LID與分散式污水處理技術與管理

 

第五章 LID與分散式污水處理技術與管理

本章探討了廣泛的基地生活污水處理和分散系統(也稱為分散生活污水技術和管理)如何提供可行的選擇，並使低衝擊發展和相關目標受益。

5.1 分散式生活污水管理簡介

50%以上的人口依靠基地系統處理和分散生活污水。這個數字可能會隨著發展而增加。基地生活污水處理和分散的傳統方法可能有局限性(需要大量的處理、生活污水分散和修復)，但當用於綜合自然和社會環境所有方面的總體低衝擊開發計畫時，它確實有一些好處。

分散式生活污水技術和管理的概念是指生活污水處理和分散系統，從單個基地處理系統(俗稱化糞池系統)到小型社區收集和處理系統。考慮了基地位置、設計、安裝、運行和維護。分散系統通常依賴於生活污水的土地利用(通過地表或地下擴散)。它們允許處理後的生活污水重新進入水文循環，靠近水被去除的地方，通常，就像單個系統的情況一樣，不到幾百英尺。它們被認為是非點源放電。這與集中式污水處理技術和管理不同，集中式污水處理技術和管理將污水收集並在大型公共工程處理廠進行處理。處理後的生活污水作為點源排放被分散到環境中，有效地去除了被利用區域的水。環境保護署(EPA)建議將分散式生活污水管理作為農村地區的首選。

5.2分散的生活污水和LID

將多個設施集中到一個大型排水場具有優勢。例如，排水場可以成為一個便利設施，作為步行道或其他活動的開放空間。排水場上不應設置永久性構築物，也不允許牲畜進入該區域。它可以作為山前大草原或其他類型的非樹木棲息地種植和管理。可以種植草、低矮植物和其他植被，只要它們不干擾系統的運行和維護。不應安裝灌溉系統。

所有化糞池系統在水從水井進入住宅時間接循環使用，供居民使用，然後作為生活污水沖入化糞池系統。生活污水不會留在化糞池系統中，而是緩慢地分散到土壤中，在土壤中進行自然處理並滲入地下水。這一過程使進入房屋的水保持在同一個流域，而不是集中的下水道和收集系統，這些系統可能在不同的流域運輸或處理生活污水，可能會耗盡當地的含水層和水道。

化糞池系統可以處理基地的營養物質。一個典型的四口之家每年將產生大約40磅的氮(N)和5磅的磷(P)，而草或其他植被可以在排水場上利用部分氮。剩餘的氮很可能以硝酸鹽的形式在地下水中遷移到場外，或者在土壤中自然反硝化。磷很可能吸附在土壤顆粒上。只要不發生侵蝕，土壤就會為生活污水中的磷提供一個大的吸收池。

生活污水中常見的病原體或細菌在基地被土壤有效地處理。一旦污水流入土壤，大多數病原菌和病毒就會被過濾掉或死亡。

生活污水可以進行處理，以便再利用。使用更先進的技術可以去除大多數病原體和營養物質。處理過的水可以用氯氣或紫外線消毒，也可以用來沖廁或澆水。以這種方式再利用生活污水減少了對我們有限的水資源的依賴。使用再生水灌溉的另一個好處是，這些植物減少了對化肥的需求，可以吸收一些養分。處理後的生活污水的再利用在世界各地都有實踐。

分散式系統可以使土壤和場地得到最佳利用。開發用排水場的位置可以利用合適土壤的區域，從而形成基地或場外(遠端)系統。生活污水也可以在集群系統中收集：它被收集在幾個房屋或建築物中，並分散在一個大型公共排水場或表面應用區域。

5.3 生活污水特性

生活污水是在水中傳輸的有機和無機成分的混合物。本章僅考慮營養成分和生物(致病)成分。其他成分包括脂肪、油和油脂(霧)以及無機物質，如土壤顆粒、藥品和個人保健品。儘管必須考慮和有效處理這些問題。

大多數生活污水不是從廁所或馬桶產生的；只有大約25%是作為廁所生活污水產生的(也稱為黑水)。另外25%來自洗澡，洗衣生活污水占另外25%。最後25%是廚房生活污水和其他用途。洗浴、洗衣和廚房生活污水通常被稱為灰水，但它們也可能含有細菌和營養物質，被視為黑水。

