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城市污水土地可持续应用系统工程设计

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商品详情

前言:

随着人口高速增长和城镇化进程加快,我国城市污水量持续升高,水污染日趋严重,加剧了水资源短缺的矛盾,加重了水危机,严重影响我国经济社会可持续发展。因地制宜地将城市污水传统人工处理和城市污水土地应用结合起来,加快推进城市污水资源化及循环利用,是有效缓解我国水资源供需矛盾和闭合水资源自然循环的有效途径之一。本书从解决世界水危机问题入手,明确了城市污水可持续应用的基本内涵,本着污水处理与回用技术必须实现环境友好的思想,提出了城市污水可持续处理与回用技术,论述了城市污水可持续土地应用系统工程设计新方法;另外,介绍了美国环境工程领域城市污水土地应用系统工程设计技术。从可持续性角度出发,提出了城市污水可持续土地应用系统综合质量平衡设计方法,并介绍了基于该方法设计的污水土地应用系统场地运行的工程研究成果,并论述了设计和运行中的环境与经济问题。

本书为城市污水土地应用系统的工程设计研究型专著。全书共分10章:第1章,介绍世界城市污水现状,提出城市污水可持续应用概念,阐明可持续性内涵以及可持续发展和环境之间的关系,明确了世界水危机的可持续解决方案;第2章,介绍城市污水土地应用概念,论述城市污水土地应用与水危机关系,阐述了城市污水土地应用系统的用途、优缺点及分类;第3章,介绍城市污水土地应用系统中涉及的土壤物理性质、土壤化学性质、土壤水力学特征,论述进行城市污水土地应用系统设计在土壤水力学方面的新发现;第4章,介绍城市污水土地应用系统设计中污水水质参数,论述城市污水中各类污染物的去除机理和工程设计措施;第5章,论述植物在城市污水土地应用系统中的功能,介绍工程设计中植物选择方法和管理方法;第6章,论述城市污水土地应用系统场地选择与场地调查;第7章,介绍城市污水土地应用系统污水应用前预处理设计技术与计算方法,论述预处理技术对城市污水中污染物的去除机理和工程研究结果;第8章,介绍配水系统设计计算方法和美国不同于我国的污水布水系统设计计算方法;第9章,介绍3种城市污水土地应用系统工艺设计计算方法,论述各种系统中水力负荷、作物选择、土地面积需求、储存需求、冷天气运行之间的关系;第10章,介绍城市污水土地可持续应用系统新设计方法即综合质量平衡法以及实际工程应用研究成果,论述土壤反硝化机理和土壤TKN变化机理,介绍实际工程研究中土壤反硝化和土壤TKN场地测试结果。

本书的内容主要是目前国际上实现城市污水可持续回用中所面临的工程设计技术问题的解决方案,融合了笔者在美国攻读博士学位期间、在美国进行污水可持续土地应用系统工程设计研究阶段和参与美国得克萨斯州污水土地应用设计手册撰写过程中的学术思想、工程经验和研究成果。本书具有较强的技术性和针对性,可供环境工程、市政工程、城市规划与城镇污水管网设计等领域的工程技术人员、科研人员和管理人员参考,也可供高等学校环境科学与工程、市政工程及相关专业师生参阅。

本书由太原理工大学环境科学与工程学院段润斌著。同时,在写作过程中,得到了美国得克萨斯理工大学Dr.Clifford Fedler教授和Dr.John Borrelli教授的大力支持。另外,在本书写作过程中引用了该领域部分参考文献和相关资料,在此对国内外同行和前辈在城市污水土地应用系统工程设计方面做出的贡献表示崇高的敬意。

限于著者水平及著写时间,书中不足和疏漏之处在所难免,恳请专家和读者给予指正。

著者

2019年4月于太原


目录:

