（环境工程专业论文）敦煌莫高窟生活污水的地埋式sbr处理研究.pdf

兰州人学硕士学位论文敦煌荧高窟生活污水的地埋式处理研究 摘要 莫高窟位于甘肃省敦煌境内，莫高窟是世界上现存规模最大、内容最丰富 的佛教艺术圣地。1 9 6 1 年国务院公布为第一批全国重点文物保护单位。1 9 8 7 年联合国教科文组织公布为世界文化遗产。 本次研究，在野外调查、实地取样的基础上，对莫高窟污水的水质和水量的 特征进行系统的归纳和总结。分析了比较适合莫高窟生活污水治理的工艺流程。 莫高窟的特殊地理位置和文化环境，要求污水处理站达到更高的水平。用地 省、与周围景观协调、绿色、清洁、不会产生臭味、安全可靠的新型地埋式污水 处理站则是取代传统泵站的选择。地埋式泵站更具有管理人员少、劳动强度低、 工作环境得到改善等诸多优点。 莫高窟生活污水生化性比较好( b o d 。c o d 臼= o 5 0 3 ) ，适宜采用生物处理。 而a o 工艺与a 2 o 工艺更加适用于处理氮、磷营养元素过高的污水。莫高窟污水 的主要处理目标是c o d 、b o d 和s s ，我们需要的是最简单、有效的处理c o d 、 b o d 和s s 。 张再利经过实验得出结论：在膜生物处理系统中，c o d 总去除率保持在9 0 以上。那么，如果将该工艺实施在莫高窟污水处理系统中，那么在系统正常运转 的情况下的出水c o d 将会在2 8 m l 以下，可以达到莫高窟污水处理的要求。 李小军、杜馨和董国日分别运用s b r 工艺所得出水c o d 均较为稳定，c o d 值均保持在5 0 m g l 以下。如果将莫高窟污水处理系统设置成s b r 处理工艺，正常 运行的出水c o d 将会保持在5 0 m 叽以下，能够达到污水处理目标。 经过比较膜生物反应工艺和s b r i 艺的投资、可行性，本论文认为s b r 工艺 更加适合处理莫高窟生活污水。 关键词：莫高窟；生活污水；污水特征；地埋式；m b r ；s b r 兰州人学硕一l ：学位论文敦煌莫高窟生活污水的地埋式处理研究 a b s t r a c t m o g a o g r o t t o e sl i e si ng a n s u p r o v i n c e ，d u n h u a n gc i t y i th a sb e c o m ei ti sa l s o t h eb i g g e s t ，t h em o s ta b u n d a n tp l a c ei nt h ew o r l d m o g a og r o t t o e sw a sb e c o m eo n eo f t h ef i r s tg r o u po fn a t i o n a lk e yc u l t u r a lp r e s e r v a t i o nc e n t e r si n19 61 ，a n dt h ec u l t u r a l h e r i t a g ei nt h ew o r l di n19 8 7 b yf i e l di n v e s t i g a t i o n ，d i s c h a r g em e a s u r e m e n to nt h es p o ta n ds a m p l i n g ， s y n t h e s i z i n ga n da n a l y z i n gt h ed a t a ，t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h es e w a g et h e r ea n dt h e c h a n g er e g u l a t i o n so ft h eq u a l i t ya r ed i s c u s s e da n ds u m m a r i z e d u n d e r g r o u n de n t i r et r e a t m e n tt e c h n o l o g yi sp r e f e r a b l e t r a d i t i o n a lp u m p i n g s t a t i o n sm u s tb er e p l a c e db yu n d e r g r o u n ds t y l ew h i c ho c c u p y i n gl e s sa r e a ，h a r m o n i z e w i t ht h es u r r o u n d i n g s ，a n dc l e a n ，o d o r l e s sa n ds a f ea tt h es a m et i m e ，r e m a r k a b l y r e d u c i n gi r k s o m es o u n dp o l l u t i o na n df e t o r b o d s c o d c r = 0 5 0 3o fs e w a g ei nm o g a og r o t t o e sm a n i f e s t st h a tt h es e w a g e i nm o g a og r o t t o e sf i t st ob et r e a t e dt h r o u g ht h eb i o l o g i c a lw a y b u ta os y s t e ma r e w i d e l yu s e dt or e m o v en i t r o g e n b u tt h et r e a t m e n ti nm o g a og r o t t o e sa i m st o c o d ，b o da n ds s z h a n gz a i l is a y st h a tt h er e m o v a lo fc o d i nt h em e m b r a n eb i o l o g i c a lr e a c t o r a d d su pt o9 0 i fw et a k es u c ht r e a t m e n ti n t ot h eo n ei nm o g a og r o t t o e s ，a n dc o d o fd i s c h a r g ew o u l db eb e l o w2 8m g l ，w h i c hm e e t st h ed e m a n do f , m o g a og r o t t o e s l ix i a o j u n ，d ux i na n dd o n gg u o r ia l lu s es b rs y s t e mt os o l v et h ew a t e r p o l l u t i o n ，a n da 1 1b e l o w5 0m e r l e i fw ed e s i g nt h em o g a og r o t t o e s st r e a t m e n ta ss b r , t h ec o do f d i s c h a r g ec o u l db eb e l o w5 0m g l c o m p a r e dw i t hm b r ，s b ri sp r e f e r a b l ef o rm o g a og r o t t o e s k e y w o r d s ：m o g a og r o t t o e s ；s e w a g e ；t h ec h a r a c t e r i s t i co ft h ew a s t e w a t e r ； u n d e r g r o u n ds t y l e ；m b r ；s b r i i 兰州人学硕士学位论文敦煌莫高窟生活污水的地埋式处理研究 图 图 图 图 图表目录 一l 莫高窟的九层楼1 2莫高窟内壁画飞天( 局部) 2 - 3莫高窟万佛洞( 局部) 3 - 4 论文的技术路线图9 图2 - 1敦煌莫高窟位置图一l o 表2 1大泉河水质监测结果统计表1 3 表2 - 2地表水现状监测分析结果1 4 表2 - 3 莫高窟地下水监测结果统计表一1 7 表2 - 4地下水现状监测结果一1 8 图2 22 0 0 7 年4 月于莫高窟顶监测的气温值1 9 图2 32 0 0 7 年4 月于莫高窟顶监测的相对湿度值1 9 图2 - 42 0 0 7 年4 月于莫高窟顶监测的降雨量值2 0 图2 52 0 0 7 年5 月莫高窟顶风玫瑰图2 0 图2 - 62 0 0 7 年5 月的于莫高窟顶监测的各风向之风力图2 0 图2 72 0 0 7 年5 月的莫高窟顶日最大风速与风力图2 1 图2 8 近六年的游客数量对比图2 3 表3 - 1 污水综合排放中的一级标准表”2 5 表3 2 污水现状监测分析结果2 5 图3 - 1 莫高窟区主要污染源分布图”2 7 表3 3 莫高窟区生活污水排放现状2 8 图4 - 1 生物接触氧化法基本流程示意图”2 9 图4 - 2s b r 法曝气池运行操作工序示意图“3 1 图4 3 刖。法基本流程示意图一3 4 图4 4a 2 o 法基本流程示意图3 5 图孓1 窟区污水的生物接触氧化法流程图3 9 图5 - 2 调节池平面图一4 0 图5 - 3 膜生物反应器平面图4 l 图5 _ 4 莫高窟生活污水处理工艺流程一4 3 图5 - 5s b r 调节池平面图4 4 图5 _ 6s b r 反应池平面布置4 6 图5 - 7 单个s b r 反应池内部设置图4 7 v 兰州大学硕t ：学位论丈敦煌萸商窟生活污水的地埋式处理研究 原创性声明 本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立 进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发 