福爾克·布魯斯瑪供圖
位于伊利諾伊州利
伯蒂維爾的廢水處理廠
馬桶面面觀這篇文章讓許多讀者不禁要問下一個(gè)合乎邏輯的問題：“那在我沖完馬桶之后發(fā)生了些什么呢？”
在本文中，我們將考察下水道系統(tǒng)的內(nèi)部工作方式之一，以使您了解它們是如何處理全世界每天制造出來的數(shù)十億升廢水的。
您每次沖
廁所或者將臟東西沖進(jìn)水池的下水道時(shí)，您就制造了污水（在文明社會(huì)里，也稱之為廢水）。很多人可能會(huì)問這樣一個(gè)問題：“為什么不把這些廢水簡(jiǎn)單地排放到屋外的土地上或附近的溪流里呢？”廢水有三個(gè)主要特征，使得人們不愿把它排放到環(huán)境中去：
它會(huì)發(fā)臭。如果您把廢水直接排放到環(huán)境中，它會(huì)非常迅速地散發(fā)出惡臭。
它含有有害細(xì)菌。人體產(chǎn)生的廢物天然含有大腸菌群（例如，大腸桿菌）和其他可導(dǎo)致疾病的細(xì)菌。一旦水體被這些細(xì)菌污染，將會(huì)對(duì)健康產(chǎn)生危害。
它含有能夠影響環(huán)境的懸浮固體物質(zhì)和化學(xué)物質(zhì)。例如：
廢水中含有氮和磷，它們是能夠促進(jìn)藻類生長(zhǎng)的肥料。而藻類的過量生長(zhǎng)會(huì)阻礙陽(yáng)光，污染水體。 廢水中含有的有機(jī)物質(zhì)會(huì)被環(huán)境中的細(xì)菌分解。細(xì)菌在分解過程中會(huì)消耗水體中的氧氣，由此導(dǎo)致的缺氧會(huì)致使魚類死亡。 廢水中的懸浮固體物質(zhì)會(huì)使水體變得混濁，并可能影響許多魚類的呼吸能力和視覺。 增加的藻類、降低的溶解氧濃度和混濁的水體會(huì)破壞溪流或湖泊對(duì)野生生物的支持能力，并造成所有魚類、蛙類及其他生物種類的迅速死亡。
沒有人愿意生活在一個(gè)發(fā)臭的、充滿致命細(xì)菌且無法支持水生生物生長(zhǎng)的地方。這就是城市建造廢水處理廠并通過執(zhí)法禁止將未經(jīng)處理的污水排放到環(huán)境中去的原因。
在農(nóng)村，房屋之間間隔很遠(yuǎn)，如果安裝下水道系統(tǒng)的話，造價(jià)將非常昂貴。因此，人們修建了各自的私人污水處理設(shè)施。這些設(shè)施稱為化糞池。
化糞池不過是埋在院子里的一個(gè)巨大的混凝土或鋼制儲(chǔ)水池。這個(gè)池子可以容納4000升水。廢水從化糞池的一端流入，從另外一端流出。化糞池的橫截面如圖所示：
在該圖中，您可以看到化糞池分為三層。那些能夠浮升到頂部的物質(zhì)形成浮渣層。那些比水重的物質(zhì)沉到底部，形成淤泥層。中間是相對(duì)清澈的水層。水層中含有細(xì)菌和化學(xué)物質(zhì)（如氮、磷等肥料），但是基本上不含固體。
廢水從房屋內(nèi)的下水管道流入化糞池，如圖所示：
化糞池在自然條件下會(huì)產(chǎn)生氣體（由細(xì)菌在分解廢水中的有機(jī)物時(shí)產(chǎn)生），這些氣體的味道可不好聞。因此，水池內(nèi)設(shè)有管道回路，稱為P形隔臭管，它可以把水?dāng)r截在較低的回路中，防止氣體倒流到房屋內(nèi)。這些氣體改而向上流入一根排氣管——隨便看看任何房子的屋頂，您都可以看到有一根或者多根排氣管伸出來。
當(dāng)新的廢水排入池中的時(shí)候，它會(huì)置換掉原來儲(chǔ)存在那里的水。被置換的水將流出化糞池，進(jìn)入排水區(qū)。排水區(qū)由埋在溝渠里的多孔管道組成，溝渠內(nèi)填滿砂礫。下圖是房屋、化糞池、配水箱和排水區(qū)的俯視圖。
一根典型的排水區(qū)管道的直徑為10厘米，埋在大約1.5米深、0.6米寬的溝渠內(nèi)。溝渠底部鋪蓋一層0.6到0.9米厚的砂礫，砂礫層上再覆蓋泥土，如圖所示：
排水區(qū)中的土壤會(huì)緩慢地對(duì)水進(jìn)行吸收和過濾。排水區(qū)的大小由土壤對(duì)水的吸收能力決定。如果土壤是硬質(zhì)粘土，對(duì)水的吸收非常緩慢，那么排水區(qū)就要大得多。
化糞池系統(tǒng)通常只由
重力來提供動(dòng)力。水從房屋向下流入化糞池中，再?gòu)幕S池向下流入排水區(qū)。這完全是一個(gè)被動(dòng)式系統(tǒng)。
您可能聽到過這樣一種說法：“化糞池上面的草總是更綠。”實(shí)際上，是排水區(qū)的草更綠，因?yàn)樗樟伺潘畢^(qū)內(nèi)的水分和養(yǎng)料。
在市區(qū)和近郊地區(qū)，人們居住得更為密集，而且有更多的廢水需要處理，因此社區(qū)會(huì)修建下水道系統(tǒng)來收集廢水，然后將其排入廢水處理設(shè)施。
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位于伊利諾伊州利伯蒂維爾的廢水處理廠
為什么檢修孔的蓋子是圓形的？因?yàn)檫@可以避免意外事故。由于檢修孔的蓋子是圓形的，因此它不會(huì)掉到檢修孔內(nèi)。如果它們是正方形或長(zhǎng)方形的，就有可能掉進(jìn)去。