由於流入分散處理元件的生活污水含有人類廢物，因此其中會含有細菌，其中一些可能是致病性的。這些生物的名單很長，而且在不同的生活污水源之間有很大的差異。通常，生活污水的細菌學強度以糞便大腸菌群含量為特徵，以每100毫升菌落形成單位(CFU)表示。生活污水中除了細菌和生化需氧量(BOD)外，還含有N和P等營養物質，這兩種營養物質都具有顯著的負面生態影響。傳統的和先進的分散式污水處理系統都能有效地處理氮和磷。

生活污水特性的最後一個方面是流量。一般來說，住宅的流量是由臥室的數量決定的。一般假設一個人每天產生250公升的流量，每個臥室可能有兩個人，估計每個臥室每天產生500公升的流量。在設計一個系統時，住宅的臥室數量乘以500得到“設計流量”。然後將設計流量與土壤和場地因素(長期接受率或LTAR)結合使用，以確定系統的大小。當住宅使用其最大設計值的70%或更多時，就會出現問題。這會降低治理效率，並可能導致過早失敗。

5.4 系統中生活污水的處理

一旦生活污水在房子裡產生，它就會流入化糞池。化糞池是一個巨大的，防水的，鋼筋混凝土箱，埋在地下毗鄰房屋。化糞池的主要用途是作為固體沉澱池和生活污水儲存池。在這種環境中，由於缺氧，生活污水處理受到限制。儘管如此，生化需氧量和總懸浮固體(TSS)仍有所減少，一些營養素也略有減少，主要原因是浮渣層、污泥層或兩者兼有。

當生活污水從化糞池流出進入排水場及其下的土壤時，大部分的處理都發生了。在排水場內，污水從排水管的孔中流出，慢慢地通過礫石流到土壤中。一旦生活污水流入土壤，許多致病菌和病毒等較小的有機體就會被過濾掉或死亡。磷和某些形式的氮等營養物質可能吸附在土壤中，從而減少對環境的營養添加。在正常運行的排水場中，溝渠下面的土壤是有氧的(含氧)。需要好氧條件，以確保正確處理生活污水中的病原菌。深度處理系統可以通過常規和可預測的好氧處理生活污水脫氮實現高水準的處理。

5.5 生活污水系統類型

基地系統有大量的類型、大小和形狀，在本出版物中無法詳述，但它們都包含幾個共同的特性。通常，一個系統由四個基本部分組成：源頭(建築物)、化糞池、排水場和排水場下方的土壤。我們認為“系統”是生活污水從一個元件流向下一個元件的處理序列。分散式生活污水處理系統可分為三大類：單獨系統、場外系統和集群系統。在這些廣泛的組中的每一個組中，都可能有各種各樣的處理序列和元件。

5.6 生活污水系統的基地評估

一般來說，相對較深且排水良好的土壤最適合生活污水系統。排水良好的深層土壤可能是好氧的，並且比濕潤或排水不良的淺層土壤更有效地處理生活污水。此外，有一個緩坡(5%至15%是理想的)的開發場址允許更好的水管理。景觀位置也很重要。位於斜坡底部的系統往往比位於較高景觀位置的系統更成問題。任何允許水進入池塘的景觀位置(如窪地)都被認為是不合適的。

使用土壤形態和基地評估方法作為確定基地生活污水系統長期接受率的基礎。土壤質地用於確定給定位置的LTAR範圍。然後根據其他形態學因素調整LTAR。LTAR確定方法遵循逐步方法。最後，該系統是一個定制的設計，為每個房子，地段，細分，或社區。先進的處理和有效的管理可以降低LTAR，從而更有效地利用土地資源，降低對環境的整體風險。

5.7 生活污水系統選擇與設計

評估開發場址後，可以選擇系統類型。系統選擇首先基於土壤深度和可用空間。如果無法使用常規系統，則根據其他因素(如風險、成本和許可問題)選擇系統。

LID的一個優點是，該開發場址是在一個整體的方式評估。在某些情況下，制度選擇可能更多地基於環境風險，而不是權宜之計和成本。

任何類型的開發都應考慮生活污水需求。如果生活污水不能處理和分散(集中收集和處理或分散處理和分散)，那麼就沒有發展。分散的生活污水處理和管理在考慮更綠色(低衝擊)的發展時有一些特定的優勢。首先，對整個場地進行評估，以確定不同類型系統的最佳土壤位置。在這一階段，土壤和場地有助於確定雨水BMP的最佳區域，並確定需要特別注意的區域(泉水、滲漏、獨特植被等)。第二，這些系統允許局部含水層補給。飲用水通過飲用水井排出，在住宅或商業中使用，然後在土壤中處理或分散到靠近被排出的含水層中。與生活污水由遠離其源頭的中央處理廠收集、處理和排放相比，該工程方法更有效地維持了當地的基流。第三，較小的分散式系統將颶風等災難性事件的影響降至最低。換句話說，更小的系統更有彈性。其次，這些系統通常會降低總密度，因為必須留出土地用於生活污水處理和分散。這個空間可以被指定為開放的和受保護的。第五，有效地規劃和利用土地資源，包括分散的系統方法，成本低於中央下水道。分散的方法可以節省高達50%的初始開發成本和80%的長期成本。最後，需要對該區域進行評估，以便根據土壤和場地條件選擇最佳的場地技術。所有BMP(生活污水、施工、雨水和其他)應在一開始就考慮，以便每個BMP的設計與其他BMP相容。

