论文部分内容阅读
摘要：本文讨论了污水处理系统向双重目的的废物处理一能源生产设施转化的过程。它包括将现代废物转化为能量的工厂，解释了水资源和能量的关系。还描述了灰水的回收利用，以及发展中国家如何想方设法利用和处理废水的过程。
关键词：可持续 污水 处理水文学这门水文系统的科学，一直是环境工程的核心部分。古代社会将流水作为一种运输手段，将木材和其他货物运到下游，也是一个废物处理系统。随着文明的进步，人们意识到水体也蕴涵着巨大的能量。村庄里的人们在湍急的河边建起了磨坊，让水流的冲击力为水磨的运转提供动力。接下来的一代人修建了巨大的水坝来控制水力，以推动涡轮机发电。在不久的将来，水系统将成为可持续社区中新产能发电系统的一部分，主要是因为水能够避免不可再生和致污染的化石燃料的使用。
1. 能量与水的联系
环境工程师将热力学第一和第二定律应用于他们规划发展的每一个项目。热力学第一定律指出，能量既不能被创造也不能被消灭。但是，能量的形式是可以改变的。例如，涡轮机中的动能可以转化为电能。热力学第二定律告诉我们，能量只能从能量高的地方向低的地方流动，就像水只能沿着山坡向下流动一样。按照热力学第二定律，瀑布顶端的水有更多的能量。随着水从瀑布顶端倾流到盆地，能量会发生改变。流入瀑布底端的盆地的水含有的能量较低。几百年来，人们都利用这一原理为日常操作提供动力。流水这个例子说明了与动能相对的另一种能量形式一势能。还没有流下瀑布边缘的水含有的是势能，这是能量储存的一种形式。随着水从瀑布上流下，其势能减少，而动能增加，动能即运动的能量。
历史上水作为能源被利用时大多都是利用其动能。污水处理厂可以利用自然的水流来推动设备运行，废水还以生物质的形式提供了额外的能量来源。生物质是指废水中来自于植物和动物粪便的有机物。在污水处理行业，生物质代表可以转化为热能等其他形式的化学能来源。
2. 发展中国家的废水
世界上众多的发展中国家都在与传染性疾病的高发病率作斗争，主要因为他们糟糕的饮用水质量和运作不良的污水处理系统。供水管道、收集管道、污水处理设施和消毒方法等基础设施的故障或缺乏都会导致以上两个环节出现泄漏和污染。因为人们的健康受到严重威胁，所以与糟糕的基础设施抗争了很久的许多发展中国家，都将污水处理工作作为重中之重。
可持续废水利用是产生能量的方法。处理厂的厌氧消化池提供了最有效的方式来产生含能甲烷，但一些乡村可能没有足够的资金让新的处理厂拔地而起。废物处理池提供了一种廉价的选择，因为它包含了与处理厂厌氧消化池相似的条件。处理池最深处的需氧菌将氧气耗竭，提供了厌氧条件。厌氧细菌会自然而然地生活在这类地方，因而建立一个污水处理池需要的花费很少。甲垸气体从池底产生，可以被收集起来由管道输送到能源发电厂，因此池塘可以产生能量而非消耗能量。
池塘水面上常常会生长一层厚厚的水藻。与其费工夫去清理这些藻类，不如将水藻层移除，放在一个小型厌氧消化器中产生热量。事实上，池塘处理与机械厌氧消化池具有相同的优势：能辅助废物管理和处理，并回收利用营养物质。
3. 厌氧消化池
厌氧消化池是那些将废物材料放在无氧的环境中以便厌氧细菌可以将其降解的任何设备或场所。在污水处理厂中，消化池是一个大池子，其中有数千加仑的液体和半流体材料。在泻湖或池塘中，废水消化也可以以类似的方式进行，虽然这些地方也暴露在空气中。虽然水的上层溶解了一些氧气，但深层的氧气却少得多，越深越无氧。如果厌氧消化池或池塘中没有什么混合物，氧气就不会穿透深水，因此厌氧细菌能够发挥最好的效果。
天然的厌氧分解发生于湿地、沼泽、积水的池塘、深水体和洪涝土壤中，厌氧消化能够自然发生。这些地方的细菌能够将有机物降解为最简单的化合物，使得营养物质被回收。
4. 灰水回用
灰水是指那些淋浴、从水龙头中使用、洗涤衣物后的废水，它常常作为废弃资源流入下水道。可持续废水处理包括灰水的回收再利用，也就是人们常说的水再生。但这些回收系统不会收集厨房水槽中的水或厕所用水，因为这些水中常常存在致病微生物，会危害健康。
可持续住宅收集灰水的管道是与厕所和厨房的管道相分离的。收集之后，建筑设计师们要选择如何及在哪里让这些灰水得到最好的使用。灰水的三个主要用途有：①灌溉用水；②冲洗厕所；③家庭灭火系统。
