城市生活用水、工业用水、农业用水等目的对水质的要求是有差别的。使用过的水将作为 污水或废水排放,其最终的排放地仍然是天然水体,包括地表水体(直接排入河流或湖泊等)和地 下水体(通过土壤渗透等途径排入)。由于污水或废水中含有大量污染物,过量排入水体必然造成水 体污染,从而对生活和工农业用水的水源的水质造成影响,所以,对使用后排出的污水或废水必须 进行处理。由此可见,给水处理和污水或废水处理是人类用水这样一个循环链接中的两个重要的“质 的控制环节。在实际工程中,给水处理和污水或废水处理往往被认为是两个独立的行业,但近年来 逐渐出现了两个行业融合的趋势。其原因一是在于从水环境的角度,二者本来就是密切相关的两个 环节;二是在于给水处理和污水或废水处理在方法上有很多相同之处;三是在于由于在很多国家和 地区,水资源短缺问题越来越严重,污水和废水再生利用问题已受到广泛关注,所以从污水资源化 的角度,给水处理和污水或废水处理已很难认为是两个独立的行业。近年来,人们对以天然水体为 中心的水环境已不仅仅作为水源来对待,而是作为与人类生活环境关系最密切的生态系统来考虑
-2- 同样在公元前 2300 年前后的持刀守卫水井的制度恐怕是人类最早的水资源保护措施。生活排出的污 水会影响人的生活环境，最简单的方法就是将污水送到远离人群的地方，我国在公元前 2000 多年已 有用陶土管修建地下排水道的记载，这也可能是人类最早的排水工程之一。在国外，美索布达米亚 帝国（公元前 3500～2500 年）也有过污水和雨水混合排放的记载。罗马人则在公元前 800 年左右修 建了渠道集中供水和敞开式排水系统。我国在明朝以前就开始用明矾净化饮用水。 在大气环境方面，早在公元 61 年，罗马哲学家色那卡（Seneca）就指出过燃烧引起的空气污染 问题，并称之为“烟囱劣行”。我国宋朝的沈括在其名著《梦溪笔谈》中也描述过炭黑生产所造成的 烟尘污染。这都是早期人们对大气污染的认识，但人类真正认识大气污染是在十八世纪中叶产业革 命之后。随着生产力的迅速发展，煤和石油逐渐成为为主要能源，燃料燃烧造成的大气污染也随之 日益加剧，严重的大气污染事件接连发生。恩格斯在《英国工人阶级状况》一书中，曾详细地描述 了当时英国工业发源地曼彻斯特市的污染状况，他指出：“从烟囱里喷出的浓烟，弥漫于城市上空， 使大气混浊。”英国的伦敦在手工业时期就曾出现过燃煤造成的大气污染，1873 年、1880 年、1892 年、直至 1952 年先后多次发生由于燃煤造成的烟雾中毒事件。伦敦成为世界知名的“雾都”的原因 实际上就是燃煤引起的大气污染。 污染的频繁发生及其造成的危害引起了人们的广泛关注，使人们认识到社会发展和环境污染治 理并重的必要性和重要性，从而环境工程学作为一门学科的发展也获得了原动力。 1.2 环境工程学的研究范畴 如上所述，环境工程学是研究控制和防治环境污染的工程学方法的学科。因此，它的研究范畴 将涉及所有环境污染问题及其污染控制与防治，关联的环境要素包括水环境、大气环境、土壤环境、 噪声与振动等其它物理环境。在这本教材里，针对以城市为中心的人类聚居区域的主要环境问题， 我们将主要研究水环境工程学、大气环境工程学和固体废弃物工程学的相关问题。 1.2.1 水环境工程学 水是人类生活的必需品，与其相关的工程学问题非常多，涉及从水资源、取水、给水处理、输 配水、室内给排水、排水管网、污水处理和排放等所有与用水有关的工程环节。然而对于水环境工 程学，研究的问题主要是以水质为中心，通常包括从水源到给水的水质控制（Water quality control）， 以及与排水有关的水污染控制（Water pollution control）问题。水质控制的核心是给水处理（Water treatment），水污染控制的核心是污水或废水处理（Wastewater treatment）。 人类生活以及工农业生产用水的水源通常为地表水（Surface water）或地下水（Groundwater）， 这样的原水是否需要处理？