【文章內容簡介】 有關由結構，機器，系統(tǒng)和人類的活動引起的污染的一個工程分支。文明的發(fā)展已經引起許多地球生態(tài)系統(tǒng)的紊亂，造成空氣，陸地和水的污染。環(huán)境工程師的責任不僅在于設計系統(tǒng)以緩和這一污染， 而且還需要教育人們保護他們周圍的環(huán)境免受其他污染。環(huán)境工程的實踐被劃分為以下各種不同層次。 水質處理。在許多情況下，河流，湖泊和海洋已經被由住宅，商業(yè)，和工業(yè)源點排放的液態(tài)廢料污染。這些水體許多已經由于20世紀70年代的一次運動被開墾裝配上新的廢水處理設備并且一些舊的設備也得到了改良，可以采用物理化學和生物學方法從液態(tài)廢水中除去污染物。有機物使河流和湖泊中的氧氣耗盡，并因此導致魚類的死亡和有毒的臭氣。 物理化學和生物學工序可以取去大量的有機物，連同來自廢棄河流上漂浮的浮渣和滑脂。化學消毒可以使廢棄河流中的細菌，病毒和原生生物鈍化。物理化學方法用于除去廢棄河川中的固體化學物，所用的方法有過篩，砂和砂礫分離，化學凝結和單純沉淀。生物學方法有加菌濾渣，接觸塔和生物圈。 這些處理方法應用到住宅，商業(yè)和工業(yè)廢水上，已經降低了許多河流，湖泊和海洋的污染程度。然而，大部分地區(qū)存在著清理不完全的情況。在許多其他地區(qū)的暴風雨期間發(fā)生未經處理的衛(wèi)生廢污和大量廢水的無限制排放。這些排放物來源于攜帶衛(wèi)生廢污和大量垃圾的管道。在暴風雨期間，陸地上的雜質混合著管道里的衛(wèi)生廢污，并且廢水量超過了管道的承載量；在它能到達廢水處理設備前，這一混合物的部分就流了最近的水體。通常，建造一整套全新的分開衛(wèi)生廢污的管道價格太昂貴。但是，一些都市，像芝加哥，已經開始采用建造一個能在暴風雨期間儲存大量流量的深地下隧道，廢水可以合理的速率進出處理設備的系統(tǒng)來解決這一問題。 在那些廢水一定會進入湖泊和干的河川的地方，必須采用更高水平的處理措施，包括營養(yǎng)物和膠質物的除去。物理化學和生物學處理方法被用于廢水的處理。此外，在生物方法處理后，化學制品被用于營養(yǎng)物的沉淀，和緊接著固體殘留物的凝結和過濾。在一些情況下，粒狀的活性碳或膜被用于廢棄河川的附加凈化。因為任何可見的污染對水域的形狀產生的破壞,所以這種更高水平的處理是可取的。此外，這種處理還可以對水域上由營養(yǎng)物磷和氮引起的潛在的富營養(yǎng)化效應起防止作用。 對于有廢水排放而下游又用于飲用水源的河流，需要特別注意的不僅有廢污中有機物的排除，還有使微生物鈍化進行的消毒程序。還需要關心的是來自工業(yè)生產的有機化學污染物或者沿河農田使用的殺蟲劑和除草劑污染的河川 世界上比較普遍的是對排入河川的廢水進行間接的重復利用。同時，只要排放物經過適當?shù)奶幚?，并且有機化學污染物被消除，也是可以被接受的。比較不可接受的是直接重復使用廢水作飲用的用途，甚至是在高度處理之后。最關心的則是疾病爆發(fā)的可能性。但是，一些國家，像以色列，出于需要做試驗，在物理化學處理前通過在成熟作用的地沼中長時間儲存廢水來重復使用。重復使用廢水，緊接著進行可取的處理，再用于農作物的灌溉和為高爾夫課程澆水，這種方法已經變得相當普遍和可接受，尤其是在干燥性氣候下。