ENVIRONMENTAL POLLUTION AND CONTROL

本书为英文环境科学著作《ENVIRONMENTAL POLLUTION AND CONTROL》，据文件名出版年为1975年。本次OCR前20页包括目录、第一章“Environmental Pollution”全文、第二章“Water Pollution”大部分内容，但未包含书名页、版权页、前言及作者署名信息，因此出版者、版次、作者等版本与责任者信息尚待后续页面补充。

从目录看，全书共十七章，依次为：1. Environmental Pollution；2. Water Pollution；3. Measurement of Water Quality；4. Water Supply and Treatment；5. Wastewater Treatment；6. Water Law and Standards；7. Solid Waste；8. Solid Waste Management；9. Air Pollution；10. Meteorology and Air Quality；11. Measurement of Air Quality；12. Air Pollution Control；13. Regulatory Aspects of Air Pollution；14. Noise Pollution；15. Noise Measurement and Control；16. Evaluation of Environmental Impact；17. The Environmental Ethic；书末附Glossary and Abbreviations。全书结构覆盖水污染、水质测量、供水与处理、废水处理、水法与标准、固体废物、固体废物管理、空气污染、气象与空气质量、空气质量测量、空气污染控制、空气污染法规、噪声污染、噪声测量与控制、环境影响评价和环境伦理等，体系完整，属于环境工程与环境科学导论性教材。

第一章“Environmental Pollution”从阿波罗飞行照片说明地球是有限球体、资源有限谈起，提出过去十年形成新的哲学力量“环境伦理”，质疑增长和扩张神圣性、开发资源自由等既定规则；指出环境伦理与环境染控制科学紧密相连，只有定义、分析并解决废物产生问题，伦理才能转化为建设性行动。该章讨论“什么是环境污染”，引用1869年马萨诸塞州卫生委员会决议，指出污染控制理想已逾百年，但完全消除污染实际上要求消除现代文明，因此污染定义必须更现实；接着列举生态学家、工程师、工程师联合委员会、世界卫生组织等不同定义，说明污染可从生态平衡、人类福利、有益用途干扰、经济成本等角度界定，并评论各种定义的理由与局限，指出并非所有人对环境污染看法一致，短期和长期影响也未必有共识。该章还讨论“环境污染的根源”，从早期人类全部时间用于生存，到农业和狩猎发展后出现专业化、人口和人均消费增长，16世纪以前饥荒和瘟疫限制人口，工业革命和现代医学后世界人口急剧上升，地球拥挤，所有人消费资源并产生废物，废物必须以某种形式返回地球，常常破坏或改变生态；指出人口过剩并非唯一危险，经济发达国家近几十年来制造和自然资源消费大增，许多国家污染问题主要是过度消费，人口增长只占自然资源使用增加（及相关污染）的约十分之一；消费螺旋似乎没有尽头，除非资源耗尽，一个解决办法是大幅改变消费习惯，在自然资源使用没有税收（某些资源使用甚至有奖励，如石油耗竭补贴）的情况下，教育消费者是合理替代，但这与人性相悖，前景不佳；结论是环境污染问题根源在于人口巨大增长，伴随人均原材料消费更大幅度增加，必须立即控制人口增长，努力限制消费或开发更好的资源循环手段，希望世界人民早日接受环境伦理。