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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。（enhance the removal to a lesser extent）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。（for all practical purposes：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1400 m3 /s。处理能力大于等于0.044 m3 /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0.044 m3 /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510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-plant testing：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理，否则不能再使用。在有些地方，例如美国的科罗拉多州，那里的水资源有限，相对于洗涤器，水有着更重要的用途。而且，洗涤器的好能高，它的运行费用和建设费用同样昂贵。另外，洗涤器经常会产生可见的水蒸气烟雾。（例：A plume of smoke rose from the chimney. 从烟囱里冒出一缕轻烟。注：Finally,没有译成最后，因为Finally后的内容仍然是洗涤器的其他缺点。）电除尘器在处理气量较大和湿式除尘器不适用的场合，静电除尘器广泛的应用于捕集细小颗粒物。在燃煤电厂，经常使用静电除尘器处理一、二级锅炉和焚化炉的尾气。在电除尘器中，含尘气流中带负电的颗粒物在通过高压电晕线时被去除。这些颗粒物在通过电极时被荷电，于是在电场中向集尘极迁移。集尘极或者是环绕电晕线的圆柱管，或者是平板。另外，需要周期性的用锤头振打集尘极，使灰从表面散落。由于集尘极上形成的粉尘层，捕集效率会下降，特别是圆柱形集尘极。而且，有些灰尘表面比电阻高，不能想从集尘极跌落，而是粘在上面。加热或用水冲刷电极可以解决这一难题。静电除尘器对细小颗粒物的捕集很有效。但因为捕集粉尘的数量与电流成正比，静电除尘器所耗费的电能可能会相当大，从而导致较高的运行费用。15单元 气态污染物控制气态污染物可以通过捕集、化学交换或者改变产生它们的过程而去除。前面讨论过的湿式洗涤器可以将污染物质溶解在洗涤液中，从而去除。发电厂废气中的SO2 和 NO2经常用这种方法去除。多级洗涤器是指分布有玻璃片或玻璃过滤板的喷淋塔，这可以使溶解过程比普通湿式洗涤器更高效。例如：从炼铝熔炉的废气中去除氟化物。吸附，或者化学吸收是利用一种吸附剂来去除有机化合物，例如活性炭。Smelter：熔炉 boiler：锅炉当有机污染物可以氧化为CO2和水时，或者将H2S 氧化为 SO2时，使用焚化或燃烧法。催化燃烧是焚烧的一种变形。在表面催化的作用下，燃烧反应从能量角度上讲更加容易实现，并能 在较低的温度下进行。SO2控制SO2普遍存在且危害严重。在美国和工业化国家，SO2最大的一个来源就是发电过程中含硫煤和油的燃烧。控制标准的日益严格，促进了减少SO2排放的多种可选办法和技术的发展。这些可选办法有：l 使用低硫燃料。天然气含硫非常低，而为得到工业热和电厂动力而燃烧的油含硫量在0.5 % 至 3%，煤含硫量在0.3 % 至 4%。然而低硫燃料价格昂贵、供应不稳定。l 燃烧前脱硫。