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固定膜污水處理系統是如何發展的

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固定膜污水處理系統是如何發展的

發布日期:2019-03-01 00:00 來源:http://www.q2pz.com 點擊:

固定膜污水處理系統是如何發展的

來源:中國水處理網

    廢水工程這門具有藝術性的科學剛剛歷經了百年發展,在此期間,應用技術無疑在促進疾病控制和環境保護領域取得顯著進展。固定膜處理系統扮演著整個歷程中的重要角色,尤其是因為這項技術代表了原始的生物機制。比如滴濾池、間歇性濾池和接觸床都隸屬于固定膜生物處理系統。固定膜生物處理系統主載了污水處理技術幾十年。雖然一度被懸浮生長處理系統搶了風頭,但毫無疑問的是,現如今它又再次走入公眾的視野。

  鑒于相關歷史的重要性,以及固定膜生物處理系統未來的發展趨勢,本文將探究固定膜技術背后的“家譜”,力爭根據已有的文獻資源,做到考據充分,內容翔實,以促進相關領域文獻的進一步完善和細化。

  1、1850-1875

  正如狄更斯在1859年經典故事中的描述,“這是最好的時代,這是最壞的時代。”這個文學形象尖銳地描繪了十九世紀中葉,看似為世人帶來祝福的工業革命,實際上在面對大規模傳染病時卻是這般無力。

  霍亂,僅僅是爆發于不列顛群島內四種致命疾病的其中之一,這個恐怖的疾病傳播整整蔓延了十年之久。毫無疑問,這些傳染性疾病的爆發與當時糟糕的環境衛生條件有著直接的聯系。

  然而,當時的細菌學剛剛進入起步階段,只能為糞便污染和疾病傳播之間的潛在關系提供一些模糊的線索。對于污水處理等概念,完全還屬于天方夜譚。但是啟蒙已經逐漸誕生,接下來,1858年《TheNuisanceRemovalAct》立法頒布,專門用以控制污水排放。不過,控制重點迅速轉向疾病,流行病學JohnSnow博士的同年紀念刊物中如是說。

  英格蘭短期內組織開展了一系列皇家委員研討會,負責有關污水處理問題的研究。他們初步發現,就當前發展水平而言,化學沉淀、過濾和灌溉都是最先進的技術,而過濾和灌溉對于土地修復都具有一定的作用。還有一些聽起來比較奇特的方法,比如其中的一種稱之為ABC工藝,采用的過濾材料是由明礬、血液和粘土混合而成。

  然而,那時還沒有一種能和生物處理搭上邊的有效處理機制。1865年,AlecanderMueller博士發現污水通過一個長滿活性微生物的濾柱之后,可以得到凈化,而這一觀點,給了當時的科學界很大啟示。

  Mueller博士,這位柏林的杰出化學家,幾年之后提出了生物凈化工藝專利。毫無疑問,無論是Mueller博士的專利還是他提出的這個理念,在當時都引起了人們的廣泛關注。

  1868年,英國皇家委員會成員之一,EdwardFrankland爵士,開始對污水處理的濾料性能展開詳細研究,從粗礫石到泥炭土。他每天兩次給填滿濾料的過濾柱里通入污水,濾料的過濾性能一直維持了四個多月。雖然當時對過濾處理的理解還僅僅歸功于物化作用,但是由此建立起來的間歇過濾理念已經誕生。

  基于這些結果,皇家委員會開始非常重視利用間歇過濾。1871年,J.Bailey-Denton在威爾士建立了第一個全規模應用設施,這個設施的成功,以及接下來其他幾個成功的案例,引得幾位工程師開始實踐Frankland的理念。

  不幸的是,這些工程師常常會忽視一些關鍵因素的差異,比如土壤滲透性、間歇時間,這就使得試驗故障頻頻發生。歷經多個失敗案例后,人們對間歇過濾理念的興趣已經蕩然無存。

  2、1875-1900

  在Mueller成功十年之后,一些研究人員開始探索可作用于污水凈化的微生物。1877年,Schloesing和Müntz首次證明土壤具有硝化作用。

  五年后,Warrington證實了只有不斷接種新鮮的泥土才能保持土壤的硝化能力。而在1890年,Winogradsky成功培養了亞硝化細菌。但是,這些先驅者們仍然不確定這些細菌的工作原理,也無法由此大規模開展有效的工程應用。

  到現在為止,歐洲一直主宰著污水處理技術的發展。在美國,人們對污染控制的關注促成了馬薩諸塞州勞倫斯實驗站的建立。

  勞倫斯試驗站由HiramF.Mills和Sedwick教授主管,Mills是一位杰出的水文學家,Sedwick教授則畢業于麻省理工學院。

  沿著AllenHazen的研究方向,勞倫斯實驗室在1887年開展了一系列的過濾實驗,類似于Frankland當年從事的間歇過濾實驗。

  然而,當時的過濾反應器個頭都比較大,每單位占地1/200英畝。雖然他們的結果與Frankland的相似,但在1890年勞倫斯實驗室在首次提出污水處理中微生物活動的重要性,這是一個歷史轉折點。事實上,他們的研究結果的確可以證明在好氧條件下,濾料上的微生物在污水處理過程中發揮了重要的作用。

  鑒于勞倫斯實驗站的成功,生物處理技術方向迅速擴展。1890年,DonaldCameron申請到了化糞池專利權,這一事件引發巨大爭議,使得大多數城市更加急于找到適合自己的污水處理方案。此時,在新英格蘭地區,幾個全規模間歇過濾系統開始工作,其中大部分成功運行了幾十年。

  然而在歐洲,污水工程師們還在猶豫接受間歇過濾的概念,可能是因為之前重復Franklandera試驗時,那段經歷揮之不去的陰影,又或許是因為他們發現歐洲的土壤并不具有普適性。取而代之,他們選擇使用較粗的濾料來提高過濾速率,如焦炭粉、礫石、燒粘土等。Scott-Moncrief開始了第一次這樣的測試,他使用直徑為1英寸的焦炭對污水進行連續過濾。

  1893年,J.Corbett嘗試采用串聯過濾器,以及連續進水的方式。而在同一年,F.WallisStoddart研究發現采用粗介質過濾器可以得到連續的優質出水水質。但是,這兩位研究人員的思想存在紛爭,Corbett認為是勞倫斯試驗站的研究結果給他提供了動力和方向。Stoddart堅持認為是Frankland的試驗給了他靈感,不管誰對誰錯,滴濾池的理念顯然已經浮出水面。

  同時期的歐洲還有一個理念正在形成,就是接觸床。沿著勞倫斯的實驗,W.SantoCrimp和W.J.Dibdin于1891年決定進行一項試驗,給一個裝滿粗濾料的過濾床內連續通入8小時污水,在接下來16小時內觀察出水狀況。

  試驗結果表明,出水水質非常好,但是濾料的堵塞卻非常嚴重。在接下來的試驗中,Dibdin嘗試采用雙接觸的方法,即采用兩個過濾床,后一個過濾器內填充的濾料粒徑小于前者。該試驗的成功迅速擴展為幾座全規模應用,工藝流程都采用了前后兩個過濾床的形式。


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