《水污染控制原理與技術(shù)》主要介紹了水質(zhì)與水污染基礎(chǔ)知識， 污染物成分、危害及水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，水處理基本方法、原理和工藝流程，污水處理原理和技術(shù)，給水處理原理及技術(shù)展開，水處理技術(shù)評價與對比等內(nèi)容。本書可作為高等學(xué)校環(huán)境工程、給排水科學(xué)與工程、市政工程等專業(yè)的教材使用，助力學(xué)生系統(tǒng)掌握水污染控制專業(yè)知識，為學(xué)術(shù)研究與職業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)；還可供水污染控制領(lǐng)域的科研人員、工程技術(shù)人員閱讀，以提供理論支撐與實(shí)踐參考，助其把握行業(yè)技術(shù)動態(tài)，優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)與技術(shù)應(yīng)用；同時可供環(huán)保部門、污水處理廠管理人員閱讀，輔助其制定科學(xué)政策與管理方案，推動水污染控制工作高效開展。
《水污染控制原理與技術(shù)》以精煉架構(gòu)與豐富內(nèi)容，系統(tǒng)構(gòu)建水污染控制知識體系。全書共六章，首章聚焦水質(zhì)與水污染基礎(chǔ)知識；第 二章深入剖析污染物成分、危害及水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)學(xué)習(xí)筑牢認(rèn)知根基；第 三章整合歸納水處理基本方法、原理和工藝流程，梳理水處理面臨的主要問題，討論水處理中的碳排放特征及控制策略；第四章著重介紹污水處理原理和技術(shù)，對好氧、厭氧生物處理、脫氮除磷過程的機(jī)制、工藝進(jìn)行系統(tǒng)解讀，對比物理處理與化學(xué)處理技術(shù)，清晰闡釋其技術(shù)原理與應(yīng)用場景；第五章圍繞給水處理原理及技術(shù)展開，講解混凝、沉淀、過濾、消毒、膜分離等去除和降解污染物的方法和原理；第六章則圍繞水處理技術(shù)評價與對比，從處理效率、成本、穩(wěn)定性、碳排放等維度構(gòu)建評估框架，并探討了 精準(zhǔn)醫(yī)療 式水處理技術(shù)與人工智能、大數(shù)據(jù)結(jié)合的發(fā)展趨勢及低碳化前景。
水，自生命誕生之初便扮演著不可或缺的角色。它是萬物生長的搖籃，是經(jīng)濟(jì)繁榮的命脈，水的社會循環(huán)量更是與人類文明的興衰、生活品質(zhì)的提升緊密相連。從古老的灌溉農(nóng)業(yè)到現(xiàn)代的工業(yè)文明，從個體的生命維持到區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，水始終是推動社會進(jìn)步的核心動力之一。然而，在工業(yè)化與城市化的浪潮席卷全球、人類活動日益頻繁的當(dāng)下，這份珍貴的自然資源正面臨著巨大的威脅。
水污染的形成是一個復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物過程。通過對各種污染物在水體中的遷移、轉(zhuǎn)化規(guī)律等的系統(tǒng)認(rèn)知，能夠清晰地理解污染物是如何進(jìn)入水體，又是如何在水的介質(zhì)中發(fā)生變化的。例如，有機(jī)物的生物降解過程、化學(xué)物質(zhì)的氧化還原反應(yīng)、沉淀與溶解等，這些原理是制定水污染控制策略的科學(xué)依據(jù)。只有深入掌握了這些原理，才能準(zhǔn)確地把握水污染的本質(zhì)，從而有的放矢地采取相應(yīng)的控制措施。
與此同時，圍繞水質(zhì)與用水需求，諸多亟待解答的問題也成為本書關(guān)注的焦點(diǎn)。何種水質(zhì)能滿足特定功能需求？哪些雜質(zhì)會影響水的健康屬性？從天然水到各類商品飲用水，不同取水方式背后隱藏著怎樣的處理技術(shù)？如何以高效、經(jīng)濟(jì)的手段實(shí)現(xiàn)水質(zhì)達(dá)標(biāo)？這些技術(shù)又會對水資源總量、生產(chǎn)生活成本、社會發(fā)展以及自然生態(tài)產(chǎn)生何種影響？對這些核心問題的深入探討，貫穿于本書始終，力求為讀者構(gòu)建完整的水污染控制知識體系。
