從世界上第一座污水處理廠—看污水處理工藝的發(fā)展歷程!
今天帶大家看一座比活性污泥法還老,并且有139年歷史的污水廠,那就是 于1886年在英國(guó)老牌工業(yè)城市謝菲爾德建成的Blackburn Meadows污水廠,污水處理廠經(jīng)歷了100多年的發(fā)展史。
大家應(yīng)該都知道,活性污泥法是上世紀(jì)初在英國(guó)發(fā)明的,而且Edward Ardern和William Lockett被認(rèn)為是活性污泥法的發(fā)明人,時(shí)間是1914年。但其實(shí)英國(guó)污水處理的起步比活性污泥法還要早上約50年:當(dāng)年隨著工業(yè)發(fā)展,英國(guó)的人口開始迅速增長(zhǎng),英格蘭也成為是水污染最嚴(yán)重的國(guó)家之一。英國(guó)的城鎮(zhèn)反復(fù)出現(xiàn)衛(wèi)生問(wèn)題,致使著名科學(xué)家邁克·法拉第都要親自調(diào)查泰晤士河現(xiàn)狀。
1832年的霍亂大流行奪去了謝菲爾德400多個(gè)人的生命。在那以后,雖然當(dāng)?shù)卣呀?jīng)修建了下水管網(wǎng),但企業(yè)家們依舊圖方便,把廢水廢棄物直接傾倒至當(dāng)?shù)氐闹饕恿?River Don),河水黑如墨,惡臭難聞。在這樣的背景下,謝菲爾德在1886年修建了本市第一座污水處理廠。
起初的污水廠其實(shí)非常簡(jiǎn)單。設(shè)計(jì)處理規(guī)模為4萬(wàn)立方米/天,但實(shí)際上只在白天運(yùn)行。污水用石灰來(lái)處理,產(chǎn)生污泥用作附近農(nóng)場(chǎng)的肥料。無(wú)論如何,就當(dāng)時(shí)而言,這污水廠已經(jīng)是一個(gè)巨大的進(jìn)步。所以那時(shí)候它還吸引了英國(guó)其他地方的同行和市政府官員來(lái)參觀訪問(wèn)。
1886年建成后,污水廠在1910年進(jìn)行了一次改造。此前,謝菲爾德市政廳一直構(gòu)想著建條管將污水直接排入北海,但后來(lái)選用了一種創(chuàng)新的方法——往污水里曝氣加氧,來(lái)分解污染物。他們當(dāng)時(shí)管這技術(shù)叫細(xì)菌床(bacteria beds)?梢哉f(shuō),謝菲爾德人真為人類做了一件大好事——如果當(dāng)時(shí)真把污水直排入海,可能就變成今天的標(biāo)準(zhǔn)操作了。謝菲爾德人為其他地方的政府和水務(wù)局制定了一個(gè)全新的基準(zhǔn)——用生物的方法處理污水。大家請(qǐng)注意時(shí)間——他們?cè)?910年就想到了用細(xì)菌處理污水,而所謂的活性污泥法是1914年才出世的。
03 污水處理工藝的持續(xù)發(fā)展
生物膜法
十八世紀(jì)中葉,歐洲工業(yè)革命開始,其中,城市生活污水中的有機(jī)物成為去除重點(diǎn)。1881年,法國(guó)科學(xué)家發(fā)明了第一座生物反應(yīng)器,也是第一座厭氧生物處理池—moris池誕生,拉開了生物法處理污水的序幕。1893年,第一座生物濾池在英國(guó)Wales投入使用,并迅速在歐洲北美等國(guó)家推廣。技術(shù)的發(fā)展,推動(dòng)了標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生。1912年,英國(guó)皇家污水處理委員會(huì)提出以BOD5來(lái)評(píng)價(jià)水質(zhì)的污染程度。
活性污泥法
1914年,Arden和Lokett在英國(guó)化學(xué)工學(xué)會(huì)上發(fā)表了一篇關(guān)于活性污泥法的論文,并于同年在英國(guó)曼徹斯特市開創(chuàng)了世界上第一座活性污泥法污水處理試驗(yàn)廠。兩年后,美國(guó)正式建立了第一座活性污泥法污水處理廠;钚晕勰喾ǖ恼Q生,奠定了未來(lái)100年間城市污水處理技術(shù)的基礎(chǔ)。