此外，某些特定地區(qū)如那不勒斯，佛羅里達和歐文，加州, 已經裝配雙重的水系，一方面處理過的廢水用于戶外住宅，商業(yè)，以及消防用水等用途，另一方面保留高質量的水用于潛在的需要。在其他的情況，大型工業(yè)產業(yè)直接從河川中取水用于工業(yè)上的冷卻。 廢水固體物質處理。從廢水中通過物理化學和生物學方法分離出來的有機和無機的固體必須進行脫水,采用生物和化學方法使之穩(wěn)定,并且需掩埋在受約束的垃圾場,焚燒或者堆制成肥料。有些固體不一定要脫水，而是能直接應用到陸地的一些環(huán)境，接著是生物穩(wěn)定過程。可以舉出很多這樣的例子，如在密爾瓦基，威斯康辛州，固體被加工作肥料。 不幸的是，在世界的許多地方，包括美國的東海岸，固體廢物既不是再生作陸地也不是焚燒作能源，而是用船或者管道運送到大海再直接向海水中傾卸。我們希望這種做法會被廢止，而焚化作能量供應以及堆制成肥重復利用于土地將會代替海洋傾卸處理。在固體廢物堆肥的地方，有毒的和重金屬必須在源點被除去。 處理廢水中的固體廢物的方法有擠壓，皮帶，離心分離機以及流化床火爐脫水。已經受到相當注意的另外一種方法是容器堆肥。 垃圾處理。在陸地上的廢物和垃圾的不加選擇的傾卸已經引起嚴重的污染問題。垃圾處理可以控制在一個設計和操作很好的垃圾掩埋場，而且這可能是特定的小社區(qū)的一個適當方法。然而，在中型和大型社區(qū)用于垃圾處理的土地正在嚴重縮減，而且垃圾堆肥在陸地上的重復使用可能已經被限制應用。對大多數(shù)社區(qū)適當?shù)南到y(tǒng)似乎是垃圾的焚化，通過燃燒有機材料來回收能量。來自熱反應堆以及廢水處理廠焚燒固體廢物的火爐的空氣發(fā)生發(fā)射系統(tǒng)必須設計成能防止化學品和微粒子空氣污染。這些空氣發(fā)射系統(tǒng)包括靜電沉淀和加力燃燒室。 有害廢物處理。不幸的是，由于來自工業(yè)和商業(yè)活動以及公眾代辦站的長期非法傾卸和洗滌，鄉(xiāng)間和地下水已經變得混亂并且被污染。來自傾卸處理地的廢物儲存容器的去除必然地是個很慢的方法，并且一個經核準的處理基地必須存在并發(fā)展。被污染的土壤和地下水的凈化是個更慢的方法，凈化工藝必須被設計并實行。例如，被有機化學物污染的水應慢慢從蓄水層中抽取，然后通過空氣脫膜或粒狀活性碳吸附作用除去污染物。經凈化后的水再回注入蓄水層，這個工程則需要數(shù)年才能完成。在一些情況下，這可能是不便的，因為這對那些必須使用這些地下水作飲用供給的社區(qū)，會造成健康危害。 空氣污染控制。柴油驅動的卡車和不受限制的汽油機使環(huán)境中廢煙增加，工業(yè)煙囪則帶來污染。在美國，1987年環(huán)境保護組織出版的統(tǒng)計表顯示，每年有 磅（ 公斤）的有毒化學品被釋放到空氣中，當一億人居住的時候，其他的空氣污染物主要來自于汽車，超過聯(lián)邦標準。像洛杉機這樣的大城市的地方煙霧則由各社區(qū)的活動引起。在美國中西部由工業(yè)煙囪排放的廢氣引起的酸雨降落在了東北部和加拿大的森林和湖泊上。 雖然已經做了很多空氣凈化的嘗試，但是解決的行動還是受到很大的限制。工藝學上可用于除去空氣中的顆粒物質和化學污染物的方法是可用的（例如多樣性火爐，流化床反應堆以及究竟久經考驗的空氣發(fā)射技術），但是代價昂貴，并且過程緩慢。 飲用管理。安全高質量的飲用水的可用性是現(xiàn)代文明中一個重要的要素。 源點。通過撤回來自河川的飲用水的間接廢水利用是一個可行并且經濟的供給社區(qū)飲用水的方法，特別是在濱水地區(qū)。