本書系統(tǒng)介紹了各種水污染控制技術(shù)，涵蓋了物理、化學(xué)和生物等多個領(lǐng)域。物理處理技術(shù)，如沉淀、過濾、吸附等，采用此類技術(shù)能夠有效地去除水中的懸浮顆粒、膠體物質(zhì)和部分溶解性物質(zhì)；化學(xué)處理技術(shù)，如混凝、氧化、還原等，采用此類技術(shù)可以將水中的污染物轉(zhuǎn)化為無害或易于分離的物質(zhì)；生物處理技術(shù)，則利用微生物的代謝作用，對有機(jī)污染物進(jìn)行降解和轉(zhuǎn)化。此外，本書還介紹了一些新興的水污染控制技術(shù)，如厭氧氨氧化、膜分離技術(shù)等，這些技術(shù)為解決復(fù)雜的水污染問題提供了新的思路和方法。
水污染控制不僅是一項(xiàng)科學(xué)技術(shù)問題，更是一個涉及社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等多個方面的綜合性問題。水處理技術(shù)不斷發(fā)展，樣式繁多，效能各異。不同的處理技術(shù)和工藝不僅意味著不同的水處理能力和水質(zhì)效果，而且意味著差異明顯的構(gòu)建成本和運(yùn)行成本。如何選擇水處理技術(shù)及工藝，是每個水處理用戶面臨的選擇。社會對水處理技術(shù)、設(shè)施與設(shè)備的科學(xué)評估體系存在迫切需求。此外，隨著國家雙碳目標(biāo)的確定，對水污染控制原理和技術(shù)的認(rèn)識提升到一個新的高度。本書梳理了水處理技術(shù)的目標(biāo)體系，把低碳納入水處理的目標(biāo)體系，梳理技術(shù)發(fā)展的內(nèi)在邏輯、經(jīng)濟(jì)動力和發(fā)展脈絡(luò)，嘗試對水污染控制原理和技術(shù)進(jìn)行實(shí)質(zhì)性地評估，引導(dǎo)進(jìn)一步優(yōu)化和改善。
全書共六章，第一章聚焦水質(zhì)與水污染基礎(chǔ)知識；第二章深入剖析污染物成分、危害及水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)學(xué)習(xí)筑牢認(rèn)知根基；第三章整合歸納水處理基本方法、原理和工藝流程，梳理水處理面臨的主要問題，討論水處理中的碳排放特征及控制策略；第四章著重介紹污水處理原理和技術(shù)，對好氧及厭氧生物處理、脫氮除磷過程的機(jī)制、工藝進(jìn)行系統(tǒng)解讀，對比物理處理與化學(xué)處理技術(shù)，清晰闡釋其技術(shù)原理與應(yīng)用場景；第五章圍繞給水處理原理及技術(shù)展開，講解混凝沉淀、過濾、消毒、膜分離等去除和降解污染物的方法和原理；第六章則圍繞水處理技術(shù)評價與對比， 從處理效率、經(jīng)濟(jì)成本、穩(wěn)定性、碳排放等維度構(gòu)建評估框架，并探討了精準(zhǔn)醫(yī)療 式水處理技術(shù)與人工智能、大數(shù)據(jù)結(jié)合的發(fā)展趨勢及低碳化前景。
水污染控制是一項(xiàng)長期而艱巨的任務(wù)，需要全社會的共同努力。希望本書的出版能夠?yàn)閺V大環(huán)保工作者、科研人員、工程技術(shù)人員以及相關(guān)專業(yè)的學(xué)生提供有益的參考和借鑒，為推動我國水污染控制事業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。
本書由山西大學(xué)劉海龍、張立國共同編寫。本書中涉及的相關(guān)研究成果和書稿撰寫工作在山西大學(xué)學(xué)科基礎(chǔ)能力建設(shè)項(xiàng)目資助下完成。
由于編者水平有限，書中疏漏之處在所難免，懇請廣大讀者批評指正。
編者
2025年5月
第一章 水的性質(zhì)1
第一節(jié) 水 1
一、水的功能和性質(zhì) 1
二、水的流動和水循環(huán) 2
第二節(jié) 水與水質(zhì) 3
一、水中的雜質(zhì) 3
二、水質(zhì) 4
三、水質(zhì)的復(fù)雜性 6
第三節(jié) 污染的水 7
一、水污染及其危害 7
二、污水和廢水 8
三、污水資源化利用 8
第二章 水質(zhì)、功能與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)10
第一節(jié) 自然循環(huán)中的水質(zhì)變化 10
第二節(jié) 水質(zhì)對生態(tài)及經(jīng)濟(jì)的影響 11
一、水質(zhì)對生態(tài)的影響 11
二、水質(zhì)對經(jīng)濟(jì)的影響 12
第三節(jié) 水質(zhì)對健康的影響：水中的生物 14
一、概述 14
二、微生物的影響 15
三、生物毒素的影響 18
第四節(jié) 水質(zhì)對健康的影響：物理因素 19
一、濁度 19
二、溫度 20
三、放射性 26