人们可以用多种化学方法去除工业重油中的硫，方法类似于去除原油中的H2S。在煤中，硫分可以是无机物（例如黄铁矿FeS2）的形态存在，也可以有机物的形式存在。黄铁矿硫可以通过将煤粉碎并用洗涤溶液洗选的方法去除。有机硫可以通过浓酸洗涤去除。首选的脱硫方法是煤气化或溶剂萃取，这样可以分别得到符合管道运输质量的煤气和低硫的液态燃料。l 高烟囱。虽然，高烟囱可以降低气体污染物的地面浓度，但这并不是一种恰当的控制方法。l 烟气脱硫。燃烧器或者其他产生SO2过程排放的气体称为烟气。SO2可以通过化学过程净化，一些净化方法将在本章的后半部分讨论。SO2合成硫酸或其他硫酸盐的反应在烟气脱硫中是最常用的方法。它有两个局限：在进入生产酸酸工厂前烟气必须除尘，另外，只有在气流中SO2的浓度在330000ppm时酸才能顺利形成。形成酸的反应：双触点制酸厂可以生产技术等级98的硫酸。非铁熔炉和精炼工业最适用这种方法。可以进行相似的反应，生产(NH4)2SO4，一种肥料和石膏CaSO4。化石燃料燃烧烟气中的SO2浓度太低，不能作为酸而捕集，也不能作商业肥料或石膏。另外，燃煤锅炉尾气太脏。另一种典型的方法是单碱洗涤法，反应为：从这一过程中回收的高浓度SO2可以工业化应用于制浆和造纸，以及硫酸生产中。烟气中的SO2也可以通过溶解在柠檬酸钠溶液中被去除，反应式如下：柠檬酸钠本身不参与反应，而是作为一种缓冲剂将溶液的pH值控制在4.5柠檬酸盐缓冲剂容易再生。柠檬酸盐法的去除效率在8099，比碱液吸收法75的效率要高的多。氮氧化物的控制湿式洗涤器吸收SO2的同时也吸收NO2，但湿式洗涤器的安装通常不是主要为了NO2的去除。在燃烧化石燃料的发电厂常用的控制氮氧化物的有效办法是低氮氧化物燃烧技术。这种方法是通过将燃烧过程的空气量限值在比燃料燃烧所需理论空气量稍多的水平而控制NO2的形成。例如：天然气燃烧的反应为，空气中的氮和氧在高温下结合形成NO，在这一过程中，天然气燃烧在竞争中占优势。天然气燃烧所需氧的理想比例是：事实上，助燃空气中氧气的微小过量可以促进氧气与燃料的化合，而不是与氮化合。在实践中，可以调节气流在可见烟羽消失时进入燃烧室，从而达到低NO燃烧。VOC和臭氧的去除因为VOC和臭氧微溶于液态洗涤介质，所以用完全氧化（焚化或催化燃烧）的方法去除。16单元 焚烧焚烧是一种利用燃烧的方法使垃圾体积减小、毒害降低的方法。从体积角度看，焚烧的主要产物是二氧化碳、水、和灰，但是这些产物是最让人担心的，因为它们的环境效应无物是含有硫、氮和卤素的化合物。当燃烧产生的气态产物中包含新的污染物时，必须运用二次燃烧、洗涤或过滤等二级处理把污染物浓度降低到可接受的水平再排放到大气中。焚烧过程产生的固体灰尘是另一个引人关注的问题，必须达到充分的最终处理。焚烧作为处理有害废物的方法的优点如下：1. 在控制的条件下燃烧废料和燃料已经进行了很多年，基本的工艺技术是可以掌握并能非常好的发展。2. 焚烧可以广泛的用于大部分有机废物，还能处理大体积的液体废物。3. 焚烧是已知的最好的处理混合废物的方法。4. 焚烧是一种优秀的处理生物毒性肥废料的方法，例如医疗废物。5. 不需占用太多昂贵的土地。焚烧的缺点包括：1. 与其他替代方法相比，设备运行费用越来越贵，而且工艺必须满足空气污染物控制的严格的调整要求。2. 焚烧不总是一种最终的处理方法，这是因为一般不管灰烬参残余有无毒性都必须进行适当的处置使其对环境的污染降到最低。3. 除非运用大气污染控制技术来控制，否则焚烧产物中的气态或颗粒污染物会危害人们的健康或损坏财产。决定用焚烧法处理某种废物取决于与其他替代方法相比焚烧的环境恰当性及焚烧法与其他环境可行的供选方案的经济性。对废物完全氧化影响最大的可变因素有废物可燃性、在炉膛内的停留时间、火焰温度和炉膛内燃烧区呈现的紊乱度。