城市污水土地可持续应用系统工程设计

　　本书主要包括城市污水现状与可持续应用概论、城市污水土地应用与系统分类、城市污水土地应用系统中土壤水力学、城市污水土地应用系统中的污水水质与污染物去除、城市污水土地应用系统中植物功能与选择、城市污水土地应用系统场地选择与场地调查、城市污水土地应用系统污水预处理和储存、城市污水土地应用系统污水输送与配水系统、城市污水土地应用系统工艺设计以及城市污水土地可持续应用系统设计案例分析等内容。 本书具有较强的技术性、针对性和可操作性，可供从事环境工程、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。

　　段润斌，太原理工大学环境科学与工程学院，副教授，2009年博士毕业于美国德克萨斯理工大学土木与环境工程系，此后于美国德克萨斯理工大学和佛罗里达大学从事科研工作，2014年底归国于太原理工大学环境科学与工程学院从事教学科研工作。主要研究水和污水可持续处理与工程技术。（1）相关研究项目入职太原理工大学后：① 基于低强度超声波激励的短程SND生物膜微环境行为效应及功能菌群响应机制，国家基金青年，2017.01-2019.12，排名第二② 基于改性膨润土去除印染废水中有机污染物的研究， 山西省重点研发计划（一般）社会发展项目，2017.01-2019.12，排名第二③ 山西省自然生态状况调查，山西省科协，2015.7-2016.7，主持④ 雨水生物过滤系统绿色填料处理性能研究，太原理工大学引进人才研究项目，2017.10-2020.9，主持在美期间：参与14个研究项目，经费来源包括美国国家环保署、美国国家能源部、美国国防部、美国空军、美国农业部、美国德克萨斯州环保局与交通局、美国佛罗里达州环保局等，研究内容包括可持续污水处理与回用、污水与废物自然处理、农业废物可持续处置与回用、美国佛罗里达州Suwannee河流流域水资源与土壤修复与污染防护、PPCPs自然处理、污水生产微型藻类生物质能、污水生物质能生产等。（2）研究成果相关成果发表在本专业期刊Environmental Science and Technology等，国际农业和生物工程师学会年会口头学术报告4次，国际土壤年会Poster学术报告1次。一作与通讯作者SCI论文14篇，其中两篇期刊收录，国际会议论文5篇，均被EI收录，英文书章节一部。新录用国内核心期刊论文一篇。

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