Iz prvog postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda na svijetu—Pogled na razvoj tehnologije za prečišćavanje otpadnih voda!

Predgovor: Ljudski razvoj je kontinuirani proces poboljšanja. Uzmimo za primjer tretman otpadnih voda. Prvo postrojenje za prečišćavanje otpadnih voda izgrađeno je nakon što smo svjedočili štetnosti i zdravstvenim rizicima neselektivnog ispuštanja otpadnih voda, što je dovelo do njegovog kontinuiranog razvoja. Istorija prečišćavanja gradskih otpadnih voda može se pratiti do starog Rima. U to vrijeme, okoliš je imao veliki kapacitet, a kapacitet samoprečišćavanja vodnih tijela mogao je zadovoljiti ljudske potrebe za vodom; ljudi su trebali samo da razmotre drenažu. Kasnije, sa ubrzanjem urbanizacije, kućna kanalizacija je prenosila zarazne bolesti prenoseći bakterije. Iz zdravstvenih razloga, ljudi su počeli da tretiraju ispuštenu kućnu kanalizaciju. Rane metode tretmana su koristile vapno, stipsu, itd., za taloženje, ili prašak za izbjeljivanje za dezinfekciju. Do kasne dinastije Ming, moja zemlja je već imala uređaje za pročišćavanje otpadnih voda. Godine 1762. Britanija je počela koristiti vapno i metalne soli za tretiranje gradske kanalizacije. Danas ćemo uglavnom popularizirati ekološka znanja sa dva aspekta: štetnosti zagađenja životne sredine i razvoja postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda!

Hajde da prvo pogledamo neke-poznate štetne događaje zagađenja životne sredine. Između 1930-ih i 1960-ih, osam velikih incidenata zagađenja okoliša šokiralo je svijet: incident sa smogom u dolini Meuse u Belgiji, incident sa smogom Donora u Sjedinjenim Državama, incident sa smogom u Londonu, incident sa fotohemijskim smogom u Los Anđelesu u Sjedinjenim Državama, incident sa bolešću Minamata u Japanu, incident sa bolešću Toyama Itai} u Japanu, incident sa bolešću Toyama Itai} Yokkai{4} u Japanu Japan i incident sa japanskim uljem od pirinčanih mekinja. Ovih osam velikih incidenata zagađenja životne sredine odnose se na osam značajnih i šokantnih događaja uzrokovanih zagađenjem životne sredine širom sveta.

Incident smoga u dolini Meuse (Belgija): Od 1. do 5. decembra 1930. godine, velike količine smoga koje je ispuštalo 13 fabrika u industrijskoj zoni doline Meuse u Belgiji ispunile su vazduh, uzrokujući na hiljade ljudi u industrijskoj zoni bol u grudima, kašalj, suzenje, otežano disanje. Više od 60 ljudi je umrlo za nedelju dana, a stradala je i mnoga stoka. Ovo je najraniji zabeleženi incident zagađenja vazduha u 20. veku.

Incident sa smogom Donora (Sjedinjene Američke Države): Od 26. do 31. oktobra 1948. godine, grad Donora, Pensilvanija, iskusio je uporni smog. Ovo područje je bilo koncentrisano tvornicama sumporne kiseline, čeličanama i topionicama cinka. Smog koji se emituje iz ovih fabrika bio je zarobljen u dolini, uzrokujući da 6.000 ljudi iznenada iskusi nelagodu kao što su bol u očima, grlobolja, curenje iz nosa, glavobolja i stezanje u grudima; Njih 20 je brzo umrlo. Ovaj smog događaj je uglavnom bio uzrokovan otrovnim i štetnim tvarima kao što su sumpor dioksid i metalne čestice koje su prianjale na suspendirane čestice. Ljudi su u kratkom periodu udisali velike količine ovih štetnih gasova, što je dovelo do velike katastrofe.

Događaj smoga u Londonu (5-8. decembar 1952): Visok pritisak i gusta magla prekrili su London, bez vjetra nekoliko dana. To se dogodilo tokom vrhunca zimske sezone grijanja, kada su se dim od uglja, prašina i vlaga akumulirali u atmosferi, uzrokujući da mnogi stanovnici grada dožive poteškoće s disanjem i iritaciju očiju. Više od 4.000 ljudi umrlo je u samo četiri dana. U naredna dva mjeseca umrlo je još 8.000 ljudi. Ovo je bio najveći urbani smog izazvan sagorevanjem uglja u 20. veku.