怎样处理？其答案一方面取决于原水的水质，另一方面取决于用水的目 的，因为城市生活用水、工业用水、农业用水等目的对水质的要求是有差别的。使用过的水将作为 污水或废水排放，其最终的排放地仍然是天然水体，包括地表水体（直接排入河流或湖泊等）和地 下水体（通过土壤渗透等途径排入）。由于污水或废水中含有大量污染物，过量排入水体必然造成水 体污染，从而对生活和工农业用水的水源的水质造成影响，所以，对使用后排出的污水或废水必须 进行处理。由此可见，给水处理和污水或废水处理是人类用水这样一个循环链接中的两个重要的“质” 的控制环节。在实际工程中，给水处理和污水或废水处理往往被认为是两个独立的行业，但近年来 逐渐出现了两个行业融合的趋势。其原因一是在于从水环境的角度，二者本来就是密切相关的两个 环节；二是在于给水处理和污水或废水处理在方法上有很多相同之处；三是在于由于在很多国家和 地区，水资源短缺问题越来越严重，污水和废水再生利用问题已受到广泛关注，所以从污水资源化 的角度，给水处理和污水或废水处理已很难认为是两个独立的行业。近年来，人们对以天然水体为 中心的水环境已不仅仅作为水源来对待，而是作为与人类生活环境关系最密切的生态系统来考虑
除给水处理和污水或废水处理以外,污染物在水环境中的代谢和迁移问题,水生生态问题等也受到 广泛关注。因此,环境工程学所研究的问题也在不断扩大 在历史上,由于给水和污水或废水排放问题与人的生活卫生条件以及人体健康密切相关,我们 现在所讨论的环境工程学问题长期属于卫生工程( Sanitary engineering)或公共卫生( Public health) 的范畴,这种学科划分是从19世纪开始的。当时的欧洲是工业革命的中心,工业化的一个重要结果 是城市化和人口的集中,而落后的城市卫生设施带来的一个主要问题就是饮用水的污染和水媒性疾 病的蔓延,如当时的欧洲不断爆发霍乱、伤寒、痢疾等流行性疾病。 19世纪中叶欧洲三位科学家的工作为卫生工程奠定了重要基础。一位科学家是 Edwin Hardwick爵士,他在对英国城市疾病情况进行普查的基础上,指出疾病问题主要起因于落后的城 市卫生设施,而清洁的饮用水供应和适当的城市排污设施是保障城市卫生条件的关键。然而, Hardwick爵士的建议并没有得到政府重视,在1854年,伦敦大规模地爆发了霍乱,导致一万多人 死亡。另一位科学家是 John Snow博士,他在霍乱爆发之后,调查绘制了受害者的住址分布图,发 现多数受害者集中伦敦 Broad Street的某一供水点附近。在他的建议下,政府强行封闭了该供水点 命令居民从其它供水点取水。这一措施有力地阻止了新的霍乱蔓延。第三位科学家是 Robert Koch 博士,他于19世纪0年代发现微生物是许多疾病的感染源。到这个时候, Hardwick爵士才终于 被采纳,英国以及欧洲、北美的一些城市开始采取有效措施,改善城市供水和排污系统。 水处理的工程措施首先是从给水开始的,1804年第一座慢滤池( Slow sand filter)在苏格兰 Paisley投入使用可认为是近代水处理的一个里程碑。慢滤池的特点是用作滤料的砂粒很细,因此过 滤速度很慢(仅为2~5m/d),对水中悬浮物、胶体、以及细菌等的去除率非常高。更重要的是由于 滤速低,表层滤料会形成称之为 Schmutzdecke( Dirt covering)的“污物层”,其中繁殖有大量的微 生物。尽管初期使用慢滤池所考虑的仅仅是滤料层的过滤作用,但后来的硏究表明,慢滤池滤料表 层的污物层对获得优质的处理水起到了关键作用。由于大量繁殖的微生物的作用,水中的有机物 色度、甚至病毒都能得到有效去除。整个19世纪,尤其是19世纪中下叶,慢滤池在欧洲得到普及, 并在北美和世界其它地区开始得到应用。我国上海、天津等地也有过运用慢滤池进行给水处理的历 史。