Frá fyrstu skólphreinsistöð í heimi — Skoðaðu þróun skólphreinsunartækni!

Formáli: Mannleg þróun er stöðugt umbótaferli. Tökum sem dæmi skólphreinsun. Fyrsta skólphreinsistöðin var byggð eftir að hafa orðið vitni að skaða og heilsufarsáhættu af ótilhlýðilegri losun skólps, sem leiddi til stöðugrar þróunar hennar. Sögu skólphreinsunar í þéttbýli má rekja til Rómar til forna. Á þeim tíma hafði umhverfið mikla afkastagetu og sjálf-hreinsunargeta vatnshlota gat fullnægt vatnsþörf mannsins; fólk þurfti aðeins að huga að frárennsli. Síðar, með hröðun þéttbýlismyndunar, dreifði innlend skólp smitsjúkdómum með því að senda bakteríur. Af heilsufarsástæðum fóru menn að meðhöndla skólp frá heimilinu. Snemma meðhöndlunaraðferðir notuðu kalk, ál o.s.frv., til botnfalls, eða bleikduft til sótthreinsunar. Seint á Ming-ættarveldinu hafði landið mitt þegar skólphreinsibúnað. Árið 1762 byrjaði Bretland að nota kalk og málmsölt til að hreinsa skólp frá þéttbýli. Í dag munum við aðallega gera umhverfisþekkingu vinsæl frá tveimur þáttum: skaða umhverfismengunar og þróun skólphreinsistöðva!

Við skulum fyrst skoða nokkra vel-þekkta skaðlega umhverfismengun. Á milli 1930 og 1960 komu átta meiriháttar umhverfismengunartilvik heiminum í opna skjöldu: Meuse Valley reykatvikið í Belgíu, Donora reykatvikið í Bandaríkjunum, London reykatvikið, Los Angeles ljósefnafræðilegt reykatvik í Bandaríkjunum, Minamata sjúkdómstilvikið í Japan, Toyama Itai-atvikið í Japan, Yokkathice atvikið í Japan, Yokkathrice atvikið í Japan og Yokkathrice atvikið í Japan. klíðolíuatvik. Þessi átta helstu umhverfismengunaratvik vísa til átta mikilvægra og átakanlegra atburða af völdum umhverfismengunar um allan heim.

Meuse Valley Smog Atvikið (Belgía): Frá 1. til 5. desember, 1930, fyllti mikið magn af smog frá 13 verksmiðjum í Meuse Valley iðnaðarsvæðinu í Belgíu loftið, sem olli því að þúsundir manna á iðnaðarsvæðinu upplifðu brjóstverk, hósta, tár, hálsbólgu og erfiðleika. Meira en 60 manns drápust innan viku og fjöldi búfjár fórst líka. Þetta er elsta skráða loftmengunaratvik 20. aldar.

Donora-smoggatvikið (Bandaríkin): Frá 26. til 31. október, 1948, upplifði bærinn Donora, Pennsylvania, viðvarandi reyk. Þetta svæði var styrkur brennisteinssýruverksmiðja, stálverksmiðja og sinkbræðslu. Smogurinn sem losaður var frá þessum verksmiðjum var fastur í dalnum, sem olli því að 6.000 manns fundu skyndilega fyrir óþægindum eins og augnverkjum, hálsbólgu, nefrennsli, höfuðverk og þyngsli fyrir brjósti; 20 þeirra dóu fljótt. Þessi reykur var aðallega af völdum eitraðra og skaðlegra efna eins og brennisteinsdíoxíðs og málmagna sem festust við svifryk. Fólk andaði að sér miklu magni af þessum skaðlegu lofttegundum á stuttum tíma, sem leiddi til stórslysa.

The London Smog Event (5.-8. desember 1952): Mikill þrýstingur og þétt þoka lagðist yfir London, vindlaust í nokkra daga. Þetta átti sér stað á háannatíma vetrarhitunar þegar kolareykur, ryk og raki safnaðist fyrir í andrúmsloftinu sem olli því að margir borgarbúar áttu í öndunarerfiðleikum og augnertingu. Meira en 4.000 manns létust á aðeins fjórum dögum. Á næstu tveimur mánuðum dóu til viðbótar 8.000 manns. Þetta var stærsti reykur í þéttbýli af völdum kolabrennslu á 20. öld.