Incident sa bolešću Minamata u Japanu: Počevši od 1949. godine, Japanska kompanija za azotno gnojivo, smještena u gradu Minamata, prefektura Kumamoto, Japan, počela je proizvoditi vinil hlorid i vinil acetat. Budući da je proizvodni proces koristio katalizator koji sadrži živu- (Hg), velike količine žive su ispuštene u Minamata Bay zajedno sa netretiranom otpadnom vodom fabrike. Godine 1954., čudna bolest nepoznatog uzroka, nazvana "Minamata bolest", počela se pojavljivati ​​u zaljevu Minamata. Bolest je zahvatila mačke i ljude, sa simptomima koji uključuju nesiguran hod, konvulzije, deformitete šaka i stopala, neurološke poremećaje, savijanje tijela i glasne plače, što je na kraju dovelo do smrti. Nakon skoro deset godina analize, naučnici su potvrdili da je živa u otpadnim vodama fabrike uzrok "Minamata bolesti". Mikroorganizmi iz vode apsorbuju živu i u tijelu se pretvaraju u metil živu (CH3)Hg. Ova supstanca ulazi u tijela ljudi i životinja preko riba i škampa, oštećujući mozak i druge dijelove tijela, uzrokujući atrofiju mozga, poremećaj ravnoteže malog mozga i druge štetne efekte; izuzetno je toksičan. U Japanu su stotine hiljada ljudi konzumirale ribu i škampe kontaminirane metil živom iz zaliva Minamata.

...i tako dalje, nećemo ih sve navoditi ovdje!

Danas, pogledajmo postrojenje za prečišćavanje otpadnih voda starije od procesa aktivnog mulja, sa istorijom dugom 139 godina: postrojenje za prečišćavanje otpadnih voda Blackburn Meadows, izgrađeno 1886. u Sheffieldu,-davno uspostavljenom industrijskom gradu u Engleskoj. Postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda imaju istoriju dužu od preko 100 godina.

Kao što vjerojatno znate, proces aktivnog mulja izumljen je u Britaniji početkom 20. stoljeća, a Edward Ardern i William Lockett se smatraju njegovim izumiteljima, koji datiraju još iz 1914. Međutim, tretman otpadnih voda u Britaniji je zapravo počeo oko 50 godina ranije od procesa aktivnog mulja: s industrijskim razvojem, britanska populacija i vodene zemlje su postale jedna od najbržih zemalja. Ponavljajući sanitarni problemi u britanskim gradovima naveli su poznatog naučnika Michaela Faradaya da lično istraži stanje rijeke Temze.

Pandemija kolere 1832. odnijela je više od 400 života u Sheffieldu. Nakon toga, iako je lokalna uprava izgradila kanalizacioni sistem, preduzeća su nastavila da izbacuju otpadne vode i otpad direktno u glavnu rijeku (rijeku Don), pretvarajući vodu u crnu i neugodan{3}}smrd. U tom kontekstu, Sheffield je izgradio svoje prvo postrojenje za prečišćavanje otpadnih voda 1886.

Početna biljka je bila prilično jednostavna. Dizajniran za prečišćavanje 40.000 kubnih metara dnevno, radio je samo tokom dana. Otpadne vode su tretirane vapnom, a nastali mulj je korišten kao đubrivo za obližnje farme. Ipak, za svoje vrijeme, ova fabrika je bila značajan napredak, privlačeći posjete kolega i gradskih zvaničnika iz drugih dijelova Engleske.

Nakon završetka 1886. godine, postrojenje je renovirano 1910. godine. Ranije je gradsko vijeće Sheffielda predviđalo izgradnju cjevovoda za ispuštanje otpadnih voda direktno u Sjeverno more, ali je kasnije usvojilo inovativnu metodu{2}}aeracije za razlaganje zagađivača u otpadnim vodama. Ovu tehnologiju su nazvali "bakterijski kreveti". Pošteno je reći da su Sheffielderi učinili nešto zaista veliko za čovječanstvo-da su jednostavno bacili otpadnu vodu direktno u more, to bi danas mogla biti standardna praksa. Šefildovi su postavili potpuno novo mjerilo za druge vlade i vlasti za vodu-upotrebu bioloških metoda za pročišćavanje otpadnih voda. Obratite pažnju na vremensku liniju-koju su zamislili da koriste bakterije za tretman otpadnih voda 1910. godine, dok se tako-proces takozvanog aktivnog mulja pojavio tek 1914. godine.

Biofilm Method

Sredinom-18. vijeka, industrijska revolucija je počela u Evropi, pri čemu je uklanjanje organske materije iz gradskih otpadnih voda postalo ključni fokus. Francuski naučnici su 1881. godine izumili prvi bioreaktor i prvo jezero za anaerobni biološki tretman-Moris ribnjak, što je označilo početak biološkog tretmana otpadnih voda. Godine 1893. prvi biološki filter stavljen je u upotrebu u Velsu, Engleska, i brzo se proširio na Evropu i Sjevernu Ameriku. Tehnološki napredak podstakao je razvoj standarda. Godine 1912. Kraljevska komisija za upravljanje otpadnim vodama u Velikoj Britaniji predložila je korištenje BPK5 za procjenu stepena zagađenja vode.

Proces aktivnog mulja

Godine 1914. Arden i Lokett objavili su rad o procesu aktivnog mulja na Institutu kemijskih inženjera (ICC) u Velikoj Britaniji, a iste godine su uspostavili prvo u svijetu pilot postrojenje za prečišćavanje otpadnih voda s aktivnim muljem u Manchesteru, Engleska. Dvije godine kasnije, u Sjedinjenim Državama službeno je uspostavljeno prvo postrojenje za prečišćavanje otpadnih voda aktivnog mulja. Rođenje procesa aktivnog mulja postavilo je temelje za tehnologiju prečišćavanja gradskih otpadnih voda za narednih 100 godina.

