城市污水土地可持續(xù)應用系統(tǒng)工程設計作者簡介

段潤斌，太原理工大學環(huán)境科學與工程學院，副教授，2009年博士畢業(yè)于美國德克薩斯理工大學土木與環(huán)境工程系，此后于美國德克薩斯理工大學和佛羅里達大學從事科研工作，2014年底歸國于太原理工大學環(huán)境科學與工程學院從事教學科研工作。主要研究水和污水可持續(xù)處理與工程技術。

（1）相關研究項目

入職太原理工大學后：

① 基于低強度超聲波激勵的短程SND生物膜微環(huán)境行為效應及功能菌群響應機制，國家基金青年，2017.01-2019.12，排名第二

② 基于改性膨潤土去除印染廢水中有機污染物的研究, 山西省重點研發(fā)計劃（一般）社會發(fā)展項目，2017.01-2019.12，排名第二

③ 山西省自然生態(tài)狀況調查，山西省科協(xié)，2015.7-2016.7，主持

④ 雨水生物過濾系統(tǒng)綠色填料處理性能研究，太原理工大學引進人才研究項目，2017.10-2020.9，主持

在美期間：

參與14個研究項目，經(jīng)費來源包括美國國家環(huán)保署、美國國家能源部、美國國防部、美國空軍、美國農(nóng)業(yè)部、美國德克薩斯州環(huán)保局與交通局、美國佛羅里達州環(huán)保局等，研究內容包括可持續(xù)污水處理與回用、污水與廢物自然處理、農(nóng)業(yè)廢物可持續(xù)處置與回用、美國佛羅里達州Suwannee河流流域水資源與土壤修復與污染防護、PPCPs自然處理、污水生產(chǎn)微型藻類生物質能、污水生物質能生產(chǎn)等。

（2）研究成果

相關成果發(fā)表在本專業(yè)期刊Environmental Science and Technology等，國際農(nóng)業(yè)和生物工程師學會年會口頭學術報告4次，國際土壤年會Poster學術報告1次。一作與通訊作者SCI論文14篇，其中兩篇期刊收錄，國際會議論文5篇，均被EI收錄，英文書章節(jié)一部。新錄用國內核心期刊論文一篇。

本書主要包括城市污水現(xiàn)狀與可持續(xù)應用概論、城市污水土地應用與系統(tǒng)分類、城市污水土地應用系統(tǒng)中土壤水力學、城市污水土地應用系統(tǒng)中的污水水質與污染物去除、城市污水土地應用系統(tǒng)中植物功能與選擇、城市污水土地應用系統(tǒng)場地選擇與場地調查、城市污水土地應用系統(tǒng)污水預處理和儲存、城市污水土地應用系統(tǒng)污水輸送與配水系統(tǒng)、城市污水土地應用系統(tǒng)工藝設計以及城市污水土地可持續(xù)應用系統(tǒng)設計案例分析等內容。

本書具有較強的技術性、針對性和可操作性，可供從事環(huán)境工程、市政工程、城市規(guī)劃與城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)設計等領域的工程技術人員、科研人員和管理人員參考，也可供高等學校環(huán)境科學與工程、市政工程及相關專業(yè)師生參閱。

學術思想：主要是引入了可持續(xù)性概念，在美國等發(fā)達國家，工程設計已經(jīng)開始考慮可持續(xù)性概念，可持續(xù)性設計是未來工程設計的潮流和新熱點。內容范圍：針對可持續(xù)性，將城市污水回用放置于可持續(xù)性發(fā)展框架下，加入了針對可持續(xù)性回用的工程設計新技術和動向。結構體系：先引入可持續(xù)性發(fā)展概念，然后在城市污水回用設計中引入可持續(xù)性概念，介紹美國等發(fā)達國家設計技術，再介紹針對可持續(xù)性設計的工程設計改進。寫作特點：通俗易懂，采用大量工程設計數(shù)據(jù)和經(jīng)驗進行介紹。

