个人，尤其是在城市环境中，如何回收水？作为可持续发展运动的一部分，灰水过滤在美国越来越受欢迎。灰水可以通过机械、生物和化学过程进行修复。我们的项目将侧重于使用回收材料构建一个通过生物和机械过滤过程过滤灰水的系统。对于这个项目，我们的团队将为纽约布鲁克林的屋顶应用开发一个小型系统。
随着用水量的增加，充分利用水并探索修复和回收受污染水的方法变得越来越重要。我们的团队相信，我们可以开发一个小型系统，为人们提供水来种植植物，甚至是可用于恢复项目的树苗。此外，我们希望我们的项目能够促进可持续实践、经济本地化和水回收意识。我们的项目团队将与玛丽·马丁利（Mary Mattingly）合作，她是一位多才多艺的纽约艺术家，她的愿景是通过利用屋顶空间为城市地区的人类创造更可持续的栖息地。在整个设计过程中，Carter Environmental 的 Andrew Carter 和 Appropedia.org 的 Lonny Grafman 也将为我们提供建议。
标准
| 标准 | 约束 | 重量（0-10） |
|---|---|---|
| 重量 | 尽可能轻，两个人即可轻松移动，适合屋顶应用。 | 9 |
| 成本($) | 一定很便宜，〜> 200美元。 | 8 |
| 维护 | 尽可能少，每周 > 3 小时。 | 5 |
| 水过滤等级 | 水必须按照纽约市政水标准进行过滤，并经过充分过滤才能用于园艺。 | 8 |
| 藻类生产水平 | 每周生产并燃烧足够的藻类来煮沸一加仑水。 | 5 |
| 粮食生产水平 | 水生植物、鱼类和其他食物来源将直接或间接由该系统生产。 | 7 |
| 嵌入式能源/再生材料 | 尽可能多地使用回收/再生材料，新/用过的材料应含有低水平的嵌入能量。 | 8 |
| 再现性 | 该系统可以很容易地用现成的/低成本的材料复制。 | 6 |
| 美学 | 高度的酷感和独特性。 | 4 |
| 教育价值 | 该系统应体现生态和可持续性原则。 | 5 |
我们的系统满足上述最重要的标准。通过使用塑料桶和注重重现性的设计，最大限度地减轻了整个系统的重量。系统的所有部分都可以轻松拆卸以进行维护或根据特定设置或目的定制布置系统。我们的设计中大量采用了回收材料，使基础设施的成本不超过 100 美元。一旦植被完全建立，必须对系统进行进一步的测试。这些测试将确定在保留时间和额外灰水流入方面运行系统的最有效方式。
过滤后的水可用于灌溉园林绿化或果树。我们还希望看到该系统用于种植树苗，这些树苗可用于纽约布鲁克林的城市恢复项目。培育树苗还将在未来几十年内封存碳，并增加树木种植地区的审美价值。必须完成进一步的测试，以确保水得到充分过滤，并确定它是否可以用来种植供人类食用的水果或蔬菜。
总体而言，该系统满足重量、成本和回收/再循环材料的使用等最重要的标准。该系统可以轻松复制、合并到各种设置中或进行更改以满足自定义需求和要求。此外，该系统的规模可以增加以支持更大的家庭。这是通过添加额外的处理单元来实现的，这些处理单元增加了系统的体积并提供了更高程度的过滤。
预算和材料
| 数量 | 材料 | 来源 | 成本 | 全部的 |
| 5加仑桶 | 什锦 | |||
| 1 | 浴缸 | 二手的，私人的 | ||
| 3 | 填缝剂 | 高手 | 7 美元 | 21 美元 |
| 3磅 | 芦苇 | 集 | ||
| 2磅 | 苔藓 | 集 | ||
| 1磅 | 浮萍 | 集 | ||
| 1磅 | 水葫芦 | 苗圃 | 3.50 美元 | 3.50 美元 |
| 3磅 | 水生植物 | 苗圃 | 10 美元 | 10 美元 |
| 10英尺 | PVC管道和配件 | 五金店 | 20 美元 | 20 美元 |
| 10英尺 | 管道 | 五金店/私人 | ||
| 1 | PVC切割机/锯 | 高手 | 10 美元 | 10 美元 |