19世纪末期,快滤池( Rapid sand filter)在美国诞生,随之而来的是硫酸铝作为混凝剂的使用 从而奠定了现代给水处理的技术基础。与慢滤池相比,快滤池的滤速可达到8~10m/h或更高,其 处理效率显然大大提高。但由于没有慢滤池那样的表面污物层的作用,混凝或者混凝加沉淀的前处 理过程必不可少。给水处理技术的另一个里程碑是氯消毒技术的发明及其于1908年在美国 Jersey 市水厂的应用,至此,以混凝-沉淀-过滤-氯消毒为中心的现代给水处理技术已经形成 近代污水处理技术的发展是在19世纪中叶之后,其初期的代表性设施是水洗便器( Flush toilet) 及排水管渠以将粪便等污物排入河流等水体。在此之前,欧洲城市的主要卫生器具则是“马桶”。水 洗便器及简单排水系统所带来的主要问题就是水体的污染,并引起流行病的蔓延。真正意义上的污 水处理的出现则是在19世纪末期,且以一级沉淀( Primary settling)处理为其主要特征。一级沉淀 处理的基础实际上是土地处理法( Land treatment),该方法可以追溯到罗马时代甚至到史前时代 我国农村历史上广泛采用(目前仍有部分地区还在采用)的粪便施肥,实际上也就是土地处理。当 土地处理法用于城市时,需要挖掘沟渠或水坑,污水流过时水中的重质固体污物可得到去除,从而 减轻后续土地处理的负荷。当污物填满后,就将其掩埋,再挖掘新的沟渠或水坑,这种方法就是 级沉淀处理的雏形。继而出现的是用黏土覆面的平底沉淀池,这种沉淀池按“注水-排放”交替进行 的形式工作,通过虹吸作用排放上清液。石灰则被用做化学药剂促进沉淀,并促进污染负荷的降低 土地处理进一步发展的另一种形式是生物滤池( Biological filter),它所利用的是土壤过滤的基本原 理,采用的是渗透性良好的粗砂砾作为滤料。由于滤料表面繁殖的微生物的作用,滤床具有必普通 土壤更强的氧化降解能力,从而起到了我们现在所说的二级处理( Secondary treatment)的作用。基 于对生物氧化作用的认识,大约从1882年开始,人们在污水的曝气方面开展了试验工作。1913年, 英国曼彻斯特大学首次进行了活性污泥法处理试验,而世界第一例活性污泥法污水处理系统是1916
-3- 除给水处理和污水或废水处理以外，污染物在水环境中的代谢和迁移问题，水生生态问题等也受到 广泛关注。因此，环境工程学所研究的问题也在不断扩大。 在历史上，由于给水和污水或废水排放问题与人的生活卫生条件以及人体健康密切相关，我们 现在所讨论的环境工程学问题长期属于卫生工程（Sanitary engineering）或公共卫生（Public health） 的范畴，这种学科划分是从 19 世纪开始的。当时的欧洲是工业革命的中心，工业化的一个重要结果 是城市化和人口的集中，而落后的城市卫生设施带来的一个主要问题就是饮用水的污染和水媒性疾 病的蔓延，如当时的欧洲不断爆发霍乱、伤寒、痢疾等流行性疾病。 19 世纪中叶欧洲三位科学家的工作为卫生工程奠定了重要基础。一位科学家是 Edwin Chardwick 爵士，他在对英国城市疾病情况进行普查的基础上，指出疾病问题主要起因于落后的城 市卫生设施，而清洁的饮用水供应和适当的城市排污设施是保障城市卫生条件的关键。然而， Chardwick 爵士的建议并没有得到政府重视，在 1854 年，伦敦大规模地爆发了霍乱，导致一万多人 死亡。另一位科学家是 John Snow 博士，他在霍乱爆发之后，调查绘制了受害者的住址分布图，发 现多数受害者集中伦敦 Broad Street 的某一供水点附近。在他的建议下，政府强行封闭了该供水点， 命令居民从其它供水点取水。这一措施有力地阻止了新的霍乱蔓延。第三位科学家是 Robert Koch 博士，他于 19 世纪 70 年代发现微生物是许多疾病的感染源。到这个时候，Chardwick 爵士才终于 被采纳，英国以及欧洲、北美的一些城市开始采取有效措施，改善城市供水和排污系统。 