第五節(jié) 水質(zhì)對健康的影響：化學(xué)因素 27
一、pH值 27
二、水中的化學(xué)物質(zhì) 31
第六節(jié) 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) 51
一、水質(zhì)指標(biāo)和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) 51
二、水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)制定原則 52
三、分類和特點(diǎn) 52
四、水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對經(jīng)濟(jì)及社會的影響 57
第三章 水污染及水處理原理59
第一節(jié) 水污染及水處理的實(shí)質(zhì) 59
一、水污染的實(shí)質(zhì) 60
二、水處理的實(shí)質(zhì) 61
第二節(jié) 水污染控制 62
一、水污染防治概述 62
二、污染控制分類 62
三、污染控制方法 64
四、水處理的主要問題 69
五、水處理方法的選擇 71
第三節(jié) 水處理與碳排放 72
一、水處理過程中碳排放的主要來源 72
二、水處理過程中碳排放的影響因素 72
三、水處理過程中碳排放的減排策略 73
四、未來研究展望 73
第四節(jié) 水質(zhì)改善與水處理工藝 74
一、污廢水處理 74
二、給水處理 75
三、水處理技術(shù)發(fā)展趨勢 76
第四章 污水處理原理及技術(shù)77
第一節(jié) 污廢水處理 77
一、污廢水處理的目的 77
二、污廢水處理的一般方法 77
三、污水處理程度 78
第二節(jié) 生物處理概述 78
一、水中的微生物 79
二、活性污泥中的微生物群落及其作用 79
三、生物膜中的微生物群落及其作用 80
四、污水處理的環(huán)境因素 81
五、活性污泥處理對水質(zhì)的影響 82
第三節(jié) 活性污泥法和生物膜法 83
一、好氧活性污泥法的基本特征 83
二、活性污泥法中的微生物 83
三、活性污泥法中污染物的轉(zhuǎn)化 84
四、活性污泥法基本運(yùn)行條件和主要影響因素 84
五、活性污泥動力學(xué) 85
六、脫氮和除磷 87
七、好氧處理法和厭氧處理法 87
八、生物膜法和膜生物法 91
第四節(jié) 生物脫氮和除磷 93
一、概述 93
二、生物脫氮 93
三、生物除磷 101
第五節(jié) 物理化學(xué)處理法 103
一、混凝 104
二、吹脫和汽提 104
三、氧化和催化氧化 104
四、吸附和離子交換 105
五、非生物脫氮 105
第五章 給水處理原理及技術(shù)108
第一節(jié) 飲用水處理 108
一、飲用水 108
二、飲用水水源 109
三、飲用水處理原則 109
四、飲用水處理流程 111
第二節(jié) 混凝沉淀 111
一、水中顆粒物及其水環(huán)境行為 112
二、混凝機(jī)理及其作用 120
第三節(jié) 過濾 130
一、過濾概述 130
二、過濾形式 131
三、過濾的位置 132
四、過濾機(jī)理 132
五、影響過濾的因素 134
六、過濾工藝控制 135
第四節(jié) 消毒 139
一、水中的微生物 140
二、微生物的雙重角色 140
三、微生物在飲用水處理工藝中的命運(yùn) 141
四、消毒概述 143
五、常用消毒技術(shù)及機(jī)理 145
六、消毒副產(chǎn)物的控制 153
第五節(jié) 水質(zhì)深度加工 157
一、膜分離 157
二、礦化、軟化和脫鹽 165
三、熱處理 167
第六章 水處理技術(shù)評價與對比169
第一節(jié) 水處理技術(shù)評價 169
一、水處理技術(shù)評價的必要性 169
二、水處理評價的內(nèi)容 169
三、解決問題的思路和方法 170
四、水處理技術(shù)評估體系構(gòu)建步驟 170
第二節(jié) 對比和篩選 170
一、處理效率 171
二、經(jīng)濟(jì)成本 172
三、穩(wěn)定性 173
四、碳排放 173
第三節(jié) 水處理技術(shù)展望 174
一、精準(zhǔn)醫(yī)療的水處理技術(shù) 174
二、精準(zhǔn)醫(yī)療水處理技術(shù)與當(dāng)代科技的結(jié)合 176
三、精準(zhǔn)醫(yī)療水處理技術(shù)前景 177
參考文獻(xiàn)179
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