表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明 引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研 成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以 明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：日期： 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属兰州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定， 同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版， 允许论文被查阅和借阅；本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和 汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相 关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为兰j l 大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名：导师签名：兹丝鎏e l ! 州 学砸学位论文敦煌莫商窟生活污水的地埋式址q 究 第1 章绪论 1 1 研究背景 莫高窟属全国重点文物保护单位，是世界文化遗产。莫高窟俗称千佛 洞，坐落在河西走廊的西端，以精美的壁画和塑像闻名于世。它创建于公 元3 6 6 年，经过千年的凿窟造像，形成了南北向展布，总长1 7 1 0 m 的石窟 群，现己查明现存7 3 5 个，有壁画、彩塑的石窟4 9 2 个( 主要集中在南窟) 、 壁画45 万平方米、泥质彩塑2 4 l5 尊，是世界上现存规模最大、内容最丰 富的佛教艺术圣地。藏经洞内有5 万多件古代文物，由此衍生专门研究藏 经洞典籍和敦煌艺术的学科一一敦煌学。 图卜1 莫高窟的九层楼 莫高窟是一座融绘画、雕塑和建筑艺术于一体，以壁画为主、塑像为 辅的大型石窟寺。它的石窟形制主要有禅窟、中心塔柱窟、殿堂窟、中心 佛坛窟、四壁三龛窟、大像窟、涅磐窟等。各窟大小相差甚远，最大的第 1 6 窟面积达2 6 8 平方米，最小的第3 7 窟高不盈尺。窟外原有木造殿字， 并有走廊、栈道等相连，现多已不存。 = h # 学位论立敦煌萸岛窟生活日水的地埋止处理宄 图i - 2 莫高窟内壁画飞天( 局部) 莫高窟壁画绘于洞窟的四壁、窟顶和佛龛内，内容博大精深，主要有 佛像、佛教故事、佛教史迹、经变、神怪、供养人、装饰图案等七类题材， 此外还有很多表现当时狩猎、耕作、纺织、交通、战争、建设、舞蹈、婚 丧嫁娶等社会生活各方面的画作。这些画有的雄浑宽广，有的鲜艳瑰丽 体现了不同时期的艺术风格和特色。中国五代以前的画作己大都散失，莫 高窟壁画为中国美术史研究提供了重要实物也为研究中国古代风俗提供 了极有价值的形敦和图样。 莫高窟的洞窟开凿于北朝时期的洞窟共有3 6 个，其中年代最早的第 2 6 8 窟、第2 7 2 窟、第2 7 5 窟可能建于北凉时期。窟形主要是禅窟、中心 塔柱窟和殿堂窟，彩塑有圆塑和影塑两种，壁画内容有佛像、佛经故事、 神怪、供养人等。这一时期的影塑以飞天、供养菩萨和千佛为主，圆塑最 初多为一佛二菩萨组合，后来又加上了二弟子。塑像人物体态健硕，神情 端庄宁静，风格朴实厚重。壁画前期多以土红色为底色，再以青绿褚白等 兰州人学碗i 论文 敷煌苠高窟生活辑水的地埋式处4 研究 颜色敷彩，色调热烈浓重，线条纯朴浑厚，人物形象挺拔，有西域佛教的 特色。西魏以后，底色多为白色，色调趋于雅致，风格洒脱具有中原的 m 貌。典型涮窟有第2 4 9 窟、第2 5 9 窟、第2 8 5 窟、第4 2 8 窟等。 图1 - 3 莫高窟万佛洞( 局部) 隋唐是莫高窟发展的全盛时期，现存洞窟有3 0 0 多个。禅窟和中心塔 柱窟在这一时期逐渐消失，而同时大量出现的是殿掌窟、佛坛窟、四壁三 龛窟、大像窟等形式，其中殿堂窟的数量最多。塑像都为圆塑，造型浓丽 丰满，风格更加中原化，并出现了前代所没有的高大塑像。群像组合多为 七尊或者九尊，隋代主要是一佛、二弟子、二菩萨或四菩萨，唐代主要足 一佛、二弟子、二菩萨和二天王，有的还再加上二力士。这一时期的莫高 窟壁画题材丰富、场面宏伟、色彩瑰丽，美术技巧达到空前的水平。 五代和宋朝的洞窟现存有l o o 多个，多为改建、重绘的前朝窟室，形 制主要是佛坛窟和殿堂窟。从晚唐到五代统治敦煌的张氏和曹氏家族均 崇信佛教，为莫高窟出资甚多，因此供养人画像在这个阶段大量出现并且 内容也很丰富。塑像和壁画都沿袭了晚唐的风格，但愈到后期，其形式就 愈显公式化，美术技法水平也有所降低。