活性污泥法誕生之初,采用的是充-排式工藝(類似SBR工藝),由于當(dāng)時(shí)自動(dòng)控制技術(shù)與設(shè)備條件相對(duì)落后,導(dǎo)致其操作繁瑣,易于堵塞,與生物濾池相比并無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)。之后連續(xù)進(jìn)水的推流式活性污泥法(如圖1所示)出現(xiàn)后很快就將其取代,但由于推流式反應(yīng)器中污泥耗氧速度沿池長(zhǎng)是變化的,供氧速率難以與其配合,活性污泥法又面臨局部供氧不足的難題。1936年提出的漸曝氣活性污泥法和1942年提出的階段曝氣法,分別從曝氣方式及進(jìn)水方式上改善了供氧平衡。1950年,美國(guó)的麥金尼提出了完全混合式活性污泥法。該方法通過(guò)改變活性污泥微生物群的生存方式,使其適應(yīng)曝氣池中因基質(zhì)濃度的梯度變化,有效解決了污泥膨脹的問(wèn)題。
圖1:傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程
隨著在實(shí)際生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用和技術(shù)上的不斷革新改進(jìn),20世紀(jì)40-60年代,活性污泥法逐漸取代了生物膜法,成為污水處理的主流工藝。
1921年,活性污泥法傳播到中國(guó),中國(guó)建設(shè)了第一座污水處理廠—上海北區(qū)污水處理廠。1926年及1927年又分別建設(shè)了上海東區(qū)及西區(qū)污水廠,當(dāng)時(shí)3座水廠的日處理量共為3.55萬(wàn)噸。
脫氮原理:有機(jī)氮化合物在氨化菌的作用下,分解轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮;氨態(tài)氮在硝化菌的作用下進(jìn)一步分解轉(zhuǎn)化,首先在亞硝化菌的作用下轉(zhuǎn)化為亞硝酸氮,繼之亞硝酸氮在硝化菌的作用下,轉(zhuǎn)化為硝酸氮。在缺氧條件下,硝酸氮在反硝化菌的代謝作用下,通過(guò)兩種途徑轉(zhuǎn)化:一是同化反硝化(合成),最終形成有機(jī)氮化合物,成為菌體的一部分;二是異化反硝化(分解),最終產(chǎn)物為氣態(tài)氮。生物脫氮過(guò)程如圖3所示。
除磷原理:在厭氧條件下(氧化還原電位ORP在-200至-300mV),聚磷菌將其細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)態(tài)磷轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)態(tài)磷加以釋放,并利用此過(guò)程中產(chǎn)生的能量吸收廢水中的溶解性有機(jī)基質(zhì)合成聚β—羥基丁酸鹽(PHB)顆粒;而在好氧條件下,聚磷菌則將PHB降解以提供其從廢水中吸磷所需要能量,從而完成聚磷的過(guò)程。如圖4所示。
05 結(jié)語(yǔ)
當(dāng)然,上面列舉的幾種污水處理工藝也僅僅是冰山一角,現(xiàn)在的污水處理方法已發(fā)展成一個(gè)龐大的體系。回顧整個(gè)歷史過(guò)程,城市生活污水處理的足跡隨著人類健康的需求、水環(huán)境質(zhì)量的變化、污水的處理程度在一級(jí)級(jí)的加深,同時(shí)操作管理、資金占地等成本問(wèn)題又推動(dòng)了水處理工藝技術(shù)的不斷進(jìn)化,其操作、占地、程序步驟、能源資源的投入都在一點(diǎn)點(diǎn)地簡(jiǎn)化。人們對(duì)水質(zhì)的需求越來(lái)越高,而處理過(guò)程卻越來(lái)越趨于簡(jiǎn)便。
-End-
作者簡(jiǎn)介:熊先生是個(gè)努力向前的95后,日常分享生活經(jīng)歷、感受,工作經(jīng)驗(yàn)、環(huán)保小知識(shí)。從事環(huán)保工程設(shè)計(jì)與運(yùn)行已有7年,也可兼職做污廢水方案、圖紙,歡迎大家的關(guān)注和騷擾!環(huán)保行業(yè)的從事者也可以一起學(xué)習(xí)和交流!然后共同成長(zhǎng)和進(jìn)步!