可燃性是一种燃料被氧化的难易程度的量度。低可燃极限、低闪点、低着火或自燃温度的物质可以在不太剧烈的氧化环境中燃烧，即低温和低过剩空气的环境。三T条件指停留时间、温度、湍流度。焚化炉建成后，在这三个条件中只有温度是比较容易控制的，可以通过调节空燃比控制。如果想让含炭固体废物燃烧不产生烟，必须保持燃烧室的温度不低于760度。焚化炉的温度上限取决于可以用来建造燃烧室内衬墙的防火材料。一般需要耐1300度以上高温的特殊材料。氧化废物燃料的空气的湍流程度会显著地影响焚化炉的性能。一般来讲，为达到空气和燃料的充分混合，会用到化学和空气动力学两种方法。湍流的程度和效果会显著地影响燃烧的完成和完全燃烧的时间。良好燃烧的第三个条件是时间。必须提供足够的燃烧时间使燃烧缓慢的颗粒或液滴在同冷的表面或空气接触冷却之前完全燃烧。所需的燃烧时间取决于温度、燃烧规模、湍流程度。如果废气中含有可燃的有机材料，焚化是最后一种考虑采取的办法。当混合物中大部分可燃物低于可燃下限，就需要加入少量天然气或者其它辅助燃料以保持炉内的燃烧。因为辅助燃料价格昂贵，所以经济因素在选择焚化炉系统时至关重要。工业过程中产生高温的锅炉可以作为焚化炉处理有毒或者危险含炭废物。水泥窖的操作温度必须高于1400度，可以用有机溶剂作燃料。这就为处理废液和废油提供了一种可接受的方法。焚化炉也可以处理液态废物。从焚化的角度说，液体废物可以分为两类：可燃液体和部分可燃液体。可燃液体包括所有有足够热值支持常规燃烧室和燃烧器中燃烧的物质。不可燃液体不能用焚化法处理，这些物质包括在不添加辅助燃料时不支持燃烧的材料和不可燃成分（例如水）占很高百分比的物质。为了使废物在不添加助燃剂的条件下在空气中燃烧，废物的焓值一般必须在18 500kJ /kg至 23 000kJ /kg之间或者更高。热值低于18 500kJ /kg的液体废物被认为是部分可燃材料，需要特殊处理。如果废物最初是液体状态，除了把它加热到燃点外，还必需提供足够的热量使它气化。对于可燃废物， 。废物应该在常温或被加热到合理的温度时可以用泵抽送。因为液体被雾化后气化和反应速度都加快，所以，通常当液体粘度允许雾化时，用雾化喷嘴将液体废物注入到焚化炉设备。如果废物不能被泵抽送或雾化，它也不能作为液体燃烧，而是当作污泥或者固体来处理。设计部分可燃废液焚烧炉时必须确保废液能尽可能雾化，从而有最大的表面积与空气混合。同时还需要确保足够的空气以提供有机物氧化或焚烧时所需的氧气。另外，辅助燃料的热量必须足以使废物和燃烧空气的温度上升到废物中有机材料的燃点以上。焚烧污泥或者泥浆废物也是一个重要的废物处理问题。适用于这种废物的焚烧炉是流化床焚烧炉、回转窑焚化炉和多炉膛焚烧炉。对于许多固体或污泥来说焚化并不是万能的方法，因为这些废物中包含不可燃物和剩余灰尘。必须被烧掉的材料中包含的种类越多，困难就越多。控制适于固体和污泥同时燃烧的空气量就是一件很困难的事，焚化炉的设计必须考虑到这些重要的因素。封闭式焚化炉，例如回转窑和多炉膛焚化炉，也用于固体废物的燃烧。一般，焚化炉的设计不局限于单纯的可燃物或者部分可燃物。通常利用可燃废物（可以是液态也可以是气态）作为部分可燃废物（可以是液态也可以是气态）燃烧的热源是经济的、可行的。经验表明，只包含碳氢氧元素和能在发电系统中利用的废物可以以一种回收内能的方式焚烧。这些类型的废物也可以与低内能的废物混合，例如绿色有机物，以降低购买化石燃料的费用。另一方面，从危险废物焚烧系统排出的尾气包含常规的空气污染物。不完全燃烧会导致原本计划通过燃烧破坏的危险物料的排放。不完全燃烧，特别是相对的低温燃烧，可以导致一类被公认为二唖英的化合物的产生，包括PCDD 和PCDF。