章末附Problems（含“eco-pornography”广告设计、垃圾 Benefit/Cost 比计算、污染定义讨论、同义词列举等）和Suggested Reading（Ehrlich《The Population Bomb》、Johnson《No Deposit—No Return》、Dubos《Man Adapting》、McGauhey《Engineering Management of Water Quality》、Turk等《Ecology Pollution Environment》、Detwyler《Man's Impact on Environment》、Smith等《Our Ecological Crisis》、Meadows等《The Limits to Growth》、Miller《Living in the Environment》、Turk等《Ecosystems. Energy Population》等）。

第二章“Water Pollution”从十九世纪中叶以前人们尚未认识病原体可经污染水传播谈起，讲述伦敦宽街水泵手柄事件：公共卫生工作者John Snow发现霍乱病例集中在宽街公共水泵饮水者中，而邻近啤酒厂工人未患病，因啤酒厂用私井水；Snow无法说服上级禁用明显污染的水源，便直接移除水泵手柄，阻止人们使用该水，传染源被切断，疫情消退，与水供应相关的公共卫生意识新时代开始。该章指出直到最近，水污染关注主要是健康影响，许多国家仍然如此；在美国等发达国家，水处理和分配方法大体上已根除细菌性水媒疾病传播，现在人们从保护、美学、自然美和资源保存角度看待水污染，人类对水有莫名亲和力，湖泊河流海洋污浊本质上不可接受。该章讨论水污染来源：美国有4万多家用水工厂，工业废物可能是最大的单一水污染问题；工业有机废物在现有处理水平下，污染潜力相当于全美人口未经处理的原污水；多数有机废物至少可处理，无机工业废物更难控制、潜在更危险，电镀厂铬是旧问题，汞排放最近才受到应有注意；许多科学家更担心未知化学品，工业每年创造大量新化学品，最终进入水体，多数连化学式都不清楚，更不用说急性、慢性或遗传毒性；另一工业废物是热，热排放可大幅改变溪流或湖泊生态，有时被称为有益（如更好钓鱼或无冰码头），但有害效应包括降低溶解氧溶解度、增加代谢活动，溶解氧对健康水生群落至关重要，水越暖越难溶氧，同时好氧水生物种代谢活动增加，需氧更多，因此绝大多数因缺氧死鱼发生在夏季。城市废物是仅次于工业废物的水污染源；世纪之交多数城市排放未经处理，美国2400万人的污水直接排入水道，此后人口增加，城市排放贡献也增加，估计目前城市排放的人口当量约1亿；即使花费数十亿美元建污水处理厂，城市污染贡献仍在上升，似乎在控制城市排放方面落后而不是进步。一个问题是美国东海岸老城市的下水道系统，最初工程师认为雨水和卫生废物都需要下水道，且都流入同一河流或湖泊，因此建“合流制下水道”；随着人口增加，卫生废物处理需要明显，又建两套系统，一运雨水，一运卫生废物，称“分流制下水道”；几乎所有合流制城市都建了处理厂处理“旱季流量”，即卫生废物，只要不下雨就能提供足够处理，但下雨时流量增至旱季流量许多倍，大部分必须直接旁流入河湖，溢流含污水和雨水，污染能力强；所有捕获 excess flow 后续处理的尝试（如地下洞穴和橡胶气囊储存）都很贵，替代方案分流下水道估计美国主要城市需600亿美元。