Minamata sjúkdómsatvikið í Japan: Frá og með 1949 hóf Japan Nitrogen Fertilizer Company, staðsett í Minamata Town, Kumamoto Hérað, Japan, að framleiða vínýlklóríð og vínýlasetat. Vegna þess að framleiðsluferlið notaði kvikasilfurs-hvata (Hg) var mikið magn af kvikasilfri losað í Minamata Bay ásamt ómeðhöndluðu frárennsli verksmiðjunnar. Árið 1954 byrjaði undarlegur sjúkdómur af óþekktum orsökum, kallaður "Minamata-sjúkdómur," að birtast í Minamata-flóa. Sjúkdómurinn hafði áhrif á ketti og menn, með einkennum þar á meðal óstöðugt göngulag, krampa, vansköpun á höndum og fótum, taugasjúkdóma, bogadregnir líkamans og hávær grátur, sem leiddu að lokum til dauða. Eftir næstum tíu ára greiningu staðfestu vísindamenn að kvikasilfur í frárennsli verksmiðjunnar væri orsök „Minamata-sjúkdómsins“. Kvikasilfur frásogast af örverum í vatni og umbreytist í metýlkvikasilfur (CH3)Hg í líkamanum. Þetta efni kemst inn í líkama manna og dýra í gegnum fiska og rækjur, skaðar heilann og aðra líkamshluta, veldur rýrnun í heila, truflun á jafnvægiskerfi litla heila og önnur skaðleg áhrif; það er mjög eitrað. Í Japan hafa hundruð þúsunda manna neytt fisks og rækju sem er menguð af metýlkvikasilfri frá Minamata-flóa.

...og svo framvegis, við munum ekki skrá þá alla hér!

Í dag skulum við líta á skólphreinsistöð sem er eldri en virkjað seyruferlið, með sögu um 139 ár: Blackburn Meadows frárennslishreinsistöðin, byggð árið 1886 í Sheffield, gamalgróinni iðnaðarborg á Englandi. Skolphreinsistöðvar eiga sér yfir 100 ára sögu.

Eins og þú sennilega veist, var virkjaða seyruferlið fundið upp í Bretlandi snemma á 20. öld og Edward Ardern og William Lockett eru taldir uppfinningamenn þess, allt aftur til ársins 1914. Hins vegar hófst hreinsun skólps í Bretlandi um það bil 50 árum fyrr en virkjaða seyruferlið: með iðnþróuninni fór íbúum Bretlands að fjölga hratt af löndunum, og England varð það mesta af vatni. Endurtekin hreinlætisvandamál í breskum bæjum urðu til þess að hinn virti vísindamaður Michael Faraday rannsakaði persónulega ástand Thames-árinnar.

Kólerufaraldurinn 1832 kostaði yfir 400 mannslíf í Sheffield. Eftir það, þó að sveitarstjórnin hefði byggt fráveitukerfi, héldu fyrirtæki áfram að losa skólp og úrgang beint í aðalána (River Don) og gerði vatnið svart og illa lyktandi. Á bak við þetta byggði Sheffield sína fyrstu skólphreinsistöð árið 1886.

Upphafsverksmiðjan var frekar einföld. Hann var hannaður til að meðhöndla 40.000 rúmmetra á dag og virkaði aðeins á daginn. Afrennslisvatn var hreinsað með kalki og seyrjan sem af henni varð notuð sem áburður fyrir nærliggjandi bæi. Engu að síður, á sínum tíma, var þessi planta mikil framfarir og laðaði að heimsóknir frá starfsbræðrum og borgarfulltrúum frá öðrum hlutum Englands.

Eftir að henni var lokið árið 1886 fór verksmiðjan í endurnýjun árið 1910. Áður hafði borgarráð Sheffield séð fyrir sér að byggja leiðslu til að losa skólp beint í Norðursjó, en síðar tók upp nýstárleg aðferð við -loftun til að brjóta niður mengunarefni í frárennslisvatninu. Þeir kölluðu þessa tækni „bakteríabeð“. Það er sanngjarnt að segja að Sheffield-menn hafi gert eitthvað sannarlega frábært fyrir mannkynið-ef þeir hefðu einfaldlega hent skólpi beint í sjóinn, gæti það verið hefðbundin venja í dag. Sheffielders settu algjörlega nýtt viðmið fyrir önnur stjórnvöld og vatnsyfirvöld -notkun líffræðilegra aðferða til að meðhöndla skólp. Taktu eftir tímalínunni-þeim datt í hug að nota bakteríur til að meðhöndla skólpvatn árið 1910, á meðan svo-virkja seyruferlið kom fyrst fram árið 1914.

Líffilmuaðferð

Um miðja-18. öld hófst iðnbyltingin í Evrópu, þar sem fjarlæging lífrænna efna úr frárennsli þéttbýlis varð lykilatriði. Árið 1881 fundu franskir ​​vísindamenn upp fyrsta lífhverfa og fyrstu loftfirrtu líffræðilegu hreinsunartjörnina -Moris-tjörnina sem markar upphaf líffræðilegrar skólphreinsunar. Árið 1893 var fyrsta líffræðilega sían tekin í notkun í Wales á Englandi og breiddist fljótt út til Evrópu og Norður-Ameríku. Tækniframfarir ýttu undir þróun staðla. Árið 1912 lagði Royal Commission in Wastewater Management í Bretlandi til að nota BOD5 til að meta hversu mikil vatnsmengun væri.

Virkjað seyruferli

Árið 1914 gáfu Arden og Lokett út grein um virkjað seyruferlið við Institution of Chemical Engineers (ICC) í Bretlandi og sama ár stofnuðu þeir fyrstu tilraunavirkja seyruhreinsistöð í Manchester í Englandi. Tveimur árum síðar var fyrsta virka seyruhreinsistöðin formlega stofnuð í Bandaríkjunum. Fæðing virka seyruferlisins lagði grunninn að skólphreinsitækni í þéttbýli næstu 100 árin.