在这类化合物中2,3,7,8- TCDD被认为是致癌物和致畸物。TCDD最初是在三氯苯酚除草剂的氧化物中被发现的（2,4-D 和 2,4,5-T，一种落叶剂的成分）。1977年，它是在市政焚化炉飞灰和尾气中发现的PCDDs中的一种。随后，发现在几乎所有的燃烧过程排放的尾气中都能找到它，包括烧木头的火炉、垃圾炉、野外烧烤。森林和丛林火灾是环境中PCDD的主要来源，加拿大森林火灾每年产生130磅PCDD。另外，海洋生物、陆生植物、真菌、哺乳动物甲状腺使有机化合物氯化，从而产生PCDD。TCDD在有水存在的条件下，可以在光照下分解。TCDD在动物体内的急性毒性非常高（仓鼠的半数致死量是3.0 pg/kg）；研究发现，长期暴露在大计量TCDD中对实验室动物致癌作用和畸形生长的遗传作用。对于人类，这些多不利影响的迹象好坏参半。虽然像皮肤法疹和消化不良这样的急性效应会偶然发生，但是短暂的。公众关注的是慢性效应，但是长期的暴露在TCDD下对人们的致癌作用和出生缺陷的影响的迹象并不明确。1877年首次发现在自然界普遍存在TCDD及相关化合物，这表明低计量TCDD对人体健康没有影响。管理焚化的规章将TCDD的排放控制在检出限以内。一般，通过对焚化炉中温度和停留时间正确的组合就可以达到这个限度。然而，工程师应该明白，公众对TCDD和二唖英的关注与已知的公害不成比例，同时，这是焚化炉选址的重要因素。17单元 垃圾填埋场怎样运作你刚刚在快餐店里吃完饭，将你吃剩的食物、食品包装纸、饮料杯、器具和餐巾扔进垃圾桶。你不用再去考虑这些垃圾。在每个社区垃圾收集日，你将垃圾桶放在门前的路边，清洁工人会将桶内的垃圾倒入垃圾车后开走。你也不用再去考虑这些垃圾。但是，当看到垃圾车开走的时候也许你想知道这些垃圾最终会到哪里。美国人制造垃圾的速度是惊人的，每人每天4磅，也就是60万吨每天或两亿21000万吨每年！这是其他大部分主要国家人均垃圾量的2倍。怎么处理这些垃圾？有些被回收利用，有些被烧掉，但大部分被埋入垃圾填埋场。本文将介绍垃圾填埋场的建设过程，填埋的垃圾将会发生什么变化，与垃圾填埋有关的问题有哪些，以及怎么样解决这些问题。垃圾是怎样产生的？美国每年产生的21000万吨垃圾或者是固废中的27，也就是5600万吨垃圾是可回收物（玻璃、纸制品、塑料、金属）或是可翻晒的混合物料（庭院垃圾）。剩余垃圾是要丢弃的，主要由纸制品、塑料、庭院垃圾和木料组成。怎样处理垃圾？美国现在的垃圾产生量几乎是1960年的3倍。这些垃圾用不同的方法处理。27被回收利用或堆肥，16被烧掉，57被埋在垃圾填埋场。埋入垃圾填埋场的垃圾量比1960年翻了一倍。在垃圾填埋处理方面美国在主要国家中处于中等水平（英国、加拿大、德国、日本、法国）。英国的水平最高，90的固废埋在垃圾填埋场。什么是垃圾填埋场？有两种方法掩埋垃圾：垃圾堆地面上一个用于掩埋垃圾的开放式的大坑，这里各种各样的动物云集（老鼠、鸟）。（这是大部分对垃圾填埋场的印象）垃圾填埋场一个经过精心设计的建于地下或地上的建筑，在那里垃圾与外界环境（地下水、空气、雨水）隔绝。这种隔绝是通过底衬和日常土壤封盖实现的。卫生填埋场通过黏土衬层使垃圾与环境隔绝的填埋场市政固废填埋场通过合成纤维（塑料）衬层使垃圾与环境隔绝的填埋场填埋的目的是掩埋垃圾，并且使垃圾与地下水隔离保持干燥，不与空气接触。在这样的条件下，垃圾不容易腐败。垃圾填埋场不像堆肥，堆肥目的是使垃圾很快地腐烂。垃圾填埋场的提议（计划）为了建一个垃圾填埋场，经营者必须确保遵循确定的步骤。世界上大部分地区都有关于在哪可以建垃圾填埋场怎样运营等问题的规章。整个进程的第一步是有人建议建设垃圾填埋场。在美国，处理垃圾建设垃圾填埋场是地方政府的责任。