除工业和城市废物外，水污染还来自许多其他源：农业废物若全部流入溪流，人口当量约20亿，所幸很少到达溪流，但随着饲养场规模和数量增加问题加剧；饲养场是为屠宰前催肥牛而建的牛栏，通常靠近屠宰场（因此靠近城市），大量动物挤在小空间，径流污染强度极高；土地侵蚀沉积物也可归类为污染物，主要由农业、建筑或采矿冲入溪流的无机物组成，有害影响包括覆盖砾石床干扰鱼产卵、干扰光透射使食物更难找、直接损害鳃结构，长期看沉积物可能是最有害污染物之一；石油化合物污染关注相对较新，很大程度上始于1967年Torrey Canyon灾难，巨轮满载原油无视显示水下礁石的地图，撞上英吉利海峡礁石，油开始渗出，英法都关切，救援失败，皇家空军试图点燃收效甚微，几乎全部石油最终泄漏并溅到英法海滩，法国开始弯腰撒稻草让稻草吸附石油，然后收集烧掉浸油稻草，英国更 sophisticated，用洗涤剂分散石油然后冲掉乳液，时间证明法国方法最好，因为英国洗涤剂现在表明对沿海生态潜在危害比石油更大；虽然Torrey Canyon是第一次大泄漏，但之前之后许多较小泄漏，估计美国每年不少于1万次严重石油泄漏，此外 routine operations 如冲洗油轮贡献可能超过所有泄漏；石油对鸟、鱼、微生物的急性效应记录较清楚，不太了解且潜在更有害的是对水生生物的微妙影响，例如鲑鱼已知靠水特定气味（或味道）找到家乡溪流，很大程度由存在的烃类造成，如果人继续（ albeit unintentionally）向鲑鱼河流倾倒烃类，鲑鱼可能困惑到拒绝进入产卵溪流；另一工业污染形式是酸性矿山排水，由旧废弃矿山（及一些活跃矿山）含硫水浸出造成，接触空气后氧化成硫酸，对所有生物是致命毒物；因此水可被许多类型废物污染（变得不可用？）。除重金属和难降解有机物等有毒物质直接效应外，污染最严重效应是溶解（游离）氧耗尽，所有较高级水生生物只在有氧时存在，多数理想微生物生命也需氧，一般所有天然溪流湖泊都是好氧的（含溶解氧），如果水道变成厌氧的（无氧），整个生态改变，使水不愉快或不安全。与影响溶解氧水平的污染物有关的问题，若不理解生物降解概念（生命总能量转移系统一部分）就无法领会。该章接着讨论生物降解：植物生长或光合作用可表示为CO₂+H₂O（阳光、养分）→HCOH+O₂，甲醛（HCOH）和氧从二氧化碳和水产生，阳光是能源，若甲醛和氧结合点燃会爆炸，爆炸释放的能量储存在甲醛碳氢氧键中；植物一般用无机化学品作养分，以阳光为能源构建高能分子，动物吃这些高能分子，消化过程中部分能量释放供动物使用，释放相当快，消化最终产物（排泄物）由部分稳定化合物组成，这些化合物成为其他生物食物，进一步降解但速度较慢，经过几步后形成很低能量化合物，微生物不能再作食物，植物然后用这些化合物构建更多高能分子，过程重新开始；重要是要认识到许多造成水污染的有机物以高能量水平进入水道，正是生物降解或链式生物逐渐使用这些能量造成许多水污染问题。该章讨论好氧和厌氧分解：分解或生物降解可两种截然不同方式，好氧（用游离氧）或厌氧（无游离氧）；好氧分解基本方程 Complex Organics+O₂→CO₂+H₂O+Stable Products，二氧化碳和水总是好氧分解最终产物，都稳定、低能量，被植物光合作用使用；若涉及硫化合物，最稳定最终产物是SO₄²⁻硫酸根离子，磷最终成PO₄³⁻正磷酸盐，氮经过一系列越来越稳定化合物，最终成硝酸盐，进程为 Organic Nitrogen→NH₃（氨）→NO₂⁻（亚硝酸盐）→NO₃⁻（硝酸盐），由于这种明显进程，氮过去并在某种程度上仍被用作污染指标；图2.2示意碳、硫、氮好氧循环，只说明基本事实，大大简化实际步骤和机制。第二种生物降解是厌氧，由完全不同的微生物进行，氧对它们实际上有毒，厌氧分解基本方程 Complex Organics→CO₂+CH₄+其他部分稳定化合物，注意许多最终产物生物不稳定，例如CH₄甲烷是高能气体，俗称沼气，物理稳定但仍能生物分解，氮化合物只稳定到氨NH₃，硫最终成恶臭硫化氢H₂S气体；图2.3示意厌氧分解，注意循环左半部分植物光合作用与图2.2好氧循环相同。生物学家常说各种化合物作为“氢受体”，从高能有机分子撕下的氢原子必须附着到各种化合物，好氧分解中氧起此作用，称氢受体，接受氢原子形成水；厌氧分解无游离氧，下一个 preferred 氢受体是氮，形成氨NH₃，若无游离氧，氨不能转化为亚硝酸盐或硝酸盐，若无氮，下一个 preferred 氢受体是硫，形成硫化氢H₂S，造成臭鸡蛋味的化学物质。