| 3 英尺^3 | 碎石 | 采石场 | 10 美元 | 10 美元 |
| 2 英尺^3 | 沙 | 海滩 | ||
| 待定 | 硬件 | 高手 | 12 美元 | 12 美元 |
| 6 | 植物托盘 | 苗圃 | ||
| 1英尺^3 | 土壤 | 铲 | ||
| 2 年^2 | 玻璃纤维盖 | 回收的 | ||
| 最终设计成本不到 100 美元。这是通过结合回收材料并利用重力为系统提供动力来实现的。 | ||||
每周展望
- 收集容器，开始标本生长 (3/13/10)
- 设计研究，进一步采购外壳材料 (3/20/10)
- 监控生长、数据收集和实验 (3/28/10)
- 完成外壳结构并开始过滤模拟 (4/3/10)
- 继续过滤模拟和数据收集 (4/3/10 - 4/10/10)
- 根据测试优化系统植被 (4/17/10)
- 动物介绍、水质检测 (4/25/10)
- 持续的水质检测和调整（2010年5月1日）
- 最终系统评估和强化；改进和维护建议 (5/3/10)
调整系统规模
| 内部活动 | 使用加仑（常规） | 使用加仑（保守）1 |
|---|---|---|
| 马桶冲水 | 5-7 | 1.5-3.5 |
| 淋浴 | 7-10（每分钟）2 | 2-4（每分钟）2 |
| 浴缸（全浴缸） | 36-50 | 30-40 |
| 洗衣机 | 60（顶部装载） | 42（顶部装载机） |
| 洗碗机 | 15（正常负载） | 7.5-10（正常负载） |
| 手洗餐具 | 30（点击运行） | 10-20（点击跑步） |
| 剃须 | 20（点击运行） | 2-5（点击跑步） |
| 刷牙 | 10（点击运行） | 2-3（点击跑） |
| 洗手 | 2（点击运行） | 1-2（点击跑步） |
1飞艇内的人员将力求尽可能保守。2平均淋浴时间 = 12-15 分钟（30-150 加仑，具体取决于保护情况）
| ||
设计过程
初步设计草图
一个不断变化的项目
最初，我们的项目范围包括屋顶水产养殖外壳。随着我们的研究开始展开，在纽约布鲁克林的屋顶上养鱼的复杂性变得非常明显。我们必须应对不同季节的温度波动，找到处理或过滤水的方法，以防止水对鱼有毒，然后出现的问题是哪些种类的鱼可以在高度变化的季节条件下生存。整个过程很快变得令人畏惧且高度复杂。然而，在与我们的项目联系人交谈后，我们发现我们的客户更需要灰水过滤系统，该系统可用于灌溉项目所在屋顶空间的植物和蔬菜。我们用来构建这样一个系统的许多材料已经存在于布鲁克林的屋顶上。
通过我们的研究，我们确定了几个大型处理沼泽，类似于目前在加利福尼亚州阿克塔运作的沼泽，这些沼泽非常有效，但我们的困难在于确定一种流程，将这些较大的系统简化为我们可以放入顶部一系列桶中的系统屋顶的。我们首先考虑使用长槽，里面装满已知可以修复污染水的湿地物种，但这种设计理念会占用很大的面积，而且还会违反我们标准中最重要的组成部分：重量。我们的团队无法找到任何方法可以将水、生长介质、轻型围护槽和湿地植物结合在一起，从而避免给系统带来巨大的重量。我们再次努力评估可以纳入项目区域的任何现有设计的可行性。幸运的是，布鲁克林的这座建筑的建造方式可以支撑额外的几层楼，因此它足够坚固，可以在一小块平方英尺的面积上承受至少几百磅的重量。WaterPod 项目给了我们灵感，将基于桶的系统融入到我们自己的项目中。在审查了我们研究中的几种水处理系统设计后，我们确定这种类型的基础设施是我们模仿废水处理中存在的大型池塘式系统的首选替代方案。布鲁克林的这座建筑的建造方式可以支撑额外的几层楼，因此它足够坚固，可以在一小块平方英尺的面积上承受至少几百磅的重量。WaterPod 项目给了我们灵感，将基于桶的系统融入到我们自己的项目中。在审查了我们研究中的几种水处理系统设计后，我们确定这种类型的基础设施是我们模仿废水处理中存在的大型池塘式系统的首选替代方案。布鲁克林的这座建筑的建造方式可以支撑额外的几层楼，因此它足够坚固，可以在一小块平方英尺的面积上承受至少几百磅的重量。WaterPod 项目给了我们灵感，将基于桶的系统融入到我们自己的项目中。在审查了我们研究中的几种水处理系统设计后，我们确定这种类型的基础设施是我们模仿废水处理中存在的大型池塘式系统的首选替代方案。
