水环境工程学

水环境工程学，是环境工程学的一个重要分支，其主要内容是水质净化和水污染治理工程的科学原理与技术方法。在科技日新月异的当下，传统的市政水处理和污水处理工程基础设施依然发挥着保护水环境和公众健康的重要作用，甚至是不可替代的作用。以水为媒介，现代人类社会系统与自然生态系统紧密关联，在“同一健康”理念指导下，本书系统梳理了水环境及其工程体系的相关知识背景，重点编撰了集中式水处理和污水处理工程的原理与方法，并延伸至流域范围，介绍了水环境保护与污染修复工程体系。 本书可作为普通高等院校环境科学、环境工程、环境管理、环境健康等专业学生的教材，也可作为化学工程、微生物工程等领域科研人员的参考书籍。

温东辉 ---------------------------- 温东辉，北京大学环境科学与工程学院教授，长期从事环境科学与工程的科研与教育工作。自2010年开设本科专业必修课“环境工程学II”，讲授水和废水处理工程原理。历年教学评估优秀，并多次获得北京大学教学奖励。

第1章 绪论 ………………………………………………………………………… 001 1.1 水环境问题的产生 ……………………………………………………… 001 1.2 水环境工程的出现 ……………………………………………………… 002 1.3 水环境工程的发展 ……………………………………………………… 004 1.3.1 下水道工程的诞生与发展 ……………………………………… 005 1.3.2 水处理厂的诞生与发展 ………………………………………… 008 1.3.3 污水处理厂的诞生与发展 ……………………………………… 011 1.3.4 污水再生利用的技术发展 ……………………………………… 014 1.4 水环境工程学的主要内容 ……………………………………………… 017 主要参考资料 …………………………………………………………………… 017 思考题与习题 …………………………………………………………………… 018 第2章 水污染与水体自净 ………………………………………………………… 019 2.1 水圈及水循环 …………………………………………………………… 019 2.1.1 水圈 ……………………………………………………………… 019 2.1.2 水体、水环境与水生态系统 …………………………………… 020 2.1.3 水的自然循环 …………………………………………………… 021 2.1.4 水的社会循环 …………………………………………………… 022 2.2 水污染来源 ……………………………………………………………… 024 2.2.1 自然污染与人为污染 …………………………………………… 024 2.2.2 生活源与产业源 ………………………………………………… 025 2.2.3 点源与非点源 …………………………………………………… 026 2.3 水污染类型 ……………………………………………………………… 027 2.3.1 物理性污染 ……………………………………………………… 027 2.3.2 化学性污染 ……………………………………………………… 028 2.3.3 生物性污染 ……………………………………………………… 030 2.4 水体自净作用 …………………………………………………………… 030 2.4.1 水环境中的物质转化 …………………………………………… 031 2.4.2 水环境容量 ……………………………………………………… 031 2.4.3 污染物在水体中的迁移 ………………………………………… 032 2.4.4 污染物在水体中的降解 ………………………………………… 034 2.4.5 水体中生物物种和数量的变化 ………………………………… 039 主要参考资料 …………………………………………………………………… 041 思考题与习题 …………………………………………………………………… 042 第3章 水质标准与处理工程体系………………………………………………… 044 3.1 水质指标 ………………………………………………………………… 044 3.1.1 水质及水质指标 ………………………………………………… 044 3.1.2 水质指标类型 …………………………………………………… 045 3.1.3 环境工程常用的水质指标 ……………………………………… 046 3.1.4 其他水质指标 …………………………………………………… 059 3.2 水质标准 ………………………………………………………………… 062 3.2.1 水环境质量标准 ………………………………………………… 063 3.2.2 供水水质标准 …………………………………………………… 064 3.2.3 排水水质标准 …………………………………………………… 066 3.3 水和污水处理工程体系 ………………………………………………… 068 3.3.1 水处理的基本方法 ……………………………………………… 069 3.3.2 污水处理的基本方法 …………………………………………… 070 3.3.3 解决废水问题的基本原则 ……………………………………… 072 3.3.4 水环境修复工程系统 …………………………………………… 073 主要参考资料 …………………………………………………………………… 073 思考题与习题 …………………………………………………………………… 074 第4章 水的物理化学处理方法…………………………………………………… 076 4.1 水中粗大颗粒物质的去除 ……………………………………………… 076 4.1.1 筛滤 ……………………………………………………………… 076 4.1.2 沉砂 ……………………………………………………………… 080 4.1.3 离心 ……………………………………………………………… 084 4.2 