这一时期的典型洞窟有第6 1 窟 和第9 8 窟等，其中第6 l 窟的地图五台山图是莫高窟最大的壁画，高 5 米，长135 米绘出了山硝血台山周边的山川形胜、城池寺院、亭台楼 阁等，堪称恢宏壮观。 兰州人学硕二l 学位论文敦煌莫高窟生活污水的地埋式处理研究 莫高窟现存西夏和元代的洞窟有8 5 个。西夏修窟7 7 个，多为改造和 修缮的前朝洞窟，洞窟形制和壁画雕塑基本都沿袭了前朝的风格。一些西 夏中期的洞窟出现回鹘王的形象，可能与回鹘人有关。而到了西夏晚期， 壁画中又出现了西藏密宗的内容。元代洞窟只有8 个，全部是新开凿的， 出现了方形窟中设圆形佛坛的形制，壁画和雕塑基本上都和西藏密宗有 关。典型洞窟有第3 窟、第6 1 窟和第4 6 5 窟等。 莫高窟悠远的历史价值和璀璨的文化内涵，它是属于整个人类的财富! 文 物是人文资源中的一块瑰宝，是人类文明的历史见证，是绵延文化的重要载体， 是今人与古人对话的桥梁，更是我国举世瞩目的旅游资源中的一个亮点。为了 世界文化遗产莫高窟的安全和长久保存，更好的传承人类文明，就要做到在真 正意义上保护莫高窟，保护莫高窟周边的环境，以减少污染给莫高窟带来的危 害。 中华人民共和国文物保护法n3 第十九条规定：在文物保护单位的保护 范围和建设控制地带内，不得建设污染文物保护单位及其环境的设施，不得进 行可能影响文物保护单位安全及其环境的活动。对已有的污染文物保护单位及 其环境的设施，应当限期治理。但是，到目前为止，莫高窟保护区范围内的污 水( 生活污水) 只是经过了化粪池初级处理，出水未达到污水排放标准就直接 排放到大泉河道内，属于违规排放。为了加强对莫高窟的保护，迫切需要对莫 高窟的污水进行处理。 1 2 研究目的和意义 中国是世界上地域辽阔、历史悠久、文化传统不曾中断的多民族统一 国家。遗存至今的大量文物古迹，形象的记载着中华民族形成发展的过程， 它们不但是我们认识历史的证据，也是增强民族凝聚力，促进民族文化可 持续发展的基础。敦煌莫高窟是我国珍贵的文化艺术宝库，也是联合国教科文 组织确认的世界文化遗产乜3 。 莫高窟规模宏大的石窟文物能够保存至今，其主要原因是干燥的气候环境， 相对稳定的区域地质环境和比较偏避的社会环境1 。敦煌研究院的人员以及窟区 内的其他工作人员，由于在莫高窟窟区内工作、生活，生活污水随之也就产生。 4 兰州大学硕十学位论文 敦煌莫高窟生活污水的地埋式处理研究 另外伴随着莫高窟旅游的开发，大量的游客进窟参观、游览，也产生了一定量的 污水。为了保持莫高窟区环境的稳定性，使莫高窟尽可能的长期保存，消除污水 对莫高窟的危害势在必行! 莫高窟窟区的人为活动产生的生活污水、废气和垃圾，运送游客的汽车排放 的尾气，游客进洞参观文物等活动都对莫高窟文物环境产生影响。据现场调查统 计，单就生活污水而言，日排放量为9 5 8 m 3 d 。废水量虽小，但是还未进行有效 处理。因此，本文即在调查、监测莫高窟污水特征的基础上，综合考虑现有的主 要污水处理工艺并进行比较、改进，设计出一种满足莫高窟特殊环境和处理要求 的生活污水处理设施，使得窟区的生活污水得以达标排放。 1 3 污水处理研究现状 1 3 1 国外研究现状 在国外，生活污水对江河湖海的污染较早的引起政府及环保有关部门的注 意，他们对污水成分和治理研究起步也较早，现在他们大多根据自身的城镇生 活污水组成成分建立了一整套较为齐全的治理系统。他们通常以掌握了污水的 组成成分和温度变化等水质规律为基础，从生活污水的组成成分及温度变化分 析入手，再优选、确定处理方案h 1 。这种对问题的分析和解决的方法和过程很 值得我们学习。 厌氧生物专家g 1 e t t i n g a 教授断言，厌氧处理生物技术如果有适合的后处理 方法相配合，可以成为分散型生活污水处理模式的核心手段，这一模式较之于传 统的集中处理方法更具有可持续性和生命力，尤其适合发展中国家的情况喳8 引。 膜生物反应器是生物反应器( 如活性污泥法曝气池) 与膜分离设备( 微滤膜 和超滤膜) 组合而形成的一元化设备，可同时对污水进行生物处理和固液分离， 出水无需消毒阳一，可在高浓度( m l s s 2 0 0 0 0 - - - 3 0 0 0 0 m g l ) 和长泥龄( s r t 5 0 - - - 3 6 0 d ) 等特定条件下运行。与相同处理规模的常规活性污泥法曝气池相比，占地 仅i 5 ，处理能力提高4 - - 7 倍，而不必增加基建投资n 引，其出水水质相当于甚 至优于常规三级处理系统的出水，极具发展潜力。另外，生物曝气滤池因其工 艺简单、不需二沉池、处理能力强且效果好等特点，而被视为二级处理设施的 更新换代产品n l l 。 5 兰州大学硕上学位论文敦煌莫高窟生活污水的地埋式处理研究 在巴西，“生活污水下水道 简易处理系统早在二十世纪八十年代就已 经开始筹建发展。现如今，在人口稠密的城市中，这一简易处理系统的贡献显 得尤为突出( m a r a 和g u i m a r 蕴e s ，1 9 9 9 ) 。在工业化国家，这一简易处理系统被 设计用来处理要求更高的污水、废水。 在发达国家，污水处理主要靠地面、集中式污水处理厂。