在一个城市或其他权利机关建设垃圾填埋场前需要在待选场址做环境影响评价。目的是为了明确：l 垃圾填埋场所需的占地面积l 地层和基岩的构成l 拟建垃圾填埋场对当地环境和野生动植物的影响l 拟选场址的历史和考古价值首先，要确定该处是否有足够的土地面积。第二，地层和基岩的构成必须明确。岩石的隔水性越强越好，以阻止渗滤液接触地下水。基岩不能断裂或者预测垃圾没有出口。选址不能在矿井或采石场附近，因为这些建筑经常与地下水连接。同时，你必须能在场址周围不同的点钻井，以监测地下水或者截获漏出的废料。第三，必须调查该地区的河流。你不希望填埋场里过量的水排到附近的财产或者相反。与之类似，你不希望垃圾填埋场建在靠近河流、小溪、或湿地的地方，以免来自填埋场的任何潜在泄漏会进入地下水或水域中。最后，如果场址内包含任何历史的和考古学上的史前古建筑，你不希望将垃圾填埋场建在那里。一旦环境影响评价完成，必须获得当地、州和联邦政府的批准。另外，必须从税收或地方政府债券募集资金以支付填埋场的建设和运行费用。因为基金一般来自一些公众来源，所以必须通过地方政府或公民投票获得公众认可。垃圾填埋场的建设一旦环境影响评价完成，颁发了许可证，而且募集到了资金，建设就可以开始了。如果没有现有道路，首先要建设通往垃圾填埋场的道路。这些路将用来运输建筑设备、卫生设备和一般公共需要。道路建成后，垃圾填埋场就可以挖掘了。在北威克县垃圾填埋场，填埋场从路面以下10英尺处开始。垃圾填埋场的组成部分垃圾填埋场的基本部分有：l 底衬系统将垃圾和随后的渗滤液同地下水隔离。l 小室（新的或旧的）垃圾在填埋场中储存的地方l 雨水排水系统收集降落到垃圾填埋场的雨水l 沥出液收集系统收集从垃圾填埋场渗出的含有污染物质的液体（渗滤液）l 甲烷收集系统收集垃圾降解过程产生的甲烷l 罩盖或者封盖将垃圾填埋场的顶部封起来以上的每一个部分都是为处理垃圾填埋场遇到的特定问题而设计的。当我们介绍垃圾填埋场的每一部分时，我们会解释它们处理的问题。在垃圾填埋场中垃圾发生了什么变化？被放入垃圾填埋场的垃圾会在那里存放很长时间。在垃圾填埋场里没有氧气没有水分。在这样的条件下，垃圾不会很快分解。事实上，当使用时间较长的垃圾填埋场被挖掘或取样时，人们发现四十年前报纸上的字迹还清晰可见。设计填埋场只是用来填埋垃圾，而不是用来分解垃圾。当一个垃圾填埋场闭场，这个场地，特别是地下水必须被监测30年以上。垃圾填埋场怎样运行？垃圾填埋场必须天天开放并且可用。尽管居民也使用垃圾填埋场，典型的顾客是政府和建筑或拆迁公司。在场址的入口附近有一个回收中心，在那里居民可以丢弃可回收的材料（铝罐、玻璃瓶、报纸、混合纸、波状纸板）。这有利于减少垃圾填埋场的处理量。这些材料中的一部分是法规不允许埋入垃圾填埋场的，因为它们是可回收的。当顾客进入场地，他们的卡车在称重房称重。顾客使用场地需要支付倾卸费。倾卸费为每吨10美元到40美元不等。这些费用用于还债和垃圾填埋场运行。沿着场地有为不允许和不适于进入填埋场的材料设立的倾倒点。多种材料倾倒点是为轮胎、机油、铅酸电池和纸面石膏板等材料设立。这些材料中有些是可回收的。另外，还有为不允许进入垃圾填埋场的化学品（化妆品、杀虫剂和其他化学制品）设立的家用危险废物倾倒点。这些化学品被私人公司处理。一些化妆品瓶可以回收，一些有机化学品可以在焚化炉或者电厂烧掉。填埋场边的构筑物还有为填埋场提供土壤的采料场、流走之物收集池、渗滤液收集池、沼气站。当正确的设计和管理是时，垃圾填埋场是一个能够服务于一个重要用途的复杂的建筑物。今后，一种叫做生物反应器的新技术将用于加速垃圾填埋场中垃圾的降解，并且可以产生更多的甲烷。1单元 环境科学与工程介绍环境科学与工程的研究范围向两个方向继续扩展，一是世界上很多国家的水和空气质量问题急需关注，二是污染本身似乎会产生国际化和全球的影响。