Á fyrstu stigum þess notaði virkjaða seyruferlið áfyllingar--og-tæmingarferli (svipað og SBR-ferlið). Vegna tiltölulega afturábaka sjálfvirkrar stýringartækni og búnaðar á þeim tíma var rekstur þess fyrirferðarmikill og hætt við að stíflast, og bauð ekki verulega yfirburði samanborið við líffræðilegar síur. Seinna kom stöðugt flæðandi tappa-flæðisvirkjað seyruferli fljótt í staðinn. Hins vegar, vegna þess að súrefnisnotkunarhraði seyru í tappa -flæðisreactor er breytilegur eftir lengd tanksins, er erfitt að samræma súrefnisbirgðahraða og virkjaða seyruferlið stendur frammi fyrir því vandamáli að staðbundin ófullnægjandi súrefnisframboð er. Smám saman loftað virkjað seyruferlið, sem lagt var upp með árið 1936, og þrepaloftunarferlið, sem lagt var til árið 1942, bættu súrefnisbirgðajafnvægi með því að taka á loftun og áhrifaaðferðum, í sömu röð. Árið 1950 lagði McKinney frá Bandaríkjunum fram tillögu um algjörlega blandaða virka seyru. Þessi aðferð leysti á áhrifaríkan hátt vandamálið við að fylla seyru með því að breyta lifunarham örverusamfélagsins í virkjaðri seyru, sem gerði því kleift að laga sig að hallabreytingum á styrk undirlags innan loftunartanksins.

Með víðtækri notkun þess í raunverulegri framleiðslu og stöðugri tækninýjungum, leysti virkjaða seyruferlið smám saman af hólmi líffilmuferlið og varð almenna skólphreinsunartækni frá 1940 til 1960.

Árið 1921 dreifðist virkjað seyruferlið til Kína og Kína byggði sína fyrstu skólphreinsistöð -Shanghai North District skólphreinsistöðina. Árið 1926 og 1927 voru skólphreinsistöðvarnar í austurhluta Shanghai og vesturumdæmi byggðar í sömu röð, með samanlagðri daglegri meðferðargetu upp á 35.500 tonn á þeim tíma.

Á fimmta áratugnum varð ofauðgun vatnshlota áberandi vandamál, sem gerði það að verkum að köfnunarefnis- og fosfórfjarlæging var önnur stór krafa í skólphreinsun. Þar af leiðandi var röð af köfnunarefnis- og fosfórfjarlægingarferlum þróuð byggð á virkjaðri seyruferlinu, eins og algengustu A/O og A2/O ferlin.

Köfnunarefnishreinsun Meginregla: Lífræn köfnunarefnissambönd eru brotin niður í ammoníak köfnunarefni með því að ammonifying bakteríur. Ammóníak köfnunarefni er frekar niðurbrotið og umbreytt með nítrandi bakteríum, fyrst í nítrít köfnunarefni með nítrít-oxandi bakteríum og síðan í nítrat köfnunarefni með nítrítandi bakteríum. Við súrefnislausar aðstæður er nítratköfnunarefni umbreytt í gegnum tvær leiðir með því að afneita bakteríur: aðlögun-denitrification (myndun), sem að lokum myndar lífræn köfnunarefnissambönd sem verða hluti af bakteríufrumunni; og sundrunar-denitrification (niðurbrot), með loftkenndu köfnunarefni sem lokaafurð.

Meginregla fosfórfjarlægingar: Við loftfirrðar aðstæður (oxunar-minnkunarmöguleiki ORP á milli -200 og -300 mV), umbreyta fjölfosfat-söfnunarbakteríur lífrænum fosfór í frumum sínum í ólífrænan fosfór, losa hann í þetta lífræna ferli til að leysa upp í þessu lífræna ferli búa til pólý(-hýdroxýbútýrat) (PHB) agnir. Við loftháðar aðstæður brjóta bakteríur sem safnast fyrir fjölfosfat niður PHB til að veita þá orku sem þarf til upptöku fosfórs úr frárennslisvatni og ljúka þannig fjölfosfatsöfnunarferlinu.

Auðvitað eru skólphreinsunarferlar sem taldir eru upp hér að ofan aðeins toppurinn á ísjakanum. Skolphreinsunaraðferðir hafa nú þróast í stórt kerfi. Þegar litið er til baka á alla söguna hefur framfarir í hreinsun frárennslis í þéttbýli aukist með vaxandi kröfum um heilsu manna, breytingum á vatnsgæðum og aukinni fágun skólphreinsunar. Á sama tíma hefur rekstrarstjórnun, fjármagnskostnaður og landkostnaður knúið áfram stöðuga þróun vatnsmeðferðartækni, sem hefur smám saman einfaldað rekstur, landnotkun, verklag og aðföng orkuauðlinda. Kröfur fólks um vatnsgæði aukast á meðan hreinsunarferlar verða sífellt straumlínulagaðri.