水必須經過消毒處理以使微生物污染物鈍化，還必須進行物理化學處理以除去有機和無機污染物。 其他的飲用水源是自然湖泊和水庫。它們往往優(yōu)于河水，并且它們可作多重用途，如給排水和水力電氣的動力。這些湖泊的部分區(qū)域的受限制的娛樂使用是很尋常的。 地下的蓄水層是一個飲水的通常源點，并且其質量相當高，除了那些化學污染已經發(fā)生的地方。在世界的一些地區(qū)，蓄水層能被開墾的地表水回灌。 在世界許多地區(qū)的一個嚴重的問題是在低降水和降雪期間純凈飲水的短缺。一場大規(guī)模旱災發(fā)生在1989年美國東海岸的春天。在旱災中出現(xiàn)水資源短缺的兩個原因是：許多飲水供給系統(tǒng)沒有能計劃充分以應對旱災；相對低的水價使大量水被浪費。 質量。必須審慎選擇最純凈的水用于飲水，如地下水，泉水，或高地湖泊，然后對其源點進行強制性保護。預防地下水的化學污染是極其重要的，其可以通過明智的控制地表水沿岸的使用來實現(xiàn)。湖泊能被用于娛樂及水源。然而如此的混合應用需要作很好的計劃。 供給水的凈化與分水嶺的規(guī)劃和控制一樣重要。在源點質量相當好的地方，化學消毒，凝結，過濾就足夠了。如果水是來自含泥量多并遭受有機物污染的河川供給，則需要額外的處理措施。在20世紀80年代，凈水工藝有了大幅的進步。臭氧已經成為一種消毒劑的選擇，因為它是對細菌，病毒和原生動物消毒的最有效的消毒劑，并且它不像氯，當水中存在有機物質的時候，它不會形成致癌副產物。經濟內嵌或直接的過濾可以用于凈化許多高地供給。和臭氧結合，這種方法對許多未過濾水供給是能適用的。粒狀的活性碳可以除去水中產生味道和氣味的物質，并且能吸收有害的有機化學物質。 對自來水污染最后的屏障是配水系統(tǒng)的小心管理?；瘜W制品能被添加到已凈化水中以抵消系統(tǒng)的腐蝕狀態(tài)，如此可大大減少鉛管系統(tǒng)接合處對鉛的濾去量。而且水管能填塞水泥砂漿并保持奔流以預防臟水。 其他方面。環(huán)境工程學可以用于區(qū)域性問題的解決。變得富營養(yǎng)化和藻類繁盛的池塘和湖泊不能被用于娛樂，并且這水如果被用于飲用可能是有害的。海港處水的無差別的處理和隨之發(fā)生的海灘污染能通過適當?shù)囊?guī)則和強制執(zhí)行來預防。最后，還必須發(fā)展對景觀地廢物的最佳處理方法。 第六課：取暖，通風，和空調取暖，通風，和空調系統(tǒng)是環(huán)境工程的主要方面，就最新的概念而言，他包括建筑工程的所有方面：比如說給排水工程，隔音工程及室內布置工程。環(huán)境工程的概念就標志著建筑的所有因素都有著內在的聯(lián)系。取暖可由照明設備提供，舉個例子：管道是影響空調系統(tǒng)的重要因素，同時，它也能影響結構的設計。雖然目前有條文對建筑的種種限制，但是這個科目還是被延伸到交通工具中，如：大客車，飛機，輪船，航天器和潛艇。這些都有著很高的特殊要求。取暖，通風，和空調系統(tǒng)在目前的背景下，將被定義為控制一個封閉空間的環(huán)境這一普遍的關系。除了使人安逸的設備外，許多工業(yè)進程都依賴著一個穩(wěn)定的大氣層，如此以來，工程的分支則覆蓋了一個相當大的應用范圍。取暖系統(tǒng)涉及到提高溫度以達到高溫環(huán)境。通風系統(tǒng)則涉及到提供新鮮空氣和抽出那些被污染或含有雜質的空氣?？