图 1：挡板可防止厌氧条件的形成。
图 2：3 个桶系统：沉淀池和 2 个处理池。
图 3：将填充 Bull Rush 和香蒲的处理室。
图 4：用回收水壶制成的隔油池。
收集、构建和测试……但没那么快
一旦我们充分发挥想象力设计灰水处理系统，我们很快就会被大量的问题淹没。我们真正需要多少桶？系统应该有多大才能支持 1-2 个人的用水？这一切如何组合在一起？人们平均每天实际使用多少水？诸如此类的问题以及更多的问题很快就使我们的设计过程变得更加复杂。最重要的是，当地的废料场和苗圃对捐赠桶不感兴趣，但他们想要每桶 80 至 250 美元。我们的目标是远低于 200 美元，并希望通过尽可能多地采用回收和再生材料来达到这个数字。我们开始检查阿卡塔回收中心和其他当地来源的旧桶。谁会想到最难回答的问题是：你知道这个桶里以前装过什么吗？大多数重型桶用于储存化学品和工业废物。其他用于运输食品级油和甘油。这些就是我们想要的。幸运的是，我们在校园里有一个联系人，能够买到三个已经空了多年、一直在收集雨水的桶。尽管看起来很简单，但为我们的系统提供外壳以及构建处理系统所需的基础设施的基础仍然让人松了一口气。幸运的是，我们在校园里有一个联系人，能够买到三个已经空了多年、一直在收集雨水的桶。尽管看起来很简单，但为我们的系统提供外壳以及构建处理系统所需的基础设施的基础仍然让人松了一口气。幸运的是，我们在校园里有一个联系人，能够买到三个已经空了多年、一直在收集雨水的桶。尽管看起来很简单，但为我们的系统提供外壳以及构建处理系统所需的基础设施的基础仍然让人松了一口气。
我们的研究还重点关注对灰水进行生物修复的湿地植物物种，为我们提供安全的最终产品。参观阿克塔当地的废水处理厂让我们了解了我们将在系统中使用的物种。安德鲁提出的建议之一是确定并模仿自然系统。观察处理设施的氧化池和沉淀池，有两种特殊的物种分布广泛，尤其参与废水的修复。其中包括常见的香蒲和芦苇。这两个物种也一起生长，由于香蒲的根部较浅，而芦苇的根部较深，因此可以有效过滤更多的水柱。这两种物种在当地水体中都很容易获得，幸运的是，除了深入泥土以确保提取可行的根系之外，我们还能够免费获得这两种物种。该项目施工时正值春季，许多物种正从休眠状态进入夏季生长季节。然而，三月初提取的香蒲没有明显的新根生长。因此，我们系统中收获的大部分活植物都是在四月提取的，当时香蒲和芦苇的根部长出了明显更大的根。我们将这些物种放入 5 加仑的水桶中，以使其持续生长并形成可行的根系，从而充分过滤进入我们系统的灰水。我们设计过程的下一步涉及解决我们的研究材料中不断出现的一个重要问题；如何防止厌氧条件的发展。
图 5：连接到挡板上的水交换软管。
图 6：回收的烤箱架使植物根部保持悬浮状态。
图 7：15W 水族箱泵重新循环水以进行更广泛的处理。
图 8：系统在重力的帮助下流动。
水循环、挡板和避免厌氧条件
定殖在湿地物种根部周围的细菌与植物建立共生关系，为它们提供繁殖的庇护所。定殖在香蒲和芦苇根部的微生物粘液中的细菌和微生物都与植物一起修复水。拥有这些生物体的健康菌落大大提高了过滤能力，这对于我们自己的系统非常重要。这些生物需要氧气来代谢水中的有毒物质，当它们没有氧气时就会死亡，并产生厌氧条件，产生强烈的气味，这在住宅灰水处理系统中是不理想的。由于我们的系统包含三个桶，总容量约为 120 加仑，