但是随着污水处 理技术的发展，对污水处理的要求的不断提高，采用分散式处理的国家在日渐 增多，并取得了不小的成果。比如，在瑞典，普遍运用k a l m a r 污水处理技术。 k a l m a r 是位于瑞典东南部的有众多典型瑞典式小城镇组成的经济较为发达的城 市，城市中的这些小城镇均有小型生活污水处理厂。采用分散式处理技术， k a l m a r 市的生活污水进入下水管道后，与大自然完全分离，封闭式的直接进入 各镇的污水处理厂处理后排出。不能进入下水道的降雨却被贮存在一个开放水 池中，用于和污水处理厂处理后排出的污水混合，而后一起排入自然水体中 ( c z e m i e l ，2 0 0 0 ) 。实践表明，这一处理系统对总氮、总磷的去除效果非常高n 引。 随着社会经济的发展，工业化进程的加快，生活污水水质日趋复杂，为此 世界各国进行了大量的研究工作，研发出许多污水处理新工艺技术。城市生活 污水的生物处理技术主要有活性污泥法，以及在近四十年中迅速发展起来的膜 处理技术( 1 9 6 9 年美国d o r ro l i v e ri n c 用超滤膜与活性污泥法生物反应器相结 合处理生活污水的研究。1 9 7 2 年s h e l f 等开始了厌氧性的膜生物反应器的研究 工作) 。 1 3 2 国内研究现状 活性污泥法以及膜处理技术在我国的研究起步较晚，并且由于该处理技术 的( 地面式) 污水处理厂占地大、基建费用高、运转费用高。正是因为如此， 致使许多亟需污水处理的地区无力兴建污水处理厂“量14 1 引6 1 。 1 9 9 1 年，江苏省镇江市昀达科技开发有限责任公司王福庆高级工程师根据国 内传统化粪池的出水效果，在台湾省生活污水净化器的基础上开发出“微型生活 污水净化装置 ，成为一组新型的组合化粪池，1 9 9 5 年改称地埋式无动力生活污水 净化装置n 7 1 。其核心工艺为“初沉池+ 厌氧污泥床接触池+ 厌氧生物滤池工艺”， 并使出水进入一接触氧化沟，自然处理后排放。设计出水达g b 8 9 7 8 - 8 8 - 级标准 b s 6 兰州人学硕士学位论文 敦煌莫高窟生活污水的地埋式处理研究 广州某钢板厂配套的地埋式生活污水处理设施工程于2 0 0 3 年8 月完工并进行 调试，采用污泥接种，2 0 0 3 年1 2 月环保局监测验收，各项污染物指标均达到排放 标准n9 1 。江苏省昆山市周庄古镇地埋式污水处理厂，经实践运行出水水质达到国 家排放标准，且具有操作方便、处理效果好，自动化程度高等特点。为改善周庄 的水环境质量起到了重要作用啪1 。 虽然地埋式污水处理技术还不是很成熟，但是由于其独特的优越性，弥补了 地面式污水处理的缺憾。地埋式生活污水处理技术的前景是光明的! 位于广西桂林市东南部的某国家a a 从级旅游景区( 距桂林市约3 0k m ) ，景区 内的原污水处理系统的主要构筑物为化粪池、接触氧化池，运行结果表明，原处 理站能够使b o d 。、c o d 、s s 等常规指标达到污水综合排放标准的一级排放标 准，但由于本景区内产生的污水中n h 。一n 超标，对氮元素的去除效果不佳，后来针 对提高系统除氮能力对该系统于2 0 0 6 年8 月进行了改造，将厌氧池与硝化池合建， 后经桂林市环境监测站对出水水质进行了为期3 天的现场监测，结果表明，改造工 程处理效果良好，满足设计要出水能够达到污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 新改扩一级标准。口妇 浙江省临安市，拥有天目山、清凉峰两处国家级自然保护区等众多旅游景区， 是全国生态示范市，中国优秀旅游城市。污水净化处理池建在公厕下面，景区污 水处理系统主要采用厌氧发酵、接触氧化、兼性过滤和水生植物净化塘( 或氧化 塘) 相结合的综合处理工艺，出水达到并优于国家一级排放标准。昭2 3 通过利用人工湿地处理系统对婺源晓起风景区的生活污水进行处理，经过 人工湿地系统处理后的出水水质基本可以达到地面水水质标准，处理后的水可以 直接排入饮用水源或景观用水的湖泊、水库或河流中。因此特别适合处理饮用水 源或景观用水区附近的生活污水或直接对受污染水体的水进行处理，或者为这些 水体提供清洁的水源补充。乜3 3 1 4 研究内容及技术方法 本文部分资料来源于兰州大学与敦煌研究院合作开展的“敦煌莫高窟保护利 用工程项目环境影响研究”( 2 0 0 6 年) ；窟区的生态数据来源于兰州大学和敦煌 研究院合作的研究项目( 2 0 0 7 - - 2 0 0 8 ) 的野外调查实测数据。 7 兰州大学硕士学位论文敦煌莫高窟生活污水的地埋式处理研究 本文以保护莫高窟生态环境、文化环境出发，对莫高窟窟区的污染现状进行 了调查、分析，主要研究内容分为以下三个方面： ( 1 ) 分析莫高窟的自然环境，包括气象、水文、地形地貌等。 ( 2 ) 调查分析莫高窟的水污染状况，包括污染源、污水水质、水量变化等、 ( 3 ) 本文主要针对莫高窟的生活污水处理进行研究，旨在建立一个合 理、有效的处理方式，保证莫高窟内的污水达到排放标准。