《水污染控制原理与技术》以精炼架构与丰富内容，系统构建水污染控制知识体系。全书共六章，首章聚焦水质与水污染基础知识；第 二章深入剖析污染物成分、危害及水质标准，为后续学习筑牢认知根基；第 三章整合归纳水处理基本方法、原理和工艺流程，梳理水处理面临的主要问题，讨论水处理中的碳排放特征及控制策略；第四章着重介绍污水处理原理和技术，对好氧、厌氧生物处理、脱氮除磷过程的机制、工艺进行系统解读，对比物理处理与化学处理技术，清晰阐释其技术原理与应用场景；第五章围绕给水处理原理及技术展开，讲解混凝、沉淀、过滤、消毒、膜分离等去除和降解污染物的方法和原理；第六章则围绕水处理技术评价与对比，从处理效率、成本、稳定性、碳排放等维度构建评估框架，并探讨了 精准医疗 式水处理技术与人工智能、大数据结合的发展趋势及低碳化前景。
水，自生命诞生之初便扮演着不可或缺的角色。它是万物生长的摇篮，是经济繁荣的命脉，水的社会循环量更是与人类文明的兴衰、生活品质的提升紧密相连。从古老的灌溉农业到现代的工业文明，从个体的生命维持到区域的经济发展，水始终是推动社会进步的核心动力之一。然而，在工业化与城市化的浪潮席卷全球、人类活动日益频繁的当下，这份珍贵的自然资源正面临着巨大的威胁。
水污染的形成是一个复杂的物理、化学和生物过程。通过对各种污染物在水体中的迁移、转化规律等的系统认知，能够清晰地理解污染物是如何进入水体，又是如何在水的介质中发生变化的。例如，有机物的生物降解过程、化学物质的氧化还原反应、沉淀与溶解等，这些原理是制定水污染控制策略的科学依据。只有深入掌握了这些原理，才能准确地把握水污染的本质，从而有的放矢地采取相应的控制措施。
与此同时，围绕水质与用水需求，诸多亟待解答的问题也成为本书关注的焦点。何种水质能满足特定功能需求？哪些杂质会影响水的健康属性？从天然水到各类商品饮用水，不同取水方式背后隐藏着怎样的处理技术？如何以高效、经济的手段实现水质达标？这些技术又会对水资源总量、生产生活成本、社会发展以及自然生态产生何种影响？对这些核心问题的深入探讨，贯穿于本书始终，力求为读者构建完整的水污染控制知识体系。
本书系统介绍了各种水污染控制技术，涵盖了物理、化学和生物等多个领域。物理处理技术，如沉淀、过滤、吸附等，采用此类技术能够有效地去除水中的悬浮颗粒、胶体物质和部分溶解性物质；化学处理技术，如混凝、氧化、还原等，采用此类技术可以将水中的污染物转化为无害或易于分离的物质；生物处理技术，则利用微生物的代谢作用，对有机污染物进行降解和转化。此外，本书还介绍了一些新兴的水污染控制技术，如厌氧氨氧化、膜分离技术等，这些技术为解决复杂的水污染问题提供了新的思路和方法。
水污染控制不仅是一项科学技术问题，更是一个涉及社会、经济、环境等多个方面的综合性问题。水处理技术不断发展，样式繁多，效能各异。不同的处理技术和工艺不仅意味着不同的水处理能力和水质效果，而且意味着差异明显的构建成本和运行成本。如何选择水处理技术及工艺，是每个水处理用户面临的选择。社会对水处理技术、设施与设备的科学评估体系存在迫切需求。此外，随着国家双碳目标的确定，对水污染控制原理和技术的认识提升到一个新的高度。本书梳理了水处理技术的目标体系，把低碳纳入水处理的目标体系，梳理技术发展的内在逻辑、经济动力和发展脉络，尝试对水污染控制原理和技术进行实质性地评估，引导进一步优化和改善。
全书共六章，第一章聚焦水质与水污染基础知识；第二章深入剖析污染物成分、危害及水质标准，为后续学习筑牢认知根基；第三章整合归纳水处理基本方法、原理和工艺流程，梳理水处理面临的主要问题，讨论水处理中的碳排放特征及控制策略；第四章着重介绍污水处理原理和技术，对好氧及厌氧生物处理、脱氮除磷过程的机制、工艺进行系统解读，对比物理处理与化学处理技术，清晰阐释其技术原理与应用场景；第五章围绕给水处理原理及技术展开，讲解混凝沉淀、过滤、消毒、膜分离等去除和降解污染物的方法和原理；第六章则围绕水处理技术评价与对比， 从处理效率、经济成本、稳定性、碳排放等维度构建评估框架，并探讨了精准医疗 式水处理技术与人工智能、大数据结合的发展趋势及低碳化前景。
水污染控制是一项长期而艰巨的任务，需要全社会的共同努力。希望本书的出版能够为广大环保工作者、科研人员、工程技术人员以及相关专业的学生提供有益的参考和借鉴，为推动我国水污染控制事业的发展贡献一份力量。