得益于环境工程师和科学家的不懈努力，我们对污染空气、地表水、土壤和地下水系统的污染物质的去除和迁移规律的理解有了很大的进步。这一进步导致了控制排放和净化污染源的更好的技术的产生。由于理解的增加和先进技术的产生，我们可以构思更加完善的法律去处理这些问题。人们越来越意识到，一旦污染产生，净化费用巨大，所以我们开始致力于污染的防治。在发达国家的一些地区有了这样的成效：空气越来越干净，越来越多的地表水可以用来钓鱼或游泳，更重要的是，地下水水质不断提高，越来越接近饮用水。不幸的是，世界上享受不到这种环境效益的人却越来越多，一些传统的环境问题依然难以解决，温室气体和臭氧层破坏物质的全球影响更加危险，另外，虽然做了很多重要的工作，我们的公众将要面临看似不再确定的挑战。希望那些使美国部分地区获得洁净空气和水的科学、技术和政策可以用于像前苏联和其他东部联盟国家转变经济体制那样众所周知的巨大环境问题。同样，在发展中国家当人们涌入缺乏基本卫生服务和其他控制空气和水污染的基础设施的城市，持续的人口增长和城市化会导致空前的环境健康风险。当这些国家试图改变自己的命运时，环境工程师的角色变得越来越重要。自从过去的几十年，大量的有重大意义的研究和实践正在改变着我们思考和应对环境挑战的方法。例如，1990年的洁净空气法案修正案使控制排放的方式从传统的管制手段转化为更加市场化的方法。前者政府制定使用技术，后者允许主要污染源买卖排污许可。在过去的几十年，地下水净化领域获得了大量的研究基金，但是只提交了非常少的环境工程专业成果。1994年，美国国家研究委员会的报告得出结论：最常用的补救技术不能将被污染的地下蓄水层恢复到饮用水的水质。我们对“多干净才是干净”的看法正在改变。综合环境反应、补偿和责任法创立了有毒废物堆场污染清除基金以处理这样的场所，成效不大，由于花费了太多的资金只换来一点点风险的降低而遭到严厉的指责。部分的反应，由于具有更加灵活的净化目标和重建城市废弃工业用地的物主更加有限的责任，“棕地”这一概念提供了一种刺激地方经济同时加快中度污染地区的净化的方法。在全球大气污染领域，关于损耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书的影响开始作为控制生产和使用臭氧层消耗物质的法令发挥作用。大气中最重要的CFC的浓度不再增加，而且模型表明，21世纪早期臭氧层将开始自身修复。蒙特利尔议定书的明显成效可以作为协商其他全球大气问题的模型，例如全球变暖。政府间气候变化专门委员会1996年的评估报告指出现在的全球变暖趋势已不再是最初的完全自然过程。我们对持续变暖的含义、它的发生有多快，它的范围有多大的理解充满着不确定。考虑到这些不确定，我们如何适应或减缓像这样潜在的危急的环境问题必定是将来引起争议的课题。3单元 气候变化和温室效应气候变化人类活动向大气中排放温室气体。为了产生能量而燃烧化石燃料和森林被砍伐烧毁都会产生CO2。农业活动、土地利用性质改变和其他原因释放CH4和N2O。工业过程排放被称为卤代烃（CFCs,HFCs,PFCs）的化学品和其他持久性气体（SF6）。低层大气中的O3可以由汽车尾气和其他来源间接生成。上升的温室气体水平已经改变了气候。通过吸收红外辐射，这些气体控制气候系统中自然能量流动方式。对人类的排放作出反应，为了保持来自太阳的能量和释放到太空的能量的平衡，气候已经作出调整，适应温室气体这个厚毯子。观测资料显示，20世纪地球温度上升了0.6。另外有新的有力证据表明过去50年观测到的升温可归因于人类的活动。气候模型预测，到2100年地球温度将升高1.4-5.8。这一变化比至少过去10000年经历的任何变化都大很多。