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20.1.2: 水处理

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    最致命的水污染形式是导致水传播疾病的致病微生物，在2017年造成4.85亿人死亡（主要在发展中国家）。 解决这个问题的最佳策略是适当的污水（废水）处理。 未经处理的污水不仅是致病性疾病的主要原因，也是其他污染物的主要来源，包括需要氧气的废物、过多的营养物质和有毒的重金属。 废水处理在城市地区的污水处理厂进行，在农村地区则通过化粪池系统进行。

    大约80％的美国家庭产生的废物被收集在下水道系统中。 美国每天处理约340亿加仑的废水（其中99.9％是水）。 2004年，环境保护署（EPA）的一份报告估计，有8,600亿加仑未经处理的废水（未经处理的污水）流入河流、溪流和海洋，主要来自综合污水处理系统（见水污染物及其来源）。 截至2020年，EPA已经评估了将近96％的造成废水溢流的系统，并通过民事申诉、执法令或许可要求解决了这些问题。 但是，美国环保局估计，在2017年，仍有40,000起或更多的废水溢出事件，这些事件将未经处理的污水释放到水体中。

    为了减少水污染问题，单独的下水道系统（街道径流流向河流，只有废水流入污水处理厂）比组合式下水道系统要好得多，后者在大雨时会溢出未经处理的污水并释放到地表水中。 一些城市，例如伊利诺伊州的芝加哥，已经建造了大型的地下洞穴，还使用废弃的采石场来容纳雨水道溢出。 雨停后，储存的水进入污水处理厂进行处理。

    废水处理

    正确引导到污水处理厂的污水要经过几个步骤：预处理、初级处理、三级处理以及消毒和排放（图\(\PageIndex{a}\)）。 预处理包括筛选和清除沙子和砾石。 主要处理包括沉降或浮选以去除有机固体、脂肪和油脂。 未经处理的污水中未溶解的固体从悬浮液中沉淀出来，形成污泥。 这种初级处理只能去除三分之一的生物需氧量（BOD），几乎不去除任何溶解的矿物质。 由于消化后的污泥经常受到来自工业废物的有毒化学物质的污染，使用消化的污泥作为肥料的尝试受到阻碍。

    污水流经污水处理厂每个步骤的流量
    图\(\PageIndex{a}\)：污水处理厂的步骤。 传统污水处理厂的众多处理步骤包括预处理（筛选和清除沙子和砾石）、初级处理（沉降或浮选以去除有机固体、脂肪和油脂）、二次处理（有机固体的好氧细菌分解）、三级处理（细菌分解营养物质和过滤），消毒（化学或紫外线处理以杀死细菌），以及排放到地表水或重复使用。 此处仅显示预处理、初级处理、二次处理和污泥消化。 污水最初进入预处理，但有些污水可能会因为溢出而逸出。 筛选会清除较大的组件，这些成分会进入垃圾桶。 在初级处理过程中，添加空气，去除顶层（浮渣），并去除污泥（沉淀到底部的固体）。 二次处理需要进一步曝气，为分解液体中有机成分的有氧细菌提供氧气。 更多污泥被清除。 在初级和二级处理过程中移除的污泥经过污泥消化。 这涉及干燥、干燥的污泥处理和甲烷产生。 图片由 Leonard G.（CC-BY-SA）提供。

    接下来，污水中的有机固体在二次处理中被好氧（需要氧气）的细菌分解。 在这里，污水与氧气接触。 有氧微生物将大部分有机物分解成无害物质，例如二氧化碳。 初级和二级治疗一起可以去除多达90％的BOD。 经过氯化以去除其中的细菌含量，二次处理产生的废水将返回当地的地表水。

    初级和二级处理（污泥）过程中产生的浓缩有机固体通过多种方式进行处理，包括垃圾填埋场处置、焚烧、用作肥料和厌氧细菌分解，后者是在没有氧气的情况下进行的。 污泥的厌氧分解会产生甲烷气体，甲烷气体可用作能源。

    尽管初级和二级处理相结合可以去除污水中的大部分有机物，从而降低BOD，但污水中的大部分氮和磷仍留在污水（污水的液体部分）中。 在三级处理中，使用细菌去除剩余的营养物质，然后进行过滤。 此外，有几种技术可以从污水废水中去除溶解的盐，但都相当昂贵。

    在消毒过程中，进一步的处理包括使用氯、臭氧、紫外线或漂白剂消毒，以杀死大多数微生物。 最后，经过处理的水被排放到地表水（通常是当地河流）或重复用于其他目的，例如灌溉、栖息地保护和人工地下水补给

    化粪池系统

    化粪池系统是一种适用于典型农村地区家庭的个人污水处理系统。 化粪池系统的基本组成部分（图\(\PageIndex{b}\)）包括房屋的下水道管线（入口）、化粪池和排水区。 化粪池是一个大型容器，污泥沉淀到底部，微生物在那里厌氧分解有机固体。 排水场是一个由穿孔管道组成的网络，澄清后的水渗入土壤中，然后被细菌进一步净化。 如果化粪池出现故障，就会出现水污染问题，这通常发生在系统在错误类型的土壤中或维护不善时。

    化粪池系统概述和化粪池内部部分
    图\(\PageIndex{b}\)：用于污水处理的化粪池系统。 入口将下水道输送到化粪池（顶部）。 在化粪池内（底部），污泥沉降到液体废水的底部。 厌氧细菌消化污泥。 浮渣漂浮在污水的顶部，其上方的空气被称为顶空。 两个检查口延伸到化粪池上方，化粪池埋在地下。 也可以通过沙井进入。 污水离开排水口进入排水区，排水场里有管道（支管），里面有小孔。 污水被释放出来，可以渗透到地下并被细菌进一步净化。 图片由美国地质调查局提供（公共领域）。

    在全球范围内解决水处理问题

    对于许多发展中国家来说，需要财政援助来建造足够的废水处理设施。 世界卫生组织估计，在清洁饮用水供应和卫生设施上每投资1美元，估计至少可以节省5美元的成本。 节省的成本来自医疗保健储蓄、工作和学校生产率的提高以及死亡的预防。 在家中处理水的简单而廉价的技术包括氯化、过滤器和太阳能消毒。 另一种选择是使用人工湿地技术（为处理受污染的水而建造的沼泽），这种技术比传统的污水处理厂更简单、更便宜。

    归因

    由 Melissa Ha 从以下来源修改：