为了阻止我们系统中形成厌氧条件，我们在桶中加入了挡板，迫使水柱混合。我们从我们的研究中得到了这个想法，我们观察到许多系统都包含了这个想法。尽管我们寻找灵感的系统都没有同时使用桶和挡板，但我们相信我们可以让它发挥作用。此外，我们的目标是在设计中尽可能减少影响，并且设置大量电动泵来混合水柱并使其通气并不是首选选择。在努力应对厌氧条件的同时，我们还必须为系统提供足够的保留时间，以便对灰水进行适当的修复，这一点变得越来越重要。这是一系列难以平衡的要求。我们利用从沉降池到每个连续池的重力进料，以减少对电动泵的需求，并使项目的影响尽可能低。然而，我们确实在最后一个桶中使用了一个小型水族泵（~15W）将水重新循环回到第一个处理桶中，以确保灰水得到充分处理。该泵基本上将第二个处理桶中的水滴重新循环回到第一个处理桶中，以保持较长的保留时间，同时避免形成厌氧条件。我们还建议尝试使用自行车打气筒或其他形式的手动循环来解决这两个问题。很遗憾，
图 9：运行中的系统顶视图。
图 10：根部周围形成微生物粘液，细菌在此定居并修复灰水。
图 11：牛市底部的健康增长。
图 12：已完成的系统，未来将进行更多测试和监控。
结果
我们项目的最终设计反映了我们要满足的标准。通过采用塑料桶，系统的重量保持在最低限度，但由于水的存在，系统仍然散发出很大的重量。通过合并尽可能多的回收基础设施组件，我们的系统成本也保持在较低水平。该系统易于拆卸，以便维护、重新定位和未来改进。未来必须对该系统的水过滤能力进行测试，然后才能对其用于供人类消费的植物的安全性做出任何合法的声明。
我们建议将来对该系统进行 BOD、营养水平和整体水体修复测试。为此，我们在系统中引入的湿地物种需要一个完整的生长季节来建立足够的根系，从而提供适当水平的生物过滤。我们鼓励进一步试验替代曝气方法、再循环技术、物种组成和灰水浓度。我们还建议采取以下措施来改进和扩展系统性能：
- 手动曝气技术。（自行车打气筒、脚踏打气筒等）
• 使用可再生能源为再循环提供动力。（太阳能、风能和废热）
• 使用修复水种植树苗，用于恢复项目。
• 使用额外的处理单元进行实验以增加系统的容量。
• 实施替代挡板设计和布置。
• 找到一种方法来封闭沉淀池和处理池，同时仍保持植物生命。
• 尝试替代隔油池设计，即随水位波动的浮动隔油池。
• 开发维护后手动虹吸的替代方法。
• 对再循环泵进行进一步/更广泛的保护，以降低维护要求并延长泵的使用寿命。
• 使用沙子和砾石帮助入口和出口附近的过滤和再循环。
文献综述
水产养殖过滤与化学
水产养殖中存在许多关于水质和环境毒性的问题。该资源概述了过滤方法、水质控制方法以及针对海洋和淡水过滤系统的各种建议。[1]
水产养殖中使用的物种类型
本书提供了大量有用的材料，包括可用于水产养殖的不同种类的鱼类和灰鱼的描述。此外，这份参考资料为我提供了有关小型水产养殖系统的信息，这些系统可与我和我的队友正在设计的系统相媲美。它还对冷系统提出了建议，我们将在冬季将其应用于东海岸的气候。[2]
一般水产养殖信息。（疾病）
该资源提供了有关一般水产养殖程序的广泛信息。然而，最有价值的部分涵盖了影响水产养殖系统的不同类型的疾病，特别是那些规模较小的疾病。这本书很好地涵盖了涉及收获、营养和饲料类型的大量信息。此外，本文列出并描述了可在我们的小规模系统中使用的几种潜在物种。[3]
集成系统：海藻和蔬菜与水产养殖
这篇同行评审的文章讨论了水产养殖背后的全球经济的各个方面。它阐述了有关全球水产养殖产量和未来需求预测的有用事实。本文还讨论了使用蔬菜和鱼类的集成系统。海藻生产也被认为是一种可行的水产养殖产品。讨论了各种主题，但文章的大部分内容围绕海藻综合系统和水产养殖的经济影响。[4]
发展中国家人工湿地用于废水处理和再利用的潜力：综述[5]
有关不同植物的有用性和灰水系统的物理特征的信息，特别是不同水生植物的吸收值，重点介绍水葫芦
循环垂直流人工湿地（RVFCW）——一种回收灰水用于小型社区和家庭灌溉的新方法[6]
文章回顾灰水处理系统的规模及其过滤水的能力
使用垂直流人工湿地现场处理生活废水：丹麦新指南[7]
