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环境工程概论 第一章 引言 1.1 什么是工程？什么是环境工程？ 美国工程师发展协会（The Engineer’s Council for Professional Development, 简称ECPD）给出了工程的定义：“工程是一种职业，它利用通过学习、经验、实践所获得的教学和自然科学知识，来寻求经济地利用物质和自然力量的方法，以造福人类”。工程师在其专业发展中必须在资深工程师的指导下获得经验、实践和判断能力。 美国土木工程师学会（American Society of Civil Engineers, ASCE）环境工程分会给出的环境工程的定义： 环境工程（Environmental Engineering）通过健全的工程理论与实践来解决环境卫生（environmental sanitation）问题，主要包括：提供安全、可口和充足的公共给水；适当处理与循环使用废水和固体废物；建立城市和农村符合卫生要求的排水系统；控制水、土壤和空气污染，并消除这些问题对社会和环境所造成的影响。而且，环境工程所涉及的是公共卫生领域里的工程问题，例如控制通过节肢动物传染的疾病、消除工业健康危害、为城市、农村和娱乐场所提供合适的卫生设施，评价技术进步对环境的影响等。 1.2 环境系统概论 1.2.1 系统 在环境系统中，我们很难真正识别所有关联的部分，更不用说了解它们之间的相互影响。因此，我们所要做的第一件事是将系统进行简化，且要求与真实系统相似，简化模型当然无法在细节上与真实系统完全一样，但要求基本上近似。 根据上述简化原则来描述三种环境系统：水资源管理系统、空气资源管理系统和固体废物管理系统。如果介质是空气、水或土壤之一，则限于以上三个系统之一的污染问题称为“单介质（single-medium）问题”。许多重要的环境问题并不限于简单的某一系统之中，通常涉及到空气、水和土壤等多种介质，这些问题称为“多介质（Multimedia）问题”。 1.2.2 水资源管理系统 （1）供水子系统 水源的性质决定了集水、净水、输水和配水工程的规划、设计与运行。地表水（surface water）和地下水（ground water）是供应社区和生活用水需求的两种主要水源。小溪、湖泊和河流是地表水源。地下水源是从水井抽出水的地方。 不同的水源需要使用不同的集水工程和处理工程。城市中的管网称为配水系统，管路本身通常称为水干线。在低水量期间（通常在夜间），水处理厂生产的多余水储存在蓄水池内，储存的水可以用来满足白天高需水量期间的要求。 以下为一个服务于小社区的供水资源系统概况图。 供水资源系统概况图 人口和耗水形式是控制需水量的主要因素，因此也决定了水源和整个水资源系统的组成。选择合适的供水水源的前期步骤之一是确定需水量。影响需水量的基本要素包括平均日用水量和高峰需水量。估计平均日用水量是为了确定：（1）地表水或地下水在枯水季节低水位时能否不间断地供水；（2）需储存多大的水量才能满足枯水季节的需水量。估计高峰需水量是为了确定水管的尺寸压力损失和满足高峰用水需求所需要的需水量。 影响人们用水的主要因素包括： （1）工业活动：使人均需水量增加； （2）是否安装水表：水表赋予用户一种责任感。没有安装水表的用户缺乏这种责任感。 （3）系统管理：如果配水系统管理好，人均用水量就会降低。管理者知道何时何地自来水干线会漏水，并且很快地修复它。 （4）生活水平越高，个人水量就越多； （5）较高的年平均气温代表较多的人均用水量，降雨多的地区用水比较少。 （2）废水处理子系统 最简单形式的废水管理子系统由六个部分组成，如右图。废水来源主要有工业废水和生活污水。当工业废水会影响到城市废水处理厂的正常运行时必须进行预处理。 进入废水处理场的废水量随用水情况会有很大的变化。典型的日变化量如下图所示。 大部分的社区用水最终都会进入污水下水道。浇草坪、洗车及其它消耗性用水在使用中大约会损失5%~10%。消耗性用水量等于进入配水系统的平均水量与进入废水处理厂的平均水量之间的差值（管道泄露情况除外）。 下水道可以分为3类：污水、雨水和合流式下水道。污水下水道：输送住宅及商业区污水。工业废水经过适当处理以后也可排入污水下水道。雨水下水道：处理过量的雨水以防低洼地区淹水。污水下水道将污水送到污水处理厂，而雨水下水道通常使雨水排入河流、小溪。合流式下水道：同时接纳雨水和污水。目的是为了在干旱期使废水进入处理设施，在暴雨期间，使过量的水不经过处理直接排入河流、小溪和湖泊。可是，不幸的是，暴雨会与未经处理的污水混合。现代设计不鼓励采用合流式下水道。为了持续改善我们的自然水体，要求将原有的合流式下水道系统逐步改为分流式下水系统。 当无法使用重力流方式或下水管埋设太深而不经济时，需要考虑使用泵站。废水被垂直