本书由山西大学刘海龙、张立国共同编写。本书中涉及的相关研究成果和书稿撰写工作在山西大学学科基础能力建设项目资助下完成。
由于编者水平有限，书中疏漏之处在所难免，恳请广大读者批评指正。
编者
2025年5月
第一章 水的性质1
第一节 水 1
一、水的功能和性质 1
二、水的流动和水循环 2
第二节 水与水质 3
一、水中的杂质 3
二、水质 4
三、水质的复杂性 6
第三节 污染的水 7
一、水污染及其危害 7
二、污水和废水 8
三、污水资源化利用 8
第二章 水质、功能与水质标准10
第一节 自然循环中的水质变化 10
第二节 水质对生态及经济的影响 11
一、水质对生态的影响 11
二、水质对经济的影响 12
第三节 水质对健康的影响：水中的生物 14
一、概述 14
二、微生物的影响 15
三、生物毒素的影响 18
第四节 水质对健康的影响：物理因素 19
一、浊度 19
二、温度 20
三、放射性 26
第五节 水质对健康的影响：化学因素 27
一、pH值 27
二、水中的化学物质 31
第六节 水质标准 51
一、水质指标和水质标准 51
二、水质标准制定原则 52
三、分类和特点 52
四、水质标准对经济及社会的影响 57
第三章 水污染及水处理原理59
第一节 水污染及水处理的实质 59
一、水污染的实质 60
二、水处理的实质 61
第二节 水污染控制 62
一、水污染防治概述 62
二、污染控制分类 62
三、污染控制方法 64
四、水处理的主要问题 69
五、水处理方法的选择 71
第三节 水处理与碳排放 72
一、水处理过程中碳排放的主要来源 72
二、水处理过程中碳排放的影响因素 72
三、水处理过程中碳排放的减排策略 73
四、未来研究展望 73
第四节 水质改善与水处理工艺 74
一、污废水处理 74
二、给水处理 75
三、水处理技术发展趋势 76
第四章 污水处理原理及技术77
第一节 污废水处理 77
一、污废水处理的目的 77
二、污废水处理的一般方法 77
三、污水处理程度 78
第二节 生物处理概述 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、污水处理的环境因素 81
五、活性污泥处理对水质的影响 82
第三节 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转化 84
四、活性污泥法基本运行条件和主要影响因素 84
五、活性污泥动力学 85
六、脱氮和除磷 87
七、好氧处理法和厌氧处理法 87
八、生物膜法和膜生物法 91
第四节 生物脱氮和除磷 93
一、概述 93
二、生物脱氮 93
三、生物除磷 101
第五节 物理化学处理法 103
一、混凝 104
二、吹脱和汽提 104
三、氧化和催化氧化 104
四、吸附和离子交换 105
五、非生物脱氮 105
第五章 给水处理原理及技术108
第一节 饮用水处理 108
一、饮用水 108
二、饮用水水源 109
三、饮用水处理原则 109
四、饮用水处理流程 111
第二节 混凝沉淀 111
一、水中颗粒物及其水环境行为 112
二、混凝机理及其作用 120
第三节 过滤 130
一、过滤概述 130
二、过滤形式 131
三、过滤的位置 132
四、过滤机理 132
五、影响过滤的因素 134
六、过滤工艺控制 135
第四节 消毒 139
一、水中的微生物 140
二、微生物的双重角色 140
三、微生物在饮用水处理工艺中的命运 141
四、消毒概述 143
五、常用消毒技术及机理 145
六、消毒副产物的控制 153
第五节 水质深度加工 157
一、膜分离 157
二、矿化、软化和脱盐 165
三、热处理 167
第六章 水处理技术评价与对比169
第一节 水处理技术评价 169
一、水处理技术评价的必要性 169
二、水处理评价的内容 169
三、解决问题的思路和方法 170
四、水处理技术评估体系构建步骤 170
第二节 对比和筛选 170
一、处理效率 171
二、经济成本 172
三、稳定性 173
四、碳排放 173
第三节 水处理技术展望 174
一、精准医疗的水处理技术 174
二、精准医疗水处理技术与当代科技的结合 176
三、精准医疗水处理技术前景 177
参考文献179
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