U svojim ranim fazama, proces aktivnog mulja koristio je proces punjenja-i-odvoda (slično SBR procesu). Zbog relativno zaostale automatske kontrolne tehnologije i opreme u to vrijeme, njegov rad je bio glomazan i sklon začepljenju, ne nudeći značajne prednosti u odnosu na biološke filtere. Kasnije ga je proces aktivnog mulja s kontinuiranim protokom -toka brzo zamijenio. Međutim, budući da se brzina potrošnje kiseonika mulja u reaktoru sa utičnim -protočnim reaktorom razlikuje po dužini rezervoara, brzinu dovoda kiseonika je teško uskladiti, a proces aktivnog mulja suočava se sa problemom lokalizovanog nedovoljnog snabdevanja kiseonikom. Postupno aerirani proces aktivnog mulja, predložen 1936. godine, i postupni proces aeracije, predložen 1942. godine, poboljšali su ravnotežu opskrbe kisikom rješavanjem metoda aeracije i influentnih metoda, respektivno. Godine 1950. McKinney iz Sjedinjenih Država predložio je potpuno miješani proces aktivnog mulja. Ova metoda je efikasno riješila problem nagomilavanja mulja promjenom načina preživljavanja mikrobne zajednice aktivnog mulja, omogućavajući joj da se prilagodi promjenama gradijenta u koncentraciji supstrata unutar rezervoara za aeraciju.

Svojom širokom primjenom u stvarnoj proizvodnji i kontinuiranim tehnološkim inovacijama, proces aktivnog mulja postupno je zamijenio proces biofilma i postao glavna tehnologija za tretman otpadnih voda od 1940-ih do 1960-ih.

Godine 1921. proces aktivnog mulja proširio se na Kinu i Kina je izgradila svoje prvo postrojenje za prečišćavanje otpadnih voda-Postrojenje za tretman otpadnih voda sjevernog okruga Shanghai. Godine 1926. i 1927. izgrađene su postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda istočnog i zapadnog okruga Šangaja, sa kombinovanim dnevnim kapacitetom prečišćavanja od 35.500 tona u to vrijeme.

Tokom 1950-ih, eutrofikacija vodnih tijela postala je istaknuti problem, što je uklanjanje dušika i fosfora učinilo još jednim velikim zahtjevom u tretmanu otpadnih voda. Kao posljedica toga, razvijen je niz procesa uklanjanja dušika i fosfora na temelju procesa aktivnog mulja, kao što su najčešći A/O i A2/O procesi.

Princip uklanjanja dušika: Organska jedinjenja dušika se razlažu u amonijačni dušik amonificirajućim bakterijama. Amonijačni azot se dalje razlaže i transformiše nitrifikujućim bakterijama, prvo u nitritni azot bakterijama koje oksidiraju nitrit-, a zatim u nitratni azot bakterijama nitrifikujućim. U anoksičnim uslovima, nitratni azot se transformiše kroz dva puta denitrifikujućim bakterijama: asimilacijom-denitrifikacijom (sintezom), na kraju formirajući organska jedinjenja azota koja postaju deo bakterijske ćelije; i disimilacija-denitrifikacija (razgradnja), sa gasovitim azotom kao konačnim proizvodom.

Princip uklanjanja fosfora: U anaerobnim uslovima (oksidacioni-redukcioni potencijal ORP između -200 i -300 mV), bakterije koje akumuliraju polifosfat-konvertuju organski fosfor unutar svojih ćelija u neorganski fosfor, a apsorbuju ga u organski proces, oslobađajući ga u organski raspadnu energiju. u otpadnoj vodi za sintetizaciju poli(-hidroksibutirata) (PHB) čestica. U aerobnim uvjetima, bakterije koje akumuliraju polifosfate razgrađuju PHB kako bi osigurale energiju potrebnu za apsorpciju fosfora iz otpadne vode, čime se dovršava proces akumulacije polifosfata.

Naravno, gore navedeni procesi tretmana otpadnih voda samo su vrh ledenog brega. Metode tretmana otpadnih voda sada su se razvile u ogroman sistem. Gledajući unatrag na cjelokupnu povijest, napredak u prečišćavanju gradskih otpadnih voda se povećao sa rastućim zahtjevima za zdravlje ljudi, promjenama u kvaliteti vode i sve sofisticiranijim tretmanom otpadnih voda. Istovremeno, operativni menadžment, kapitalni troškovi i troškovi zemljišta doveli su do kontinuirane evolucije tehnologija za prečišćavanje vode, postepeno pojednostavljujući operacije, korištenje zemljišta, procedure i unose energetskih resursa. Zahtjevi ljudi za kvalitetom vode su sve veći, dok se procesi tretmana sve više pojednostavljuju.