灰水的三个主要用途可能会很快釆用两种新技术。第一种是将废水引入在建筑物附近建立的湿地中，自然降解液态废物。这些人工湿地的工作原理类似于自然湿地，废弃物在其中移动得十分缓慢，植物和微生物有充足的时间来降解这些有机质。
5. 生态废水处理
沼气收集是生态污水处理的关键部分，因为它对温室气体的浓度控制产生主要影响。净化水的排放代表的则是污水行业的主要责任，EPA制定了严格的法律，规定了处理后的废水所必须达到的品质。政府希望处理厂能将经过处理的废水成分含量保持在一定的预设范围内。不管这个处理厂是以传统的污水处理方法运作的还是实施将废水转化为能源的工序，这些成分都必须控制在EPA的接受范围内。废水处理方法具有以下优点：①易于安装和使用；②大多数方法的能源需求都不大；③除了臭氧消毒、紫外消毒和离子交换，其他方法都价格低廉。
6. 污水中的能量
可持续污水处理涉及处理厂运作过程中副产品的再利用。典型的废水处理厂在能量产生和其他节能措施的运行方面都会有几种选择。精心策划的污水处理过程有以下优点：①重力作用下自然流动的水可以作为能量来源；②厌氧消化过程中产生的甲垸和氢气同样可以作为能量来源为工厂提供电力；③消化池内部反应产生的热量可以应用于其他生物过程；④污水处理厂的灰水可重新利用，冲洗厕所；⑤消化池排出的营养丰富的淤泥可用于美化工厂场地，也可能送到当地农民那里。总之，可持续废水处理中，各种物质都得到了最大程度的使用和再利用。与目前的其他行业一样，污水处理工业想方设法在满足更加严格的污染控制要求的同时，减少能源的使用量。
废水处理遵循一个标准流程，即将未净化污水进行消毒，安全地返回环境中。几乎所有的现代污水处理厂在处理废水时都要遵循以下步骤：①废水通过纱网以除去大的固体；②废水进入沉砂池，较重的废物颗粒在重力作用下沉到水底；③水进入一个更大的沉淀池，较轻较小的颗粒会慢慢从水中分离；④水流入一个含有需氧菌的充气池，这些需氧菌通过不断流过的空气气泡供氧来消化有机物质；⑤水进入另一个沉淀装置，再流经过滤池，除去极细的颗粒；⑥加入消毒剂杀死水中的细菌；⑦处理后的水即可排放到环境中。
参考文献
1. 王立波.环境保护概论.科学出版社.北京.1997
2. 李鸿伟.环境工程.科学出版社.北京.2008
关键词：可持续 污水 处理水文学这门水文系统的科学，一直是环境工程的核心部分。古代社会将流水作为一种运输手段，将木材和其他货物运到下游，也是一个废物处理系统。随着文明的进步，人们意识到水体也蕴涵着巨大的能量。村庄里的人们在湍急的河边建起了磨坊，让水流的冲击力为水磨的运转提供动力。接下来的一代人修建了巨大的水坝来控制水力，以推动涡轮机发电。在不久的将来，水系统将成为可持续社区中新产能发电系统的一部分，主要是因为水能够避免不可再生和致污染的化石燃料的使用。
1. 能量与水的联系
环境工程师将热力学第一和第二定律应用于他们规划发展的每一个项目。热力学第一定律指出，能量既不能被创造也不能被消灭。但是，能量的形式是可以改变的。例如，涡轮机中的动能可以转化为电能。热力学第二定律告诉我们，能量只能从能量高的地方向低的地方流动，就像水只能沿着山坡向下流动一样。按照热力学第二定律，瀑布顶端的水有更多的能量。随着水从瀑布顶端倾流到盆地，能量会发生改变。流入瀑布底端的盆地的水含有的能量较低。几百年来，人们都利用这一原理为日常操作提供动力。流水这个例子说明了与动能相对的另一种能量形式一势能。还没有流下瀑布边缘的水含有的是势能，这是能量储存的一种形式。随着水从瀑布上流下，其势能减少，而动能增加，动能即运动的能量。
历史上水作为能源被利用时大多都是利用其动能。污水处理厂可以利用自然的水流来推动设备运行，废水还以生物质的形式提供了额外的能量来源。生物质是指废水中来自于植物和动物粪便的有机物。在污水处理行业，生物质代表可以转化为热能等其他形式的化学能来源。
2. 发展中国家的废水
世界上众多的发展中国家都在与传染性疾病的高发病率作斗争，主要因为他们糟糕的饮用水质量和运作不良的污水处理系统。供水管道、收集管道、污水处理设施和消毒方法等基础设施的故障或缺乏都会导致以上两个环节出现泄漏和污染。因为人们的健康受到严重威胁，所以与糟糕的基础设施抗争了很久的许多发展中国家，都将污水处理工作作为重中之重。