该章讨论污染对溪流的影响：高能有机物如原污水排入溪流，排放点下游发生许多变化，有机物分解时氧使用速率比污染前大，溶解氧（D.O.）水平下降，复氧或从空气溶氧速率也增加，但常不足以防止溪流氧完全耗尽，发生时溪流称厌氧；但D.O.常不降到零，溪流恢复而未经厌氧期；两种情况图2.4描绘，D.O.下降称“氧下垂曲线”。某种废物对溪流氧水平的影响可数学估计，基本假设是溪流任一点氧平衡，水平由a）微生物用多少氧，b）复氧向水供多少氧决定；氧使用速率估计为 Rate of O₂ use = k₁(L-y)，L=分解有机物所需总氧mg/l（即BOD生化需氧量），y=任一时间t已用氧量mg/l，k₁=脱氧常数，特定废物假定恒定，day⁻¹；注意有机物料多（L大）且用氧少（y小）时氧使用速率增加，有机物分解后（L-y）越来越小，氧使用速率下降。复氧或复氧速率表示为 Rate of O₂ supply = k₂D，D=t时溶解氧亏缺，即饱和（水中最大可能D.O.）与实际D.O.之差mg/l，k₂=复氧常数，假定某段溪流恒定，取决于流速、深度等，day⁻¹；注意亏缺增加，供氧速率也增加，可把这关系想成任何其他驱动力对需要的影响，例如越饿越认真找食物，同样D.O.越少、亏缺D越大，再供应速率越高。氧下垂曲线形状如图2.4，是氧使用速率和供应速率相加结果，若使用速率大，如污染后紧接着河段，D.O.水平下降，因为供应速率跟不上；氧使用速率下降（高能易分解有机物减少）且氧饱和水平与实际D.O.之差（亏缺）大时，供应开始跟上使用，D.O.再次达到饱和水平。D.O.下垂曲线形状可数学描述，将氧使用和氧供应方程相加（两动作同时进行）并积分得 D = k₁L/(k₂-k₁)(e^{-k₁t}-e^{-k₂t})+D_a e^{-k₂t}，D_a为污染点氧亏缺。例2.1：大溪流复氧常数k₂=0.4/day，流速5英里/小时，污染排放点水饱和氧10 mg/l，水与废水混合物需氧量20 mg/l，脱氧常数0.2/day，问下游30英里D.O.水平？流速5英里/小时，30英里需6小时，t=6/24=1/4天，D_a=0因溪流饱和，D=(0.2)(20)/(0.4-0.2)(e^{-0.2(0.25)}-e^{-0.4(0.25)})=20(e^{-0.05}-e^{-0.1})=1.0 mg/l，D.O.=饱和水平减亏缺=10-1.0=9.0 mg/l。氧使用速率超过供氧速率时，溪流可能厌氧，厌氧溪流容易识别，氧不再作为氢受体，形成氨和硫化氢等气体，有些气体易溶，另一些附着在黑固体块（底栖沉积物或污泥）上成气泡，使物质浮到表面，厌氧溪流因此以漂浮污泥固体和气泡形成识别，此外H₂S散发会在相当距离宣告厌氧条件，另两个迹象是水色一般黑色，以及长丝状真菌生长附着岩石、优雅地向下游挥动黏滑飘带。可以逻辑假设这种外观变化也可用水生生物效应描述，确实，严重污染点下游物种类型和数量剧变，浊度增加、沉降固体物和低D.O.都导致鱼类减少，能存活的鱼种越来越少，但存活鱼类发现食物丰富，常数量增殖，鲤鱼和鲶鱼能在相当脏的水中存活，必要时甚至从表面吞空气，鳟鱼则需非常纯净冷水，以不耐污染著名。其他水生生物数量也减少，污泥虫、血虫或鼠尾蛆等大量存在，数量惊人，每平方英尺多达5万条污泥虫；数量和……（本次OCR止于此）。

版本方面，本书为1975年英文环境科学教材，OCR前20页未载出版者、版次、装帧、丛书及索引页码等，仅据文件名知1975年。文献价值在于系统反映20世纪70年代中期环境科学和环境工程导论课程内容，涵盖水污染、固体废物、空气污染、噪声污染、环境影响评价和环境伦理等，第一章对不同污染定义的讨论、第二章对水污染来源、生物降解、好氧厌氧分解和氧下垂曲线的论述，可供环境科学史、环境工程教育和英文教材研究参考。本次仅见前20页，后续内容待补。