水处理的工程措施首先是从给水开始的，1804 年第一座慢滤池（Slow sand filter）在苏格兰 Paisley 投入使用可认为是近代水处理的一个里程碑。慢滤池的特点是用作滤料的砂粒很细，因此过 滤速度很慢（仅为 2～5m/d），对水中悬浮物、胶体、以及细菌等的去除率非常高。更重要的是由于 滤速低，表层滤料会形成称之为 Schmutzdecke（Dirt covering）的“污物层”，其中繁殖有大量的微 生物。尽管初期使用慢滤池所考虑的仅仅是滤料层的过滤作用，但后来的研究表明，慢滤池滤料表 层的污物层对获得优质的处理水起到了关键作用。由于大量繁殖的微生物的作用，水中的有机物、 色度、甚至病毒都能得到有效去除。整个 19 世纪，尤其是 19 世纪中下叶，慢滤池在欧洲得到普及， 并在北美和世界其它地区开始得到应用。我国上海、天津等地也有过运用慢滤池进行给水处理的历 史。19 世纪末期，快滤池（Rapid sand filter）在美国诞生，随之而来的是硫酸铝作为混凝剂的使用， 从而奠定了现代给水处理的技术基础。与慢滤池相比，快滤池的滤速可达到 8～10m/h 或更高，其 处理效率显然大大提高。但由于没有慢滤池那样的表面污物层的作用，混凝或者混凝加沉淀的前处 理过程必不可少。给水处理技术的另一个里程碑是氯消毒技术的发明及其于 1908 年在美国 Jersey 市水厂的应用，至此，以混凝-沉淀-过滤-氯消毒为中心的现代给水处理技术已经形成。 近代污水处理技术的发展是在 19 世纪中叶之后，其初期的代表性设施是水洗便器（Flush toilet） 及排水管渠以将粪便等污物排入河流等水体。在此之前，欧洲城市的主要卫生器具则是“马桶”。水 洗便器及简单排水系统所带来的主要问题就是水体的污染，并引起流行病的蔓延。真正意义上的污 水处理的出现则是在 19 世纪末期，且以一级沉淀（Primary settling）处理为其主要特征。一级沉淀 处理的基础实际上是土地处理法（Land treatment），该方法可以追溯到罗马时代甚至到史前时代， 我国农村历史上广泛采用（目前仍有部分地区还在采用）的粪便施肥，实际上也就是土地处理。当 土地处理法用于城市时，需要挖掘沟渠或水坑，污水流过时水中的重质固体污物可得到去除，从而 减轻后续土地处理的负荷。当污物填满后，就将其掩埋，再挖掘新的沟渠或水坑，这种方法就是一 级沉淀处理的雏形。继而出现的是用黏土覆面的平底沉淀池，这种沉淀池按“注水-排放”交替进行 的形式工作，通过虹吸作用排放上清液。石灰则被用做化学药剂促进沉淀，并促进污染负荷的降低。 土地处理进一步发展的另一种形式是生物滤池（Biological filter），它所利用的是土壤过滤的基本原 理，采用的是渗透性良好的粗砂砾作为滤料。由于滤料表面繁殖的微生物的作用，滤床具有必普通 土壤更强的氧化降解能力，从而起到了我们现在所说的二级处理（Secondary treatment）的作用。基 于对生物氧化作用的认识，大约从 1882 年开始，人们在污水的曝气方面开展了试验工作。1913 年， 英国曼彻斯特大学首次进行了活性污泥法处理试验，而世界第一例活性污泥法污水处理系统是 1916
年在美国休斯顿投入运行,从而奠定了现代二级生物处理技术的基础 上述以混凝-沉淀-过滤-氯消毒为代表的给水处理和以活性污泥法为代表的污水二级处理技术 通常称之为“常规水处理技术”( Conventional water treatment technologies)。这些技术的应用基本上 解决了现代化城市的给水和排水问题,保障了供水的水质安全和城市的卫生条件。由于城市污水经 二级生物处理后基本上可以保障安全排水,即排入水体后不造成水质污染的要求,城市水源和水环 境的质量也能得到保证。因此,从20世纪初到现在,在长达一个世纪的漫长岁月中,常规水处理系 统一直是,且迄今仍是城市给水和排水处理的基本系统。 随着工业的发展和人口的增加,可能进入水体,对水环境和水源水质造成影响的污染物种类和 污染负荷量也日趋增加。