照{系統(tǒng)則包括了取暖和通風系統(tǒng)的功能，而且還增加了降溫功能，調節(jié)濕度和潔凈空氣，過濾灰塵，細菌和空氣中的雜質。在歷史上，人們生火在自己周圍取暖是最容易做到的，而且無疑的是木材是最初的燃料。首先在洞穴中，由石器時代遺留下來的爐邊可以說明，后來就在泥土或是草地上生火。發(fā)現(xiàn)木炭可以由木材制得，而且是一種無煙的燃料，這被看作在適當?shù)牡胤降囊粋€簡單的進步，那些地方僅僅需要適度取暖，如中國，日本，以及地中海沿岸。另外一個進展就是氣孔和煙窗的出現(xiàn)。首先是在屋頂中央開個簡單的孔，而后來則連著壁爐，這種發(fā)明源于歐洲13世紀。煙和汽水將不再蔓延于生活空間?；馉t在公元前600年在中國出現(xiàn)并使用。它比壁爐更節(jié)省熱量?；馉t從俄羅斯傳到德國和歐洲的大部分國家。及到今天它還在被使用，而且還是一家人的焦點地方?；馉t有橫過大西洋進入美國，在那里，但其先行者卻是那些傳統(tǒng)的大腹便便的火爐。將近于18世紀末期。計算rumford。他的目的是在使用耐火粘土團和使用罩蓋時提高明火的使用效率。這兩項設計減少了總的輻射熱量。由于他的想法并沒有被接受，而導致嚴重的燃料浪費持續(xù)至今。在燒火加熱的同時對外部空間加熱，這在現(xiàn)在被描敘為中央取暖系統(tǒng)，由希臘Lacedae monians發(fā)明，并且第一個使用到加熱樓板中。在城市Ephesus中的大神殿被認為使用褐煤作為燃料，將暖氣通過氣孔導入地板中。雖然希臘人認識到集中取暖的優(yōu)點，但是羅馬人才稱得上古代最偉大的供暖技師。他們發(fā)明了獨特的火坑供暖系統(tǒng)。地板提升了底座，熱氣從熔爐中被導入地板下面空間。暖氣通過埋在墻里的中空的赤陶導管。這一系統(tǒng)在整個歐洲都可以找到，可見當時羅馬文化的繁榮。在意大利，火坑供暖裝置僅僅應用于浴室內。在涼爽的地方如英國，則不僅僅應用于浴室，也用于起居室，和有時需要取暖的一些房間里。如此科學技術的發(fā)展和精煉隨著羅馬帝國的衰弱和城市的毀滅而終止。那些黑暗時期似乎又回到了原始生活。城堡和住宅使用那些如同原始人類一樣粗糙地取暖，在通風良好的大廳的石板上用原木燃燒取暖。依舊用龐大而沉重的獸皮保暖，這樣持續(xù)了1500年后，舒適的羅馬的火坑供暖系統(tǒng)被重新發(fā)現(xiàn)并用于現(xiàn)代城市。在18世紀和19世紀初的工業(yè)革命出現(xiàn)了以蒸汽機作動力。這也提供了新的取暖方法。最初用于工廠和磨坊。蒸汽在導管中輸送被大規(guī)模用于取暖而不僅限于工業(yè)需求，還可以為學校，教堂，法院，議會大廳，甚至家庭和園藝的溫室提供暖氣。蒸汽表面非常燙，導致在空中有烘烤似的作用，常常伴有燃燒殘骸一般的異味，而用熱水的優(yōu)點在于有一個比較低的表面溫度和比蒸汽更溫和一般的影響。它在1830年被接受。第一套熱水取暖系統(tǒng)安裝在倫敦的新西大教堂醫(yī)院，用這種方式取暖時，熱水在低壓下能不斷地流向主要的地方。它利用散熱器，對流暖爐，插入地板及天花板的取暖系統(tǒng)，用扇子將暖氣分配到不同的地方的方法。在1831年，英格蘭人Jocob Perkins獲得高壓熱水系統(tǒng)的革新方法的專利權。這種系統(tǒng)就是通過一個卷成圈的連續(xù)循環(huán)的堅固導管接收從暖氣爐的熱量，運輸