并且，将处理 后的污水加以回用，即在治污的同时做到水资源的充分利用，做到资源的 可持续利用。本论文要解决的主要问题就是通过比较现有的常用污水处理工 艺，以莫高窟的污水特征和环境为依据，设计合理的莫高窟生活污水的处理系 统，为解决莫高窟生活污水的处理提供技术支持。 本文的准备和写作过程是：首先进行野外考察，熟悉莫高窟区的地形、水文 和生态环境，并对莫高窟的水污染现状进行调查、分析；其次通过收集资料、检 索文献和咨询专家，初步掌握莫高窟的环境特征、污染排放要求；在以上工作及 分析的基础上，以莫高窟的实际情况出发，逐步分析、比较、综合和改进，优选 出适合莫高窟生活污水处理的工艺。 本文采用定性分析和定量计算相结合的方法，将理论运用于实际。运用e x c e l 和a u t oc a d 进行数据和图象制作。技术路线如下。 8 兰州大学硕十学位论文敦煌奠高窟生活污水的地埋式处理研究 i i结论； ：- - - - - - - - - - - - - - - - - - - ： 图1 - 4 论文的技术路线图 9 i i i i i i i i i !搜集信息 ； ii i - - i i i i i t 。 i 确定处理方案； i i i i i - - i - i 。1 r 。 i i 确定处理参数i i i i i - i - - i i i i 。1 。 - ；结论 ； ：。- - _ _ - _ - 。： 兰州大学碗学位论文敷煌莫商窟生活污水的地m 式址4 * 究 第2 章敦煌莫高窟的概况 2 1 地理环境概括 2 1 1 地理位置 敦煌莫高窟位于敦煌市东南约2 5 k i n 处，与库姆塔格沙漠毗邻，东临三危 山，西接鸣沙山。举世闻名的莫高痛石窟就开凿于三危山与呜沙山之叫的火泉 河西岸岸壁上，形成了南北长 t 7 1 0 m 的石窟群，地理坐标为东经9 4 。4 9 ， 北纬4 0 。0 3 。 图2 - 1敦煌莫高窟位置图 2 1 2 地形地貌 莫高窟地区属于剥蚀构造低山地形。在此基础上再细划分，可以分出以下 三种地貌类型： ( 1 ) 剥蚀构造低山地形：主要位丁窟区南部，三危山和火焰山为其代表， 山体由前震旦系变质岩和蓟县期火成岩组成，走向北东东，由丁长期处于上升 l o 兰州大学硕士学位论文敦煌奠高窟生活污水的地埋式处理研究 过程中，山势较险峻，海拔高度在1 5 0 0 - - 1 9 0 0 m 之间，最高峰1 9 2 2 m ，相对 高差最大在3 0 0 m 以上。山顶呈尖棱形，山脊多为鳍状。平行山脊断层谷较为 发育，南坡沟谷较为开阔、浅平，纵坡降2 0 , - - - 3 0 ；北坡沟谷多为“v 形， 纵坡降4 0 - - 5 0 ，沟谷切割深6 0 - - 8 0 m 。 ( 2 ) 沟谷阶地地貌：主要分布于大泉河出山口地段。由于三危山的不断上 升，大泉河下切形成了多级侵蚀阶地( 最多可达v 级) ，其中窟区段两岸为i 级 阶地。窟区的河岸高程为1 3 2 0 - - 1 3 8 0 m ，处于基岩中低山区向戈壁砾石平原区 的过渡带，地貌单元为垄岗状洪积和砾石台地及其下切侵蚀形成的河谷区，总 体地形南高北低。河谷呈南北走向，窟区以上河谷较窄，一般宽约3 0 - 5 0 m ， 河谷与谷坡相邻；窟区段两岸分布i 级洪积阶地，河道宽4 0 - - 2 0 0 m ；窟区下 游河道逐渐变宽，最终没入戈壁砾石平原区。 ( 3 ) 山前倾斜洪积平原：即大泉河洪积扇，该洪积平原呈扇形向山前盆地 展布，由三危山向北倾斜，至安敦公路地带与党河细土平原接壤。海拔高度为 1 1 0 0 , - , 1 3 0 0 m 。山前地段坡降为2 0 , - 4 0 ，洪积扇中下段坡降为1 0 - 1 5 。 2 2 水环境概括 2 2 1 莫高窟区地表水环境概况 莫高窟区域内唯一的地表河流为大泉河( 也称西水沟) 。大泉河实为一泉水 河，是由祈连山西段野马南山降水补给三危山以南的盆地，以地表明流或地下潜 流溢出汇集而成。自大泉、条胡子出露至莫高窟，大泉河长1 5 5 k m 。大泉河流域 总的地势是由东南向西北倾斜，河水的流向受地势影响也基本上为东南流向西 北，流经好布拉、小草湖、大泉、大拉牌、小拉牌、莫高窟、茶房子，最后在敦 煌五敦乡一带汇入党河。但是随着河水在莫高窟南7 0 0 m 的沟谷附近被人工拦截 ( 现主要为敦煌研究院提供园林浇灌用水和生物治沙用水等) ，下游基本断流， 河道干涸，只有在洪水来的时候该地区夏季6 - 8 月份的大暴雨常引发来势凶 猛、历时短暂、变率大的山洪，洪水汇入大泉河后沿河道向下游倾泻，然后通过 莫高窟前的河道最终泄入敦煌盆地。由于大泉河流域未设水文监测站，所以大泉 河多年径流量是按甘肃省地表水资源中的径流深等值线进行推算的，其多年 径流量为2 5 2 6 10 m ，年均流量0 0 8 m 3 s 。 