水中悬浮物质和胶体物质的去除 ……………………………………… 086 4.2.1 沉淀 ……………………………………………………………… 087 4.2.2 混凝 ……………………………………………………………… 105 4.2.3 澄清 ……………………………………………………………… 119 4.2.4 过滤 ……………………………………………………………… 123 4.2.5 气浮 ……………………………………………………………… 143 4.3 水中溶解物质的去除 …………………………………………………… 152 4.3.1 离子交换 ………………………………………………………… 152 4.3.2 吸附 ……………………………………………………………… 163 4.3.3 膜分离 …………………………………………………………… 180 4.3.4 高级氧化法 ……………………………………………………… 202 4.3.5 其他物化处理方法 ……………………………………………… 242 4.4 水中有害微生物的去除 ………………………………………………… 256 4.4.1 氯消毒 …………………………………………………………… 258 4.4.2 其他消毒方法 …………………………………………………… 263 主要参考资料 …………………………………………………………………… 267 思考题与习题 …………………………………………………………………… 270 第5章 水的生物化学处理方法…………………………………………………… 272 5.1 废水处理微生物学基础 ………………………………………………… 272 5.1.1 废水处理系统中的微生物 ……………………………………… 272 5.1.2 废水处理中微生物的特性 ……………………………………… 276 5.1.3 微生物生长动力学过程 ………………………………………… 280 5.2 好氧悬浮生长处理技术 ………………………………………………… 283 5.2.1 活性污泥法的基本原理 ………………………………………… 285 5.2.2 活性污泥法的动力学模型与工艺参数 ………………………… 289 5.2.3 曝气原理与方法 ………………………………………………… 294 5.2.4 曝气池的类型与构造 …………………………………………… 300 5.2.5 活性污泥法的技术革新与工艺发展 …………………………… 302 5.2.6 活性污泥法的常见故障与对策 ………………………………… 321 5.3 好氧附着生长处理技术 ………………………………………………… 322 5.3.1 生物膜法的基本原理 …………………………………………… 322 5.3.2 生物膜法的形式 ………………………………………………… 325 5.3.3 生物滤池 ………………………………………………………… 326 5.3.4 生物接触氧化法 ………………………………………………… 329 5.3.5 曝气生物滤池 …………………………………………………… 331 5.3.6 生物流化床 ……………………………………………………… 333 5.4 厌氧生物处理技术 ……………………………………………………… 335 5.4.1 好氧与厌氧生物处理的比较 …………………………………… 335 5.4.2 有机污染物厌氧生物处理的机理 ……………………………… 337 5.4.3 厌氧生物处理的技术发展 ……………………………………… 343 5.4.4 粪便与污泥的厌氧消化处理 …………………………………… 344 5.4.5 有机废水的厌氧生物处理 ……………………………………… 348 5.5 污水生物脱氮技术 ……………………………………………………… 355 5.5.1 微生物对水中氮污染物的转化作用 …………………………… 355 5.5.2 氮转化微生物的基本性质 ……………………………………… 357 5.5.3 污水生物脱氮工艺 ……………………………………………… 363 5.6 污水生物除磷技术 ……………………………………………………… 369 5.6.1 生物除磷原理 …………………………………………………… 370 5.6.2 废水生物除磷工艺 ……………………………………………… 371 5.6.3 废水生物脱氮除磷工艺 ………………………………………… 372 主要参考资料 …………………………………………………………………… 375 思考题与习题 …………………………………………………………………… 376 第6章 流域水环境保护与修复工程 …………………………………………… 378 6.1 点源污染的最终处置工程 ……………………………………………… 379 6.1.1 废水最终处置途径与基本原则 ………………………………… 379 6.1.2 废水排江处置 …………………………………………………… 380 6.1.3 废水排海处置 …………………………………………………… 381 6.2 非点源污染的控制工程 ………………………………………………… 382 6.2.1 非点源污染的控制原则 ………………………………………… 382 6.2.2 非点源污染控制的环境工程技术 ……………………………… 383 6.2.3 非点源污染控制的其他工程技术 ……………………………… 397 6.3 流域水污染综合治理体系 ……………………………………………… 398 6.3.1 水污染综合治理体系的基本组成 ……………………………… 398 6.3.2 国外流域综合治理经验 ………………………………………… 399 6.3.3 我国流域综合治理实践 ………………………………………… 404 主要参考资料 …………………………………………………………………… 407 思考题与习题 …………………………………………………………………… 409