审查地下灰水处理系统及其实施的丹麦指南
以 Arcata 为例的一般湿地信息
一个很棒的网站，提供有关阿卡塔和洪堡县当地湿地物种的具体信息。关于我们正在尝试将其纳入我们自己的系统中的物种的详细信息：香蒲科（Typha Latifolia）和普通灯心草（Juncus Effusus），特别是牛灯心草。[8]
所有工厂指南及资料表附件：
自然资源保护局提供了有关 Bull Rush 和香蒲的详细情况说明书。这是一个巨大的植物资源，包含所有植物分类的非常有价值的信息。[9]
湿地植物物种的丰富资源（可邮购）：
这是一个有趣的资源，可以选择邮购一些植物、树木和灌木。如果我们无法收集自己的植物，这将是最后的手段。该苗圃位于俄勒冈州塞勒姆，这将防止物种被引入完全不同的栖息地，从而对其适应和生长产生不利影响。[10]
您可以在此处找到常见且廉价的湿地植物的示例以及灰水过滤的总体概述。
该网页提供了大量的介绍性信息，可以让人们思考灰水系统以及有利于融入其中的植物物种。我推荐此页面作为向人们介绍过滤废水概念的一种方式。[11]
湿地图
本页包含各种类型湿地中发现的水深和相关物种的图表。它很好地传达了含水土壤和非含水土壤之间发生的自然过渡。这将是一个很好的图形，可以让人们了解存在并最终构成整个生态系统的各种类型的子栖息地。每个含水土壤类别中概述了几种类型的物种，它确实说明了湿地系统的多样性和独特性。[12]
参考
- ^ 史蒂芬·斯波特. 鱼类和无脊椎动物养殖。纽约：John Wiley & Sons，1970 年。印刷。
- ^ 尼克·罗曼诺夫斯基. 可持续淡水养殖：从后院到投资者的完整指南。悉尼：新南威尔士大学出版社，2007 年。印刷。
- ^ 斯蒂克尼, 罗伯特. 水产养殖：介绍性文本。2 版。纽约：Cabi，2009 年。印刷。
- ^ 尼奥里、阿米尔、蒂埃里·肖邦和马克斯·特罗尔。“综合水产养殖：强调现代海水养殖中海藻生物过滤的基本原理、演变和最新技术。” 水产养殖231.1-4（2004）：361-391。打印。
- ^ http://dx.doi.org/10.1016/S0925-8574(00)00113-0
- ^ http://dx.doi.org/10.1016/j.chemosphere.2006.06.006
- ^ http://dx.doi.org/10.1016/j.ecoleng.2005.07.009
- ^ http://web.archive.org/web/20100530235553/http://www.nwplants.com:80/plants/wetlands/wet_index.html
- ^ http://plants.usda.gov/java/factSheet?sort=comname
- ^ http://www.nwplants.com/business/catalog/index.html
- ^ http://bogs-marshes.suite101.com/article.cfm/marsh_plants_that_clean_grey_water
- ↑ http://www.newp.com/wetland.jpg
在线参考资料
http://www.newburyportnews.com/permalink/local_story_228144543：大学教授推动城市水产养殖
http://web.archive.org/web/20150221214321/http://aquaculturetanks.net:80/hybrid-striped-bass/：混合条纹鲈鱼和水产养殖的 youtube 视频
http://web.archive.org/web/20130121213752/http://www.pondsolutions.com:80/holding-tanks.htm：储罐价格