自然净化方法在生态建筑学中的应用

大自然拥有土壤、植被和微生物，具有良好的污水净化能力。例如，如果污水量不是很大，一条小溪就是一个净化系统。在自然界中，生物净化是通过大量多样的微生物分解污染物来实现的。地面作为过滤器时，机械净化也开始发生了。植物也在自然净化过程中起到重要作用。植物吸收水和养分，增加蒸发，同时给土壤上层的微生物提供氧气。

1）人造生态系统中的净化

污水净化设施因建造自然处理系统而得到发展，例如在净化的最后过程（废水深度处理）。模仿自然的净化系统可以分为以下几类：池塘、湿地、人工湿地和土地（可灌溉的）。

（1）池塘净化。池塘可用来净化污水（图3-183）。净化通过先沉积污泥到池底，然后池塘中的微生物分解污染物来运行。池塘水通过通风增加了含氧量，接着氮化合作用就可以进行。在池塘含氧量较低的区域，通过脱氮作用的进行，氮以氮气的形式释放到空气中。水生植物通过吸收营养物质并刺激微生物的活力来参加净化过程。以氨形式存在的氮通过植物转换为硝酸盐。数个池塘可以相互连通，每个池塘的水会相继得到净化。净化过程所需的植物和微生物会在几个池塘中自然地建立起来。植物生长通过使用沉积在池底的淤泥，将养分延续到生态圈中。

（2）湿地。湿地就像养分陷阱。氮转化为氮气或是储存在沉积物中。磷附着在水中的微粒中，沉积在底部固定起来。农业的高效伴随着对湿地的排放，河道校正及填充沟渠，导致自然净化能力的降低和养分流失到海洋中。通过重建湿地及湖泊、河流岸边湿地沼泽，就可以减少养分流失到海洋中。当今，人工湿地应用在数个不同的方面：作为市政净化设施的最后阶段，净化机动车道路径流；缓冲强降雨量和作为小型居住区的净化系统。

（3）人工湿地。人工湿地是集中建造起来的没有开放性水流的湿地。它们包括沙床上的水生植物。这里的生物化学过程和沙过滤沟渠及湿地是一样的。水生植物把氧气吸收到它们的根部，那里给污水净化微生物生存创造了一个优良的环境。水平面由一个溢出井控制，这个井最好置于地表以下以防止不好的气味。污水可以由一个人工湿地引入再由另一个人工湿地引出（水平人工湿地）（图3-184），或是将污水引入一个湿地的表面然后从底部引出（垂直人工湿地）（图3-185）。固定在植物和人工湿地底部的养分，可以通过清除底部材料（可以用新材料替换）并施在农田里和收获人工湿地的植物得到回归（图3-186、图3-187）。

图3-183　池塘净化污水示意图

（4）漫灌，吸收。有的净化设施使用漫灌沼泽来带走污水。直到收获这个系统中的植物，养分才能重新利用（图3-188）。

（5）温室水产。温室水产业是用来在封闭的系统中净化污水和生产热量、生物量、鱼和甲壳类生物。这项技术由美国的新炼金术（New Alchemy）协会发明（图3-189）。丹麦有些地方如科灵（Kolding）已有这项设施，在瑞典特鲁萨市（Trosa）的斯坦松德语言学校（Stensundsfolkhögskola）和索尔纳市（Solna）的叶维耶娃农场（Överjärva Gård）也已经试用。在斯堪的纳维亚，这些设施造价很高，运转也很困难，而且净化也有些问题。

图3-184　水平水流的人工湿地

图3-185　在人造自然系统中具备尿液分离厕所和净化功能的污水系统

尿液被收集在一个容器中，接着被当地农民利用。污水先在化粪池里预处理，然后抽进人工建立的通过喷雾方式送水的土壤过滤器中，磷接着又在使用钙作为媒介的水平过滤器中被吸收。总体的处理能力是：去除97%的BOD（生化需氧量），90%的磷，65%的氮。99.9%的细菌被去除。尿液分离去除了其中40%的磷和氮。操作简单费用也保持在低水平。资料源于彼得 瑞德斯托普（Peter Ridderstolpe），WRS乌普萨拉公司

图3-186　瑞典乌克瑟勒松德人工湿地(www.xing528.com)

这同时也是乌克瑟勒松德污水净化厂的最后处理阶段。氮的量减少的同时一个大量鸟类栖息的美丽湿地公园也被创造出来。插图为弗里茨 瑞德斯托普（Fritz Ridderstolpe）绘制

图3-187　处理污水的土工布

在水渗入大地前，用土工布过滤处理洗澡水、洗碗水和洗衣水（灰水）。插图为彼得 瑞德斯托普（Peter Ridderstolpe），WRS乌普萨拉公司

图3-188　西约特兰（Västergöt land）孔斯列那（Kungslena）

所使用的大水漫灌的污水净化系统

图3-189　建筑附属温室净化污水的构造组成

灰水经污泥分离后，能在一个建筑附属的温室中被净化。既然温室植物生长期由于温室及建筑和污水的废热得到延长，那么净化在一年的大多数时期都可以进行

图3-190　人工湿地系统（或植物覆盖的沙渠）的细部

该系统可以把灰水净化为高质量表层水。选择不同的植物来满足建造生态系统的不同目的。资料源于福尔克 冈瑟（Folke Günther）

2）灌溉

用污水灌溉给植物提供了水和养分，同时也净化了污水（图3-190）。在北方有一个问题是植物生长期是有限的，而污水却每时每刻都在产生。一个解决的办法是冬天用池塘储存污水而夏天用污水灌溉植物。另一个问题对致病物质的担忧，那就可以用污水来灌溉一定范围内的能源林。举例来说，在哥特兰岛（Gotland），用污水灌溉作物是相对普遍的，人们有很多关于什么作物能灌溉、什么时候灌溉以免传染疾病的知识。分离的污泥和过滤后的洗涤水可以用来灌溉私人温室，在土壤下面可以避免气味。既然厕所污水不包含在灰水中，疾病传染就不用考虑了。