溶解性天然有机物、人工合成有机物、营养盐、重金属、表面活性剂等污 染物对水环境造成的危害越来越引起人们关注。这些污染物往往很难通过常规水处理流程得以有效 去除,从而供水和排水的安全受到新的威胁。从20世纪中叶起,尤其是20世纪70年代之后,各种 给水和污水或废水“深度处理”( Advanced treatment)技术不断得到开发和应用。此外,人们对水 环境和水生态系统的质量也越来越重视,广域的水环境保护问题也列入了议事日程。在水环境工程 学领域,人们还有很多问题有待于认识和研究。 122大气环境工程学 和水环境工程学相类似,大气环境工程学的中心问题是大气质量控制( Air quality control)。历 史上人们首先关注的大气质量问题就是燃料燃烧所产生的烟雾,这当然是因为人类发展的一个重要 标志就是火的使用。在缺乏通风措施的情况下,木材等燃料不完全燃烧的产物,如一氧化碳、醛类、 多环芳烃气体等,都带有刺激性并会造成对人体的危害。然而,在史前时代,人们能做出的唯一反 应就是离开现场。与威胁人类的众多因素相比,大气质量问题并未引起人们的重视 近代社会大气污染所产生的危害最集中的可能也是英国。由燃煤引起的大气污染实际上在工业 革命之前就严重发生。在13世纪,爱德华一世国王就曾下令禁止使用一种称之为“海煤”( Sea coal) 的燃煤,以减少弥漫于伦敦的烟雾。工业革命带来的一个严重问题就是大气污染,而这一问题迄今 仍然存在。燃煤集中使用引起大气污染的危害是多方面的,首先是悬浮颗粒物和二氧化硫,直接影 响空气的能见度,造成严重的尘暴,引起呼吸道疾病,甚至导致死亡。钢厂等工业企业也同样会造 成大气污染。然而,直到20世纪50年代,人们对于大气的工业污染基本上是束手无策。此间在欧 洲不断发生大气污染造成的严重危害,例如1930年12月,比利时的 Meuse峡谷连续三天烟雾弥漫, 数百人受害,60多人死亡。几个月后,同样事件也发生在英国曼彻斯特近郊,导致数百人丧生。美 国宾夕法尼亚州 Donora镇1948年发生持续多日的大气污染,约14000居民中受害者多达6000余人 最严重的一次大气污染发生在1952年1月的伦敦,连续4日城市被“雾毯”( Fog blanket)所覆盖, 各种死亡人数达到4000以上。也就是这一时间迫使英国议会通过了“清洁空气法案”( Clean air legislation),开始釆取有力措施降低燃煤造成的大气污染。最初的大气污染防治措施一是限制多烟 煤的使用,二是修建高耸的烟囱,利用空中气流促使烟雾扩散。这种措施在非稠密工业区还是有效 的,但在高度集中的工业区内,其效果并不明显 上述烟雾引起的大气污染多发生大量取暖而大气流通条件差的冬季,其特征是高二氧化硫和高 悬浮颗粒物浓度。但20世纪40年代美国洛杉叽在夏日发生的大气污染却完全是另一种情况:影响 人的呼吸和空气能见度的是一种催人流泪且令人窒息的光化学烟雾(Smog)。其原因直到1952年才 真正搞清楚,原来产生强烈刺激作用的气体是臭氧和二氧化氮,它们并非直接来自污染源,而是产 生于大气中的光化学反应( Photochemical reaction)。来自汽车尾气、工厂等的碳氢化合物和一氧化 氮与南加州充足阳光相结合,导致了上述问题的发生 从20世纪50年代起,欧洲和美国均在大气污染治理方面花了大力气,通过燃料替代、生产革 新、工业废气处理、汽车尾气处理等措施有效地降低了大气污染。昔日的雾都伦敦已基本上不复存