第1章城市污水現(xiàn)狀與可持續(xù)應用概論1

1.1城市污水現(xiàn)狀1

1.2城市污水可持續(xù)應用概論3

1.2.1可持續(xù)性概念、可持續(xù)發(fā)展與環(huán)境3

1.2.2可持續(xù)水資源管理7

1.2.3世界水危機與可持續(xù)解決方案7

1.2.4城市污水可持續(xù)應用15

參考文獻17

第2章城市污水土地應用與系統(tǒng)分類19

2.1城市污水土地應用介紹19

2.1.1城市污水土地應用概念19

2.1.2城市污水土地應用與水危機20

2.1.3城市污水土地應用用途21

2.1.4城市污水土地應用優(yōu)點、缺點與局限性22

2.1.5國際城市污水土地應用簡介24

2.2城市污水土地應用系統(tǒng)分類27

2.2.1慢速滲濾系統(tǒng)29

2.2.2快速滲濾系統(tǒng)30

2.2.3地表漫流系統(tǒng)31

2.2.4系統(tǒng)限制性設計參數(shù)31

參考文獻32

第3章城市污水土地應用系統(tǒng)中土壤水力學33

3.1土壤性質33

3.1.1土壤物理性質33

3.1.2土壤化學性質35

3.2水在土壤中的運動37

3.3飽和水力傳導率40

3.4非飽和水力傳導率42

3.5滲濾能力42

3.5.1設計滲濾率42

3.5.2垂向滲透率計算42

3.5.3土壤剖面排水43

參考文獻43

第4章城市污水土地應用系統(tǒng)中的污水水質與污染物去除45

4.1城市污水土地應用系統(tǒng)中污水水質介紹45

4.1.1公共健康保護類污水水質參數(shù)46

4.1.2環(huán)境與農(nóng)藝影響類污水水質參數(shù)47

4.1.3其他關注的污水水質參數(shù)48

4.2城市污水土地應用系統(tǒng)污水中污染物去除48

4.2.1總懸浮固體（TSS）48

4.2.2生化需氧量（BOD5）49

4.2.3石油與油脂類50

4.2.4病原體52

4.2.5金屬離子58

4.2.6氮61

4.2.7磷63

4.2.8鉀和其他微營養(yǎng)物65

4.2.9微量有機污染物69

4.2.10其他水質參數(shù)74

參考文獻75

第5章城市污水土地應用系統(tǒng)中植物功能與選擇79

5.1系統(tǒng)中的植物79

5.2植物蒸騰蒸發(fā)79

5.2.1蒸騰水散失80

5.2.2蒸發(fā)水散失80

5.2.3蒸發(fā)蒸騰水散失計算81

5.2.4蒸發(fā)蒸騰水散失潛力83

5.2.5蒸發(fā)蒸騰水散失預測估計84

5.3植物選擇84

5.3.1慢速滲濾系統(tǒng)設計中植物選擇84

5.3.2地表漫流系統(tǒng)設計中植物選擇87

5.3.3快速滲濾系統(tǒng)設計中植物選擇87

5.4森林植物選擇87

5.4.1氮攝取88

5.4.2磷和微量金屬離子89

5.5植物管理89

5.5.1地表漫流系統(tǒng)中植物管理90

5.5.2森林植物管理90

參考文獻91

第6章城市污水土地應用系統(tǒng)場地選擇與場地調查93

6.1城市污水土地應用系統(tǒng)場地選擇因素94

6.1.1污水特征94

6.1.2初步估計污水負荷率95

6.1.3污水儲存需求與氣象條件95

6.1.4場地面積估計96

6.2場地鑒定與篩選97

6.2.1場地鑒定97

6.2.2場地篩選100

6.3城市污水土地應用系統(tǒng)設計前場地調查104

6.3.1場地土壤性質調查105

6.3.2場地地下水條件調查108

6.3.3場地土壤入滲率調查111

6.3.4農(nóng)藝因素111

參考文獻112

第7章城市污水土地應用系統(tǒng)污水預處理和儲存114

7.1美國國家環(huán)保署污水土地應用前預處理指南114

7.2污水預處理類型115

7.3自然塘對污水污染物的去除115

7.3.1自然塘中BOD與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自然塘中病原體去除119

7.3.5自然塘中重金屬離子和痕量有機物去除120

7.4人工濕地對污水中污染物去除120

7.4.1人工濕地去除BOD時所需面積120

7.4.2人工濕地去除氮時所需面積120

7.5儲存池設計121

7.5.1存儲計算方法121

7.5.2地表漫流系統(tǒng)污水儲存122

7.6儲存池運行123

7.7物理設計和建造124

參考文獻124

第8章城市污水土地應用系統(tǒng)污水輸送與配水系統(tǒng)126

8.1泵站126

8.1.1輸送泵126

8.1.2配水泵127

8.1.3尾水泵127

