下水道和化粪池系统如何工作

你知道吗? 美国国家航空航天局(NASA)的技术正被用于使污水处理对环境更加友好。了解更多酷美国国家航空航天局的创新在这个互动动画探索频道．

每次你冲马桶厕所。。。或者你把你创造的东西冲进水槽的下水道污水(在上流社会也称为废水)．很多人可能会问:“为什么不直接把这些废水倒在房子外面的地上，或者倒进附近的河里呢?”关于废水，有三个主要因素使它成为你不想释放到环境中的东西:

1. 它很臭。如果你把废水直接排放到环境中，东西很快就会变得很臭。

2. 它含有有害细菌。人类排泄物中天然含有大肠杆菌的细菌(例如，大肠杆菌)和其他能导致疾病的细菌。一旦水被这些细菌感染，就会对健康造成危害。

3. 它含有会影响环境的悬浮固体和化学物质。例如:
   • 废水中含有氮和磷酸盐，这些肥料会促进藻类的生长。藻类过度生长会阻挡阳光，污染水质。
   • 废水中含有有机物，环境中的细菌会开始分解这些有机物。当它们这样做时，这些细菌消耗水中的氧气。由此导致的缺氧导致鱼类死亡。
   • 废水中的悬浮固体使水看起来浑浊，并会影响许多鱼的呼吸和视觉能力。
   藻类的增加、氧气的减少和黑暗破坏了河流或湖泊支持野生动物的能力，所有的鱼、青蛙和其他生命形式很快死亡。

没有人愿意生活在一个发臭、充满致命细菌、不能维持水生生物的地方。这就是为什么各社区建造污水处理厂，并执行法律禁止将未经处理的污水排放到环境中。

在农村地区，房屋之间的距离太大，以至于安装下水道系统的成本太高，因此人们安装自己的私人污水处理厂。这些被称为化粪池．

化粪池就是埋在院子里的一个大的混凝土或钢铁水箱。这个水箱可以装1000加仑(4000升)的水。废水从一端流入水箱，从另一端流出水箱。坦克的横截面是这样的:

在这张图片中，你可以看到三层。任何漂浮的东西都会浮到上面，形成一层叫做浮渣层．任何比水重的东西都会下沉形成污泥层．中间是一层相当清澈的水层。这一水体中含有细菌和化学物质，如氮和磷，它们可以作为肥料，但基本上不含固体。

污水从屋内的污水管道进入化粪池，如下图所示:

化粪池自然会产生气体(由细菌分解废水中的有机物质引起)，这些气体气味不好。因此，水槽有管道循环调用P-traps它将水保持在较低的回路中，并阻止气体回流到房子里。相反，气体通过排气管向上流动——如果你看任何房子的屋顶，你会看到一个或多个排气管穿了出来。

当新的水进入水箱时，它会把已经在那里的水排开。这些水从化粪池流出，流进排水领域．排水场是由有孔管道埋在充满砾石的沟渠中构成的。下图显示了房屋、化粪池、配电箱和排水场的俯视图:

典型的排水管道直径为4英寸(10厘米)，埋在深4至6英尺(约1.5米)、宽2英尺(0.6米)的沟渠中。砾石填满沟槽底部2到3英尺，泥土覆盖砾石，像这样:

水被排水地里的地面缓慢地吸收和过滤。排水场的大小是由地面吸收水的能力决定的。在一些地方，地面是坚硬的粘土，吸收水的速度非常慢，排水场地就得大得多。

化粪池系统通常只靠重力．水从房子往下流到水箱，又从水箱往下流到排水场。这完全是一个被动系统．

你可能听过这个说法，“草总是比化粪池更绿。”实际上，这是排水田，草更绿了——它利用了排水田的水分和养分。

在城市和郊区，人们挤在一起，有更多的废水需要处理，社区将建造一个污水收集系统，把废水送到废水处理设施。

照片礼貌photos.innersource.com 伊利诺伊州利伯蒂维尔的水处理厂

为什么井盖是圆的? 因为它避免了事故。由于井盖是圆的，井盖不可能掉到井盖上。如果它们是正方形或长方形，它们就可以。

在理想情况下，下水道系统是完全gravity-powered，就像一个化粪池系统。每栋房子或建筑物的管道都通向污水主要比如说，那条路就在街道中间。污水管的直径可能是3到5英尺(1到1.5米)。定期,垂直管会从主干线流到表面，在那里它被一个人孔盖．检修孔可以进入主管道进行维护。

污水管道流入越来越大的管道，直到到达污水处理厂。为了帮助重力发挥作用，污水处理厂通常位于低洼地区，污水管道通常会沿着河床和河床(自然下坡)流向处理厂。

通常情况下，地形不会完全配合，重力也不能做所有的工作。在这些情况下，下水道系统将包括grinder-pump或者一个电梯站把废水移到山上。

照片礼貌photos.innersource.com 螺杆

一旦水到达污水处理厂，它将经过一、二或三个阶段的处理(取决于工厂的复杂程度)。以下是每个阶段的作用:

• 第一阶段，称为主要治疗就像化粪池一样。它使固体沉淀出水中，浮渣上升。然后，该系统收集固体以供处置(在垃圾填埋场或焚化炉)。

  初级处理非常简单——它包括一个滤网，然后是一组水池或池塘，让水静置，以便固体沉淀。

  照片礼貌photos.innersource.com 主屏幕

  照片礼貌photos.innersource.com 主要澄清器

  一级处理可以去除水中一半的固体、有机物和细菌。如果工厂只做一级处理，那么水就会被氯化以杀死剩余的细菌并排放出去。

• 第二阶段，称为二级处理，去除有机物质和营养物质。这是在细菌的帮助下完成的——水流向大型的充气水箱，细菌在那里消耗它们能消耗的一切。

  照片礼貌photos.innersource.com 曝气池

  然后废水流入沉淀槽，细菌在那里沉淀。二级处理可以去除废水中90%的固体和有机物。

  照片的礼貌photos.innersource.com 二次澄清器

• 第三阶段，称为三级处理，视乎社区及污水成分而定。通常，第三阶段将使用化学物质去除水中的磷和氮，但也可能包括过滤床和其他类型的处理。加到水中的氯杀死了所有剩余的细菌，水就被排放出去了。

  照片礼貌photos.innersource.com 最后澄清器

  照片礼貌photos.innersource.com 氯化消毒柜

污水处理厂的有效性在几个不同的尺度上进行了测量。以下是一些最常见的:

• pH值-这是水离开植物后酸度的测量。理想情况下，水的pH值应该与接收植物产出的河流或湖泊的pH值相匹配。
• 生化需氧量(生物化学需氧量)—BOD是指在水中完成消化废水中残留有机物所需的氧气量。理想情况下，BOD为零。
• 溶解氧-这是水离开植物时的氧气量。如果水中不含氧气，任何与之接触的水生生物都会死亡。溶解氧应尽可能高，并需要覆盖BOD。
• 悬浮物-这是在水处理后残留在水中的固体的量度。理想情况下，悬浮固体为零。
• 总磷和氮-这是对水中剩余营养物质的测量。
• 氯-用来杀死有害细菌的氯需要被清除，这样它就不会杀死环境中的有益细菌。理想情况下，氯应该是检测不到的。
• 大肠杆菌计数-这是对水中粪便细菌残留的测量。理想情况下，这个数字应该是零。注意，环境中的水并不是完全没有粪便细菌——鸟类和其他野生动物确实引入了一些。

这些指标需要如此密切关注的主要原因是，任何社区都会产生大量的废水。污水处理厂每天的排放水平从1000万到1亿加仑(3800万到3.8亿升)不等。

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