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第五课 环境工程
环境工程是有关由结构，机器，系统和人类的活动引起的污染的一个工程分支。文明的发展已经引起许多地球生态系统的紊乱，造成空气，陆地和水的污染。环境工程师的责任不仅在于设计系统以缓和这一污染， 而且还需要教育人们保护他们周围的环境免受其他污染。环境工程的实践被划分为以下各种不同层次。
水质处理。在许多情况下，河流，湖泊和海洋已经被由住宅，商业，和工业源点排放的液态废料污染。这些水体许多已经由于20世纪70年代的一次运动被开垦装配上新的废水处理设备并且一些旧的设备也得到了改良，可以采用物理化学和生物学方法从液态废水中除去污染物。有机物使河流和湖泊中的氧气耗尽，并因此导致鱼类的死亡和有毒的臭气。
物理化学和生物学工序可以取去大量的有机物，连同来自废弃河流上漂浮的浮渣和滑脂。化学消毒可以使废弃河流中的细菌，病毒和原生生物钝化。物理化学方法用于除去废弃河川中的固体化学物，所用的方法有过筛，砂和砂砾分离，化学凝结和单纯沉淀。生物学方法有加菌滤渣，接触塔和生物圈。
这些处理方法应用到住宅，商业和工业废水上，已经降低了许多河流，湖泊和海洋的污染程度。然而，大部分地区存在着清理不完全的情况。在许多其他地区的暴风雨期间发生未经处理的卫生废污和大量废水的无限制排放。这些排放物来源于携带卫生废污和大量垃圾的管道。在暴风雨期间，陆地上的杂质混合着管道里的卫生废污，并且废水量超过了管道的承载量；在它能到达废水处理设备前，这一混合物的部分就流了最近的水体。通常，建造一整套全新的分开卫生废污的管道价格太昂贵。但是，一些都市，像芝加哥，已经开始采用建造一个能在暴风雨期间储存大量流量的深地下隧道，废水可以合理的速率进出处理设备的系统来解决这一问题。
在那些废水一定会进入湖泊和干的河川的地方，必须采用更高水平的处理措施，包括营养物和胶质物的除去。物理化学和生物学处理方法被用于废水的处理。此外，在生物方法处理后，化学制品被用于营养物的沉淀，和紧接着固体残留物的凝结和过滤。在一些情况下，粒状的活性碳或膜被用于废弃河川的附加净化。因为任何可见的污染对水域的形状产生的破坏,所以这种更高水平的处理是可取的。此外，这种处理还可以对水域上由营养物磷和氮引起的潜在的富营养化效应起防止作用。
对于有废水排放而下游又用于饮用水源的河流，需要特别注意的不仅有废污中有机物的排除，还有使微生物钝化进行的消毒程序。还需要关心的是来自工业生产的有机化学污染物或者沿河农田使用的杀虫剂和除草剂污染的河川
世界上比较普遍的是对排入河川的废水进行间接的重复利用。同时，只要排放物经过适当的处理，并且有机化学污染物被消除，也是可以被接受的。比较不可接受的是直接重复使用废水作饮用的用途，甚至是在高度处理之后。最关心的则是疾病爆发的可能性。但是，一些国家，像以色列，出于需要做试验，在物理化学处理前通过在成熟作用的地沼中长时间储存废水来重复使用。重复使用废水，紧接着进行可取的处理，再用于农作物的灌溉和为高尔夫课程浇水，这种方法已经变得相当普遍和可接受，尤其是在干燥性气候下。此外，某些特定地区如那不勒斯，佛罗里达和欧文，加州, 已经装配双重的水系，一方面处理过的废水用于户外住宅，商业，以及消防用水等用途，另一方面保留高质量的水用于潜在的需要。在其他的情况，大型工业产业直接从河川中取水用于工业上的冷却。
废水固体物质处理。从废水中通过物理化学和生物学方法分离出来的有机和无机的固体必须进行脱水,采用生物和化学方法使之稳定,并且需掩埋在受约束的垃圾场,焚烧或者堆制成肥料。有些固体不一定要脱水，而是能直接应用到陆地的一些环境，接着是生物稳定过程。可以举出很多这样的例子，如在密尔瓦基，威斯康辛州，固体被加工作肥料。
不幸的是，在世界的许多地方，包括美国的东海岸，固体废物既不是再生作陆地也不是焚烧作能源，而是用船或者管道运送到大海再直接向海水中倾卸。我们希望这种做法会被废止，而焚化作能量供应以及堆制成肥重复利用于土地将会代替海洋倾卸处理。在固体废物堆肥的地方，有毒的和重金属必须在源点被除去。
处理废水中的固体废物的方法有挤压，皮带，离心分离机以及流化床火炉脱水。已经受到相当注意的另外一种方法是容器堆肥。