兰州大学硕士学位论文敦煌莫高窟生活污水的地埋式处理研究 大泉河在为莫高窟兴利的同时，也对莫高窟带来过严重的损害，据历史洪 水调查和洪积物c h 测定，距今约6 0 0 年，大泉河曾发生过一次特大洪水，冲刷莫 高窟崖体，造成崖体崩塌和部分洞窟前室坍塌，同时造成下层一些洞窟被淹，近 5 0 年的观测也表明，大泉河几乎每年都发生一两次洪水，其中1 9 7 9 年的洪水较 大，洪流直逼莫高窟崖下，使部分底层洞窟进水，造成潮湿、壁画酥碱等。 根据对大泉河水质多次的监测结果，主河流的矿化度在l5 0 0 m g l 一 2 3 0 0 m g l ，总硬度在4 0 7 m g l - - 5 9 l m g l ，p h 为7 5 - 8 1 ，n a + 含量3 3 2 m g l 5 8 0 m g l ，s 0 4 2 一含i 为4 4 3 m g l - - - 8 0 6m g l ，c 1 一含量为2 5 2 m g l - - 4 9 5m g l ，水 化学类型为n a 。s o 。型s 0 4 2 乙l 一_ - n a + 水，属弱碱性微硬微咸水。 大泉河水质具有比较明显的沿流程变化的规律，矿化度、总硬度、c 1 一、s o 。2 。、 n a + 的含量沿流程均表现为逐渐增高的趋势。以高矿度支流汇入处为界，大泉河 上流河段水的矿化度为1 5 0 0 m g l 左右，下游河段水的矿化度在2 1 0 0 m g l - 2 3 0 0 m g l 。造成这种变化的原因，一是强类的蒸发浓缩作用，从上游到下游， 河流水的蒸发损失量高达3 0 左右；二是中下游河段高矿化度水支流的汇入，虽 然流量甚微( o 5 u s ) ，但对水质影响较大。因此，形成了大泉河沿流程水质逐 渐变差的特征堙钔。 分别在莫高窟南拦水坝断面、小拉牌断面、苦沟泉、苦沟泉汇入后的断面取 样监测，其连续三日取样监测结果的平均值见下表。 1 2 兰州人学硕士学位论义敦煌莫高窟生活污水的地埋式处理研究 表2 - 1大泉河水质监测结果统计表 监测点 项目地表水标准值 小拉牌苦沟泉苦沟泉汇口窟南拦河坝 p h 8 3 07 8 98 1 07 6 56 - - 9 矿化度 1 7 2 0 6 65 8 7 21 9 3 31 9 6 8 l o o o 硬度 4 2 2 6 79 4 9 6 76 1 2 1 76 2 0 8 34 5 0 氯化物3 5 8 2 21 7 5 5 34 3 2 8 74 7 6 5 2 2 5 0 硫酸盐 9 0 0 3 4 61 9 9 7 61 6 2 9 71 0 6 4 42 5 0 n 0 3 _ n0 4 3 2 1 70 9 8 70 6 2 1 50 4 2 4 72 0 n 0 2 _ n0 0 1 2 50 0 0 40 0 1 2 30 0 1 0 7 o 1 5 c o d c ，3 4 29 3 2 0 f 一1 2 3 53 3 5 3 31 3 8 51 3 31 o f e0 1 7 3 50 1 3 7 8o 1 1 4 50 0 8 1 7o 3 p b o 0 0 50 0 0 50 0 0 50 0 0 5 o 0 5 h g 0 0 0 0 0 6o 0 0 0 0 60 0 0 0 0 60 0 0 0 0 60 0 0 0 1 c d 未检出未检出未检出未检出 0 0 0 5 m n 0 0 7 4 50 0 7 9 30 0 5 7 8 0 0 6 8 50 1 粪大肠菌群 3 3 3 32 0 0 0 ( 个l ) 注：单位为c f u l o o m l ；其他单位除p h 及注明外，均为m g l 。 按照地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 中类标准，采用单因子指 数评价方法，计算三日样品监测中的最大污染指数，可得大泉河水环境质量评价 结果，见表2 2 。 1 3 兰州入学硕二仁学位论文敦煌莫高窟生活污水的地埋式处理研究 表2 2地表水现状监测分析结果 o oi n _ 一 晤 i n 铃 nt n 1 n西益 1 aq i n 9乜q 旧9 n - 一o t t 3 o丑 o n 寸 ? oo q? v 漆 oo n i n n 一口 o o 张 蹭 哩 n o 9 o 卜n冀 o _ _ o o o 裂 l 撅 o o n 2 o 魁 2? i n 仓7 i n 鐾 爱 q 昀 - 一 o 捌 小 叼寸 n 寸 o 乓 nn r 靶 姐 皤 稞 0 0n、n小卜n卜 - 熔籁 均 l ni n oo t v a f o 吼 o 斗 o oo o _ oooo - _ 一 o 嚼 - 。_ 冀 昏r - - 匣 - 。_ 国t t 3 on寸q 9 t - - 卜 凸 9 一 口9 * 糖 竺寸 q o n o - n o丑 o n 镊 蜊 ? - _ _o ? oo 轺? v籁 oo o o n 2 叫 一 o o 张 口 口h nn ? r - - - o 叼 a o 9 畸 碟 璐 吨叼 oq 9n9 o稞百 卜岔 o oo 蝗扬 寸 震 ：2 椒 司 稞 赠 n、v 、 均t - , , ia 口 口 孵辎 n - -i n- - _oo寸 _ o 岔 o k 靼 o卜 ooo n o oo o 嚼 寸 n _ _ 一 口寸 ，- a 晤 l n 嗨节 寸 _ 一 。