在理想情況下，下水道系統(tǒng)就像腐化系統(tǒng)一樣，完全依靠重力來提供動(dòng)力。從各個(gè)家庭或建筑物中出來的管道接入污水干管，后者再繼續(xù)鋪設(shè)，例如沿著街道中心鋪設(shè)。污水干管的直徑大約為1到1.5米。每隔一段距離，就會(huì)有一條垂直管道從污水干管向上伸出地面，管孔用檢修孔蓋蓋住。維修工可以通過檢修孔進(jìn)入污水干管，以便對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。
污水沿著污水干管逐漸流入更粗的管道，并最終到達(dá)廢水處理廠。為了充分利用重力，廢水處理廠一般都修建在低洼地帶，污水干管經(jīng)常會(huì)沿著溪谷和河床（它們自然地流向低處）向廢水處理廠延伸。
一般情況下，地勢(shì)走向不會(huì)完全合乎要求，因此單靠重力不能完全解決問題。在這些情況下，下水道系統(tǒng)還將包括研磨泵或揚(yáng)水站，用來把廢水抽過高坡。
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螺桿泵
廢水到達(dá)廢水處理廠后，會(huì)經(jīng)過一個(gè)、兩個(gè)或者三個(gè)階段的處理（具體取決于處理廠的復(fù)雜程度）。每個(gè)階段的作用如下：
第一階段稱為一級(jí)處理，它和化糞池所做的工作相同：使固體物質(zhì)從水體中沉淀下來，并讓浮渣上升。然后，系統(tǒng)將固體物質(zhì)收集起來進(jìn)行處理（填埋或焚燒）。
一級(jí)處理非常簡(jiǎn)單，它由一個(gè)篩網(wǎng)以及隨后的一系列水池或水塘構(gòu)成 -- 水池或水塘的作用在于截留水流，從而讓固體物質(zhì)沉降下來。
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初級(jí)篩
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初沉池
一級(jí)處理可以去除水里一半的固體物質(zhì)、有機(jī)物和細(xì)菌。如果處理廠只對(duì)廢水進(jìn)行一級(jí)處理，那么對(duì)處理過的水再進(jìn)行氯化以殺死殘余細(xì)菌之后，就可以把廢水排放出去了。
第二階段稱為二級(jí)處理，目的是去除有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。這是借助于細(xì)菌來實(shí)現(xiàn)的 -- 廢水流入很大的曝氣池，在那里細(xì)菌將分解掉它們所能分解的任何物質(zhì)。
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曝氣池
之后，廢水流入含有大量細(xì)菌的沉淀池。二級(jí)處理可以去除廢水中90%的固體物質(zhì)和有機(jī)物。
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二沉池
第三階段稱為三級(jí)處理，其作用根據(jù)廢水中生物群落和成分的不同而變化。一般而言，第三階段將使用化學(xué)物質(zhì)來去除水中的磷和氮，除此之外，還可能包括濾床和其他類型的處理設(shè)施。向水中加入氯可以殺死所有殘留細(xì)菌，之后就可以把水進(jìn)行排放了。
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終沉池
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氯化池
廢水處理廠的效率是用幾個(gè)不同的指標(biāo)來衡量的。以下是最常見的幾個(gè)指標(biāo)： pH值——這是對(duì)即將排放出去的水的酸度的度量。理想情況下，這些水的PH值與接納它們的河流或湖泊的PH值相近。 BOD（生化需氧量）——BOD度量將排出水體中殘留的有機(jī)物全部消化掉所需的氧氣量。理想情況下，BOD值為零。 溶解氧——水在排出處理廠時(shí)所含的氧氣量。如果水中不含氧氣，那么進(jìn)入該水體的水生生物將無法存活。溶解氧應(yīng)當(dāng)盡可能高，并且需要超過BOD值。 懸浮固體——這是經(jīng)過處理后水體中殘留固體物質(zhì)的衡量指標(biāo)。理想情況下，懸浮固體為零。 總磷和總氮——這是水中殘余營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的衡量指標(biāo)。 氯——需要除去用于殺死有害細(xì)菌的氯，以保證其不會(huì)殺死環(huán)境中的有益細(xì)菌。理想情況下，氯的含量應(yīng)當(dāng)?shù)陀跈z出限。 大腸菌群數(shù)——這是水體中殘留糞便細(xì)菌的衡量指標(biāo)。理想情況下，該數(shù)量為零。需要注意的是，環(huán)境中的水體并不是完全不含糞便細(xì)菌的——鳥類和其他野生生物也會(huì)向其中排放一些。
之所以需要密切關(guān)注這些指標(biāo)，主要原因是任何社區(qū)都會(huì)產(chǎn)生大量的廢水。對(duì)于一個(gè)污水處理廠來說，每天的排放量達(dá)到3800萬升到3億8千萬升是很普通的。