垃圾处理。在陆地上的废物和垃圾的不加选择的倾卸已经引起严重的污染问题。垃圾处理可以控制在一个设计和操作很好的垃圾掩埋场，而且这可能是特定的小社区的一个适当方法。然而，在中型和大型社区用于垃圾处理的土地正在严重缩减，而且垃圾堆肥在陆地上的重复使用可能已经被限制应用。对大多数社区适当的系统似乎是垃圾的焚化，通过燃烧有机材料来回收能量。来自热反应堆以及废水处理厂焚烧固体废物的火炉的空气发生发射系统必须设计成能防止化学品和微粒子空气污染。这些空气发射系统包括静电沉淀和加力燃烧室。
有害废物处理。不幸的是，由于来自工业和商业活动以及公众代办站的长期非法倾卸和洗涤，乡间和地下水已经变得混乱并且被污染。来自倾卸处理地的废物储存容器的去除必然地是个很慢的方法，并且一个经核准的处理基地必须存在并发展。被污染的土壤和地下水的净化是个更慢的方法，净化工艺必须被设计并实行。例如，被有机化学物污染的水应慢慢从蓄水层中抽取，然后通过空气脱膜或粒状活性碳吸附作用除去污染物。经净化后的水再回注入蓄水层，这个工程则需要数年才能完成。在一些情况下，这可能是不便的，因为这对那些必须使用这些地下水作饮用供给的社区，会造成健康危害。
空气污染控制。柴油驱动的卡车和不受限制的汽油机使环境中废烟增加，工业烟囱则带来污染。在美国，1987年环境保护组织出版的统计表显示，每年有 磅（ 公斤）的有毒化学品被释放到空气中，当一亿人居住的时候，其他的空气污染物主要来自于汽车，超过联邦标准。像洛杉机这样的大城市的地方烟雾则由各社区的活动引起。在美国中西部由工业烟囱排放的废气引起的酸雨降落在了东北部和加拿大的森林和湖泊上。
虽然已经做了很多空气净化的尝试，但是解决的行动还是受到很大的限制。工艺学上可用于除去空气中的颗粒物质和化学污染物的方法是可用的（例如多样性火炉，流化床反应堆以及究竟久经考验的空气发射技术），但是代价昂贵，并且过程缓慢。
饮用管理。安全高质量的饮用水的可用性是现代文明中一个重要的要素。
源点。通过撤回来自河川的饮用水的间接废水利用是一个可行并且经济的供给社区饮用水的方法，特别是在滨水地区。水必须经过消毒处理以使微生物污染物钝化，还必须进行物理化学处理以除去有机和无机污染物。
其他的饮用水源是自然湖泊和水库。它们往往优于河水，并且它们可作多重用途，如给排水和水力电气的动力。这些湖泊的部分区域的受限制的娱乐使用是很寻常的。
地下的蓄水层是一个饮水的通常源点，并且其质量相当高，除了那些化学污染已经发生的地方。在世界的一些地区，蓄水层能被开垦的地表水回灌。
在世界许多地区的一个严重的问题是在低降水和降雪期间纯净饮水的短缺。一场大规模旱灾发生在1989年美国东海岸的春天。在旱灾中出现水资源短缺的两个原因是：许多饮水供给系统没有能计划充分以应对旱灾；相对低的水价使大量水被浪费。
质量。必须审慎选择最纯净的水用于饮水，如地下水，泉水，或高地湖泊，然后对其源点进行强制性保护。预防地下水的化学污染是极其重要的，其可以通过明智的控制地表水沿岸的使用来实现。湖泊能被用于娱乐及水源。然而如此的混合应用需要作很好的计划。
供给水的净化与分水岭的规划和控制一样重要。在源点质量相当好的地方，化学消毒，凝结，过滤就足够了。如果水是来自含泥量多并遭受有机物污染的河川供给，则需要额外的处理措施。在20世纪80年代，净水工艺有了大幅的进步。臭氧已经成为一种消毒剂的选择，因为它是对细菌，病毒和原生动物消毒的最有效的消毒剂，并且它不像氯，当水中存在有机物质的时候，它不会形成致癌副产物。经济内嵌或直接的过滤可以用于净化许多高地供给。和臭氧结合，这种方法对许多未过滤水供给是能适用的。粒状的活性碳可以除去水中产生味道和气味的物质，并且能吸收有害的有机化学物质。
对自来水污染最后的屏障是配水系统的小心管理。化学制品能被添加到已净化水中以抵消系统的腐蚀状态，如此可大大减少铅管系统接合处对铅的滤去量。而且水管能填塞水泥砂浆并保持奔流以预防脏水。
其他方面。环境工程学可以用于区域性问题的解决。变得富营养化和藻类繁盛的池塘和湖泊不能被用于娱乐，并且这水如果被用于饮用可能是有害的。海港处水的无差别的处理和随之发生的海滩污染能通过适当的规则和强制执行来预防。最后，还必须发展对景观地废物的最佳处理方法。
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