"第1章城市污水现状与可持续应用概论1

1.1城市污水现状1

1.2城市污水可持续应用概论3

1.2.1可持续性概念、可持续发展与环境3

1.2.2可持续水资源管理7

1.2.3世界水危机与可持续解决方案7

1.2.4城市污水可持续应用15

参考文献17


第2章城市污水土地应用与系统分类19

2.1城市污水土地应用介绍19

2.1.1城市污水土地应用概念19

2.1.2城市污水土地应用与水危机20

2.1.3城市污水土地应用用途21

2.1.4城市污水土地应用优点、缺点与局限性22

2.1.5国际城市污水土地应用简介24

2.2城市污水土地应用系统分类27

2.2.1慢速渗滤系统29

2.2.2快速渗滤系统30

2.2.3地表漫流系统31

2.2.4系统限制性设计参数31

参考文献32


第3章城市污水土地应用系统中土壤水力学33

3.1土壤性质33

3.1.1土壤物理性质33

3.1.2土壤化学性质35

3.2水在土壤中的运动37

3.3饱和水力传导率40

3.4非饱和水力传导率42

3.5渗滤能力42

3.5.1设计渗滤率42

3.5.2垂向渗透率计算42

3.5.3土壤剖面排水43

参考文献43


第4章城市污水土地应用系统中的污水水质与污染物去除45

4.1城市污水土地应用系统中污水水质介绍45

4.1.1公共健康保护类污水水质参数46

4.1.2环境与农艺影响类污水水质参数47

4.1.3其他关注的污水水质参数48

4.2城市污水土地应用系统污水中污染物去除48

4.2.1总悬浮固体(TSS)48

4.2.2生化需氧量(BOD5)49

4.2.3石油与油脂类50

4.2.4病原体52

4.2.5金属离子58

4.2.6氮61

4.2.7磷63

4.2.8钾和其他微营养物65

4.2.9微量有机污染物69

4.2.10其他水质参数74

参考文献75


第5章城市污水土地应用系统中植物功能与选择79

5.1系统中的植物79

5.2植物蒸腾蒸发79

5.2.1蒸腾水散失80

5.2.2蒸发水散失80

5.2.3蒸发蒸腾水散失计算81

5.2.4蒸发蒸腾水散失潜力83

5.2.5蒸发蒸腾水散失预测估计84

5.3植物选择84

5.3.1慢速渗滤系统设计中植物选择84

5.3.2地表漫流系统设计中植物选择87

5.3.3快速渗滤系统设计中植物选择87

5.4森林植物选择87

5.4.1氮摄取88

5.4.2磷和微量金属离子89

5.5植物管理89

5.5.1地表漫流系统中植物管理90

5.5.2森林植物管理90

参考文献91


第6章城市污水土地应用系统场地选择与场地调查93

6.1城市污水土地应用系统场地选择因素94

6.1.1污水特征94

6.1.2初步估计污水负荷率95

6.1.3污水储存需求与气象条件95

6.1.4场地面积估计96

6.2场地鉴定与筛选97

6.2.1场地鉴定97

6.2.2场地筛选100

6.3城市污水土地应用系统设计前场地调查104

6.3.1场地土壤性质调查105

6.3.2场地地下水条件调查108

6.3.3场地土壤入渗率调查111

6.3.4农艺因素111

参考文献112


第7章城市污水土地应用系统污水预处理和储存114

7.1美国国家环保署污水土地应用前预处理指南114

7.2污水预处理类型115

7.3自然塘对污水污染物的去除115

7.3.1自然塘中BOD与TSS去除116

7.3.2自然塘中氮去除117

7.3.3自然塘中磷去除118

7.3.4自然塘中病原体去除119

7.3.5自然塘中重金属离子和痕量有机物去除120

7.4人工湿地对污水中污染物去除120

7.4.1人工湿地去除BOD时所需面积120

7.4.2人工湿地去除氮时所需面积120

7.5储存池设计121

7.5.1存储计算方法121

7.5.2地表漫流系统污水储存122

7.6储存池运行123

7.7物理设计和建造124

参考文献124


第8章城市污水土地应用系统污水输送与配水系统126

8.1泵站126

8.1.1输送泵126

8.1.2配水泵127

8.1.3尾水泵127

8.1.4压力干管128

8.2配水系统128

8.2.1地表配水128

8.2.2喷淋配水128

8.2.3设计考虑129

8.3地表配水设计131

8.3.1脊沟配水131

8.3.2边界分级配水132

8.3.3地表漫流系统地表配水134

8.3.4快速渗滤系统地表配水134

8.4喷淋配水135

8.4.1固定喷淋系统136

8.4.2森林固定装置喷淋系统138

8.4.3地表漫流系统中固定装置喷淋系统138

8.4.4移动停止喷淋配水系统139

8.5连续移动系统140

参考文献143


第9章城市污水土地应用系统工艺设计145

9.1慢速渗滤系统工艺设计145

9.1.1慢速渗滤系统分类145

9.1.2最大水力负荷率146

9.1.3土地面积确定150

9.1.4缓冲区需求151

9.1.5储存需求151

9.1.6作物选择151

9.1.7配水系统152

9.1.8应用制度确定152

9.2地表漫流系统工艺设计152

9.2.1系统组成152

9.2.2场地特征153

9.2.3系统布置153

9.2.4运行标准和系统能力153

9.2.5设计程序154

9.2.6土地面积需求157

9.2.7设计考虑158

9.3快速渗滤系统工艺设计160

9.3.1处理需求161

9.3.2水力负荷率163

9.3.3土地需求164

9.3.4水力负荷周期165

9.3.5冷天气运行167

9.3.6排水167

参考文献169


第10章城市污水土地可持续应用系统设计案例分析170

10.1基于水平衡、氮平衡、盐平衡的系统设计新方法与运行170

10.1.1城市污水土地可持续应用系统设计新方法目标与意义170

10.1.2城市污水土地可持续应用系统设计新方法172

10.1.3系统设计新方法场地测试设计介绍177

10.1.4场地运行测试结果与分析183

10.2城市污水土地应用系统运行中的反硝化202

10.2.1城市污水土地应用系统运行中反硝化测试目标与意义202

10.2.2城市污水土地应用系统反硝化测试202

10.2.3污水土地应用系统反硝化测试结果与分析205

10.3城市养殖场废物处理后污水土地可持续应用系统209

10.3.1应用系统介绍209

10.3.2基于设计新方法的运行测试介绍212

10.3.3运行测试结果与分析214

10.4城市污水土地可持续应用系统中的氮215

10.4.1工程系统运行中氮测试对设计的意义215

10.4.2典型工程应用系统运行中TKN和反硝化测试216

10.4.3结果与分析217

参考文献219

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