8.1.4壓力干管128

8.2配水系統(tǒng)128

8.2.1地表配水128

8.2.2噴淋配水128

8.2.3設計考慮129

8.3地表配水設計131

8.3.1脊溝配水131

8.3.2邊界分級配水132

8.3.3地表漫流系統(tǒng)地表配水134

8.3.4快速滲濾系統(tǒng)地表配水134

8.4噴淋配水135

8.4.1固定噴淋系統(tǒng)136

8.4.2森林固定裝置噴淋系統(tǒng)138

8.4.3地表漫流系統(tǒng)中固定裝置噴淋系統(tǒng)138

8.4.4移動停止噴淋配水系統(tǒng)139

8.5連續(xù)移動系統(tǒng)140

參考文獻143

第9章城市污水土地應用系統(tǒng)工藝設計145

9.1慢速滲濾系統(tǒng)工藝設計145

9.1.1慢速滲濾系統(tǒng)分類145

9.1.2最大水力負荷率146

9.1.3土地面積確定150

9.1.4緩沖區(qū)需求151

9.1.5儲存需求151

9.1.6作物選擇151

9.1.7配水系統(tǒng)152

9.1.8應用制度確定152

9.2地表漫流系統(tǒng)工藝設計152

9.2.1系統(tǒng)組成152

9.2.2場地特征153

9.2.3系統(tǒng)布置153

9.2.4運行標準和系統(tǒng)能力153

9.2.5設計程序154

9.2.6土地面積需求157

9.2.7設計考慮158

9.3快速滲濾系統(tǒng)工藝設計160

9.3.1處理需求161

9.3.2水力負荷率163

9.3.3土地需求164

9.3.4水力負荷周期165

9.3.5冷天氣運行167

9.3.6排水167

參考文獻169

第10章城市污水土地可持續(xù)應用系統(tǒng)設計案例分析170

10.1基于水平衡、氮平衡、鹽平衡的系統(tǒng)設計新方法與運行170

10.1.1城市污水土地可持續(xù)應用系統(tǒng)設計新方法目標與意義170

10.1.2城市污水土地可持續(xù)應用系統(tǒng)設計新方法172

10.1.3系統(tǒng)設計新方法場地測試設計介紹177

10.1.4場地運行測試結果與分析183

10.2城市污水土地應用系統(tǒng)運行中的反硝化202

10.2.1城市污水土地應用系統(tǒng)運行中反硝化測試目標與意義202

10.2.2城市污水土地應用系統(tǒng)反硝化測試202

10.2.3污水土地應用系統(tǒng)反硝化測試結果與分析205

10.3城市養(yǎng)殖場廢物處理后污水土地可持續(xù)應用系統(tǒng)209

10.3.1應用系統(tǒng)介紹209

10.3.2基于設計新方法的運行測試介紹212

10.3.3運行測試結果與分析214

10.4城市污水土地可持續(xù)應用系統(tǒng)中的氮215

10.4.1工程系統(tǒng)運行中氮測試對設計的意義215

10.4.2典型工程應用系統(tǒng)運行中TKN和反硝化測試216

10.4.3結果與分析217

參考文獻219 2100433B

全書共分9章，試圖從系統(tǒng)和綜合的角度，以可持續(xù)發(fā)展的理論為基礎，對土地可持續(xù)利用的影響因素、度量方法、不同土地利用方式下的土地可持續(xù)利用、區(qū)域土地可持續(xù)利用、土地可持續(xù)利用的理論和實踐進行全面的研究。

土地可持續(xù)利用的思想，是1990年在新德里由印度農(nóng)業(yè)研究會、美國農(nóng)業(yè)部和美國Rodale研究所共同組織的首次國際土地持續(xù)利用系統(tǒng)研討會上正式提出的?？沙掷m(xù)土地管理的概念可以定義為土地資源的使用，如土壤、水、動物和植物用于物品的生產(chǎn)以滿足了不斷變化的人類需求，同時保證了這些土地資源的長期生產(chǎn)潛力和維持其環(huán)境功能 ?？沙掷m(xù)的土地管理是可持續(xù)農(nóng)業(yè)的基礎，是可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略組成部分。由于不同學者對其認識角度的差異及其功能的側重點不一樣，土地可持續(xù)利用的概念也不相同，迄今為止沒有一個統(tǒng)一的定義。

從系統(tǒng)論角度出發(fā)，探索建立了可持續(xù)性的一般概念模型，并在此基礎上總結發(fā)展了土地利用系統(tǒng)可持續(xù)性指標開發(fā)的一般性框架與方法。這些概念模型與框架方法的提出，大大擴展了原來可持續(xù)土地利用的內涵，彌補了FESLM或PSR等模型的內在缺陷，尤其在指標體系完整與全面性的保障方面，本項目研究作了非常有益的建設性探索。 2100433B