-4- 年在美国休斯顿投入运行，从而奠定了现代二级生物处理技术的基础。 上述以混凝-沉淀-过滤-氯消毒为代表的给水处理和以活性污泥法为代表的污水二级处理技术 通常称之为“常规水处理技术”（Conventional water treatment technologies）。这些技术的应用基本上 解决了现代化城市的给水和排水问题，保障了供水的水质安全和城市的卫生条件。由于城市污水经 二级生物处理后基本上可以保障安全排水，即排入水体后不造成水质污染的要求，城市水源和水环 境的质量也能得到保证。因此，从 20 世纪初到现在，在长达一个世纪的漫长岁月中，常规水处理系 统一直是，且迄今仍是城市给水和排水处理的基本系统。 随着工业的发展和人口的增加，可能进入水体，对水环境和水源水质造成影响的污染物种类和 污染负荷量也日趋增加。溶解性天然有机物、人工合成有机物、营养盐、重金属、表面活性剂等污 染物对水环境造成的危害越来越引起人们关注。这些污染物往往很难通过常规水处理流程得以有效 去除，从而供水和排水的安全受到新的威胁。从 20 世纪中叶起，尤其是 20 世纪 70 年代之后，各种 给水和污水或废水“深度处理”（Advanced treatment）技术不断得到开发和应用。此外，人们对水 环境和水生态系统的质量也越来越重视，广域的水环境保护问题也列入了议事日程。在水环境工程 学领域，人们还有很多问题有待于认识和研究。 1.2.2 大气环境工程学 和水环境工程学相类似，大气环境工程学的中心问题是大气质量控制（Air quality control）。历 史上人们首先关注的大气质量问题就是燃料燃烧所产生的烟雾，这当然是因为人类发展的一个重要 标志就是火的使用。在缺乏通风措施的情况下，木材等燃料不完全燃烧的产物，如一氧化碳、醛类、 多环芳烃气体等，都带有刺激性并会造成对人体的危害。然而，在史前时代，人们能做出的唯一反 应就是离开现场。与威胁人类的众多因素相比，大气质量问题并未引起人们的重视。 近代社会大气污染所产生的危害最集中的可能也是英国。由燃煤引起的大气污染实际上在工业 革命之前就严重发生。在 13 世纪，爱德华一世国王就曾下令禁止使用一种称之为“海煤”（Sea coal） 的燃煤，以减少弥漫于伦敦的烟雾。工业革命带来的一个严重问题就是大气污染，而这一问题迄今 仍然存在。燃煤集中使用引起大气污染的危害是多方面的，首先是悬浮颗粒物和二氧化硫，直接影 响空气的能见度，造成严重的尘暴，引起呼吸道疾病，甚至导致死亡。钢厂等工业企业也同样会造 成大气污染。然而，直到 20 世纪 50 年代，人们对于大气的工业污染基本上是束手无策。此间在欧 洲不断发生大气污染造成的严重危害，例如 1930 年 12 月，比利时的 Meuse 峡谷连续三天烟雾弥漫， 数百人受害，60 多人死亡。几个月后，同样事件也发生在英国曼彻斯特近郊，导致数百人丧生。美 国宾夕法尼亚州 Donora 镇 1948 年发生持续多日的大气污染，约 14000 居民中受害者多达 6000 余人。 最严重的一次大气污染发生在 1952 年 12 月的伦敦，连续 4 日城市被“雾毯”（Fog blanket）所覆盖， 各种死亡人数达到 4000 以上。也就是这一时间迫使英国议会通过了“清洁空气法案”（Clean air legislation），开始采取有力措施降低燃煤造成的大气污染。最初的大气污染防治措施一是限制多烟 煤的使用，二是修建高耸的烟囱，利用空中气流促使烟雾扩散。这种措施在非稠密工业区还是有效 的，但在高度集中的工业区内，其效果并不明显。 上述烟雾引起的大气污染多发生大量取暖而大气流通条件差的冬季，其特征是高二氧化硫和高 悬浮颗粒物浓度。但 20 世纪 40 年代美国洛杉叽在夏日发生的大气污染却完全是另一种情况：影响 人的呼吸和空气能见度的是一种催人流泪且令人窒息的光化学烟雾（Smog）。其原因直到 1952 年才 真正搞清楚，原来产生强烈刺激作用的气体是臭氧和二氧化氮，它们并非直接来自污染源，而是产 生于大气中的光化学反应（Photochemical reaction）。来自汽车尾气、工厂等的碳氢化合物和一氧化 氮与南加州充足阳光相结合，导致了上述问题的发生。 从 20 世纪 50 年代起，欧洲和美国均在大气污染治理方面花了大力气，通过燃料替代、生产革 新、工业废气处理、汽车尾气处理等措施有效地降低了大气污染。昔日的雾都伦敦已基本上不复存