系統設計和選擇必須考慮預期的日流量、預期的生活污水特性以及土壤和基地條件。申請人或業主的首選建築位置、建築占地面積、車道位置和其他結構的位置必須在適用時予以考慮。設計系統時必須考慮場地準備和景觀規劃。必須考慮適用的規章制度。例如，在某些情況下，北卡羅萊納建築法規要求地基排水，而地表水必須遠離製造房屋。供水分水嶺規則可能需要地表水的額外倒退。

選擇的LTAR取決於土壤和場地條件以及所考慮的系統類型。例如，對於傳統系統，粘土的LTAR在0.4到0.1 gpd/ft2之間，但是對於低壓管道系統，LTAR在0.2到0.05 gpd/ft2之間。此外，腐土系統和滴灌系統具有不同的LTAR。基地評估人員應與設計師密切合作，以確定適用於給定基地、系統和法規的適當LTAR。

系統方案將由可用土壤或腐土至不適宜層的深度、膨脹礦物學、限制層、土壤濕度、岩石、母材或不適宜腐土以及坡度決定。

與土壤和基地條件相匹配的基地系統，只要使用和維護得當，應能長期正常工作。如果連續超過每日流量、污水特性發生不利變化、未進行維護活動或部件損壞，則任何系統都不會按設計運行。

5.8 生活污水施工注意事項

排序和開發場址保護

系統、其他LIDBMP和結構的安裝方式必須相互不干擾。這需要與所有承包商協調。必須理解，如果生活污水系統(包括保留區)在施工過程中被破壞到不能使用的程度，則不得頒發佔用證書。

壓實

如果系統區域被壓縮，可能會導致系統過早故障。理想情況下，一旦安裝了系統，該區域(包括維修)將被標記，不會有其他交通經過。

場地清理

基地清理應儘量減少干擾和壓實。

最終分級

最後一步應該是對系統進行最終評分。應該盡可能用最小、最輕的設備來完成。系統的最終平整必須符合系統許可證，並允許適當的覆蓋，如草皮或低維護種植。

景觀綠化

施工後的景觀美化可以有利於或破壞基地污水處理系統。良好的景觀確保地表水流(包括屋頂逕流)從整個系統分流。不良的景觀美化使地表水流通過系統，或在系統或維修區域安裝其他雨水BMP，這應避免。鼓勵低地被植物、天然草和多年生植物種植，以儘量減少根系入侵、維護和場地干擾。不鼓勵在生活污水處理系統上安裝灌溉系統。

5.9 許可

在，各個機構監督分散的生活污水處理系統。所有地下系統都屬於基地環保部門管理，由當地衛生部門作為國家授權機構。所有適用於陸地或地表水排放的系統都屬於環保部門的監督範圍。每一個都有一套稍微不同的規則來管理系統的分類、許可、責任和執行。任何擁有或控制不由公共下水道服務的住宅、企業或公眾集會場所的人，必須在獲得任何建築許可證或開始施工前獲得化糞池許可證。

5.10 操作和維護

運行和維護是污水處理技術長期成功運行的關鍵，因此是系統生命週期的一部分。操作檢查可檢測可能導致系統故障的問題。對於傳統重力系統，系統管理的要素可能相對簡單，但隨著先進處理技術添加到處理序列中，複雜性增加。

系統監測和檢查的頻率與處理系統的複雜性、系統的生活污水負荷以及與系統故障相關的人類和環境風險有關。監測頻率通常由法規或規章規定。在許多情況下，法規和規章要求系統操作許可證，這可能要求房主與當地服務提供者簽訂維護合同。對於某些系統，需要授權的負責廠商。

已採用地方法規的縣可能有額外的管理參數。一些縣讓業主協會負責系統維護，而一些縣可能會選擇建立一個公共實體來監督基地生活污水系統的運行和維護。這樣的專案在降低系統故障率方面取得了成功。