寸 q 金 寸 峥9卜一 9 口 撅 o ov 、 n oo _ o i no 丑o n ? n ? oo 轺 ? v籁 oo o ov - - 西 一 n o o * c ； 蛉易 - _ q n o 9 o 9 t q 。?oo 媒 蜊 2 ?2 、- - - 碟 璐 q嗨 n 卜a冀 o o 震 n = 枇 司 蒜 媾 夏 n小卜 卜 卜 a o o 寸寸 - 一 o 啦 o 蜒籁 口o c ； o o 。 - _ 一 o o 斗 轵o n oo 峨 i n 寸 圜 n 昀 o o _ n 葛 o - n 凸 a 卜 q a 卜 吨 9卜9 9 o 。_ o i n o弓了 o n ? ?2 oo 轺? v 籁 o o 靶还 苫 卜卜 o o 米u 昀 o 9 稞言 。 ? 。 o o oo 辱 镍 o o寸 寸 庭 蜊 ? - 一 n口 ? 划 蠼 q哩 n n 口 叩 l n n 证 寸 讴 蝾 襟 岭 卜 n 一_ 岔 蜒籁 no - _ _ n o 卜 o k 轺 o _ o oo 一oooo 蜷 蜷 枯 靶 j 掣 s辎 z 平 q 0 出盘 勺 a 溘 蜒 z s豁 66 o l zo窆 龌 妥 厶 堠缮 z z o 斗 粼 注：单位为c f u 1 0 0 m l ；其他单位除p h 及注明外，均为m g l 。 1 4 兰州人学硕上学位论文 敦煌莫高窟生活污水的地埋式处理研究 从监测结果及分析可以看出，氯化物超标，最大污染指数为1 5 2 , - - , 7 5 2 ； 氟化物超标，最大污染指数为1 5 2 - - 一3 8 2 ；其他项目监测值都低于地表水环 境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 中i i i 类标准限值，基本符合i 类标准。 四个监测点的综合污染指数为0 5 3 - 1 1 ，可以得出，基本符合类水域标 准。 莫高窟位于敦煌盆地的南部，敦煌盆地属疏勒河的下游地区。敦煌往地可利 用的水资源有地表水和地下水两部分组成，地表水主要来源于党河。由于上游区 水资源的过度开发利用，自上世纪7 0 年代起，疏勒河就在敦煌盆地断流。敦煌市 赖以生存的唯一水资源是发源于南部祈连山的党河。该河流距莫高窟以西最近距 离约1 5 k m 。党河发源于祈连山团结峰，全长3 9 0 k m ，汇水面积为1 6 9 7 1 0 4 k m 2 ， 多年平均径流量2 9 1 0 m 3 。另外，在敦煌南湖乡常年有泉水汇流，多年平均径 流量为0 9 9x1 0 8 m 3 。在1 9 7 5 年1 0 月党河水库修建以前，党河流入敦煌市内长为 5 5 k m ，修建党河水库以后，沙枣园下游河水被纳入人工渠道，故原河床经常处于 断流状态。 2 2 2 莫高窟区地下水环境概况 莫高窟一般保护区的北部，大泉河冲积扇的中下部地带普遍分布有地下潜 水，水位埋深一般在9 0 - - - , 1 4 0 m ，地下水的补给来源主要是党河流域地下水的测 向补给，大泉河水的渗漏和莫高窟前的灌溉入渗补给量所占比例甚小。地下水径 流与党河流域地下水的径流基本相同，即由西南向北东方向流动。地下水的赋水 性较好，单井出水量可达3 0 0 5 0 0 m 3 ，水质较好，地下水矿化度在0 6 - - - 0 8 9 l ， 水化学类型属h c o 。s o 。c a - m g 型水。 从总体上讲，莫高窟所在的敦煌盆地水资源在水质方面具有比较明显的空间 变化特征。不管是地表水还是地下水都具有从盆地南部到盆地中心水质变差的特 征。根据敦煌市环境监测站2 0 0 0 年的监测资料，位于盆地南部的党河水库水质较 好，矿化度为0 4 3 1 9 l ，水化学类型为h c o 。一s o 。一m g n a 型水：位于盆地中心地 带的党河下游湖沼地，水的含盐量较高，矿化度为5 9 l - ，1 0 9 l 之间，水化学类 型为c 1 s 0 4 一n a 型。赋存于盆地南部冲积扇上部和中部的地下水水质较好，为重 碳酸型的淡水或重碳酸一硫酸型淡水，矿化度小于5 l 。到盆地中部冲积平原与 湖泊平原部位，地下水含盐量剧增，水质变差，矿化度为3 9 l , - 一1 0 9 l ，水化学 1 5 兰州大学硕上学位论文敦煌莫高窟生活污水的地埋式处理研究 类型为c 1 s o 。一n a 型。另外，由于浅层地下水存在蒸发而使矿化度增高，深部承 压水不受蒸发的影响，水质变化不大，因而地下水在垂直方向上表现为浅层潜水 水质差，深部承压水水质好的特征。嘶1 敦煌盆地的南部的莫高窟重点保护区属于地下水贫水区，仅有的地下水赋存 于上更新统玉门砾岩隙裂带和中更新统酒泉砾岩中，水位埋深2 0 m 左右，水量少， 水质差，矿化度在2 , - 一3 9 l ，为微咸水，不符合饮用水标准，也不符合灌溉水水 质标准，开采利用价值不大。 莫高窟的生活用水取自文化路6 k m 及8 k m 处的自备