可持续废水利用是产生能量的方法。处理厂的厌氧消化池提供了最有效的方式来产生含能甲烷，但一些乡村可能没有足够的资金让新的处理厂拔地而起。废物处理池提供了一种廉价的选择，因为它包含了与处理厂厌氧消化池相似的条件。处理池最深处的需氧菌将氧气耗竭，提供了厌氧条件。厌氧细菌会自然而然地生活在这类地方，因而建立一个污水处理池需要的花费很少。甲垸气体从池底产生，可以被收集起来由管道输送到能源发电厂，因此池塘可以产生能量而非消耗能量。
池塘水面上常常会生长一层厚厚的水藻。与其费工夫去清理这些藻类，不如将水藻层移除，放在一个小型厌氧消化器中产生热量。事实上，池塘处理与机械厌氧消化池具有相同的优势：能辅助废物管理和处理，并回收利用营养物质。
3. 厌氧消化池
厌氧消化池是那些将废物材料放在无氧的环境中以便厌氧细菌可以将其降解的任何设备或场所。在污水处理厂中，消化池是一个大池子，其中有数千加仑的液体和半流体材料。在泻湖或池塘中，废水消化也可以以类似的方式进行，虽然这些地方也暴露在空气中。虽然水的上层溶解了一些氧气，但深层的氧气却少得多，越深越无氧。如果厌氧消化池或池塘中没有什么混合物，氧气就不会穿透深水，因此厌氧细菌能够发挥最好的效果。
天然的厌氧分解发生于湿地、沼泽、积水的池塘、深水体和洪涝土壤中，厌氧消化能够自然发生。这些地方的细菌能够将有机物降解为最简单的化合物，使得营养物质被回收。
4. 灰水回用
灰水是指那些淋浴、从水龙头中使用、洗涤衣物后的废水，它常常作为废弃资源流入下水道。可持续废水处理包括灰水的回收再利用，也就是人们常说的水再生。但这些回收系统不会收集厨房水槽中的水或厕所用水，因为这些水中常常存在致病微生物，会危害健康。
可持续住宅收集灰水的管道是与厕所和厨房的管道相分离的。收集之后，建筑设计师们要选择如何及在哪里让这些灰水得到最好的使用。灰水的三个主要用途有：①灌溉用水；②冲洗厕所；③家庭灭火系统。
灰水的三个主要用途可能会很快釆用两种新技术。第一种是将废水引入在建筑物附近建立的湿地中，自然降解液态废物。这些人工湿地的工作原理类似于自然湿地，废弃物在其中移动得十分缓慢，植物和微生物有充足的时间来降解这些有机质。
5. 生态废水处理
沼气收集是生态污水处理的关键部分，因为它对温室气体的浓度控制产生主要影响。净化水的排放代表的则是污水行业的主要责任，EPA制定了严格的法律，规定了处理后的废水所必须达到的品质。政府希望处理厂能将经过处理的废水成分含量保持在一定的预设范围内。不管这个处理厂是以传统的污水处理方法运作的还是实施将废水转化为能源的工序，这些成分都必须控制在EPA的接受范围内。废水处理方法具有以下优点：①易于安装和使用；②大多数方法的能源需求都不大；③除了臭氧消毒、紫外消毒和离子交换，其他方法都价格低廉。
6. 污水中的能量
可持续污水处理涉及处理厂运作过程中副产品的再利用。典型的废水处理厂在能量产生和其他节能措施的运行方面都会有几种选择。精心策划的污水处理过程有以下优点：①重力作用下自然流动的水可以作为能量来源；②厌氧消化过程中产生的甲垸和氢气同样可以作为能量来源为工厂提供电力；③消化池内部反应产生的热量可以应用于其他生物过程；④污水处理厂的灰水可重新利用，冲洗厕所；⑤消化池排出的营养丰富的淤泥可用于美化工厂场地，也可能送到当地农民那里。总之，可持续废水处理中，各种物质都得到了最大程度的使用和再利用。与目前的其他行业一样，污水处理工业想方设法在满足更加严格的污染控制要求的同时，减少能源的使用量。
废水处理遵循一个标准流程，即将未净化污水进行消毒，安全地返回环境中。几乎所有的现代污水处理厂在处理废水时都要遵循以下步骤：①废水通过纱网以除去大的固体；②废水进入沉砂池，较重的废物颗粒在重力作用下沉到水底；③水进入一个更大的沉淀池，较轻较小的颗粒会慢慢从水中分离；④水流入一个含有需氧菌的充气池，这些需氧菌通过不断流过的空气气泡供氧来消化有机物质；⑤水进入另一个沉淀装置，再流经过滤池，除去极细的颗粒；⑥加入消毒剂杀死水中的细菌；⑦处理后的水即可排放到环境中。
参考文献
1. 王立波.环境保护概论.科学出版社.北京.1997
2. 李鸿伟.环境工程.科学出版社.北京.2008