De la prima stație de epurare a apelor uzate din lume—O privire asupra dezvoltării tehnologiei de tratare a apelor uzate!

Prefață: Dezvoltarea umană este un proces continuu de îmbunătățire. Luați, de exemplu, tratarea apelor uzate. Prima stație de epurare a apelor uzate a fost construită după ce a fost martor la riscurile de vătămare și sănătate ale deversării nediscriminate de ape uzate, ducând la dezvoltarea continuă a acesteia. Istoria epurării apelor uzate urbane poate fi urmărită încă din Roma antică. La acea vreme, mediul avea o capacitate mare, iar capacitatea de auto-purificare a corpurilor de apă putea satisface nevoile umane de apă; oamenii trebuiau să ia în considerare doar drenajul. Mai târziu, odată cu accelerarea urbanizării, canalizarea menajeră a răspândit boli infecțioase prin transmiterea bacteriilor. Din motive de sănătate, oamenii au început să trateze apele menajere evacuate. Metodele timpurii de tratare au folosit var, alaun etc., pentru sedimentare, sau pulbere de albire pentru dezinfecție. Până la sfârșitul dinastiei Ming, țara mea avea deja dispozitive de purificare a apelor uzate. În 1762, Marea Britanie a început să folosească var și săruri metalice pentru tratarea apelor uzate urbane. Astăzi, vom populariza în principal cunoștințele de mediu din două aspecte: daunele poluării mediului și dezvoltarea stațiilor de epurare a apelor uzate!

Să ne uităm mai întâi la câteva-evenimente nocive binecunoscute ale poluării mediului. Între anii 1930 și 1960, opt incidente majore de poluare a mediului au șocat lumea: incidentul cu smog din Valea Meuse din Belgia, incidentul cu smog Donora în Statele Unite, incidentul cu smog de la Londra, incidentul cu smog fotochimic de la Los Angeles în Statele Unite, incidentul cu boala Minamata din Japonia, incidentul cu boala Toyama Itaikka din Japonia, incidentul Toyama Itai{4}ma Yokka din Japonia, incidentul japonez al uleiului de tărâțe de orez. Aceste opt incidente majore de poluare a mediului se referă la opt evenimente semnificative și șocante cauzate de poluarea mediului în întreaga lume.

Incidentul de smog din Valea Meuse (Belgia): De la 1 până la 5 decembrie 1930, cantități mari de smog emise de 13 fabrici din zona industrială Valea Meuse din Belgia au umplut aerul, provocând dureri în piept, tuse, lăcrimare, dureri în gât și dificultăți de respirație a mii de oameni din zona industrială. Peste 60 de oameni au murit într-o săptămână și multe animale au pierit și ele. Acesta este cel mai vechi incident înregistrat de poluare a aerului din secolul al XX-lea.

Incidentul de smog Donora (Statele Unite ale Americii): Din 26 până în 31 octombrie 1948, orașul Donora, Pennsylvania, a experimentat smog persistent. Această zonă era o concentrație de fabrici de acid sulfuric, fabrici de oțel și topitorii de zinc. Smogul emis de aceste fabrici a fost prins în vale, ceea ce a făcut ca 6.000 de oameni să experimenteze brusc disconfort, cum ar fi dureri de ochi, dureri în gât, secreții nazale, dureri de cap și constricție în piept; 20 dintre ei au murit repede. Acest eveniment de smog a fost cauzat în principal de substanțe toxice și nocive, cum ar fi dioxidul de sulf și particulele de metal care aderă la particulele în suspensie. Oamenii au inhalat cantități mari din aceste gaze nocive într-o perioadă scurtă, ceea ce a dus la un dezastru major.

Evenimentul Smog din Londra (5-8 decembrie 1952): Presiunea ridicată și ceața densă au acoperit Londra, fără vânt timp de câteva zile. Acest lucru s-a întâmplat în timpul sezonului de încălzire de iarnă, când fumul de cărbune, praful și umiditatea s-au acumulat în atmosferă, ceea ce a făcut ca mulți locuitori ai orașului să aibă dificultăți de respirație și iritații oculare. Peste 4.000 de oameni au murit în doar patru zile. În următoarele două luni, alți 8.000 de oameni au murit. Acesta a fost cel mai mare eveniment de smog urban cauzat de arderea cărbunelui în secolul al XX-lea.

Incidentul bolii Minamata din Japonia: Începând cu 1949, compania de îngrășăminte cu azot din Japonia, cu sediul în orașul Minamata, prefectura Kumamoto, Japonia, a început să producă clorură de vinil și acetat de vinil. Deoarece procesul de fabricație a folosit un catalizator care conține mercur-(Hg), cantități mari de mercur au fost descărcate în Golful Minamata împreună cu apele uzate netratate ale fabricii. În 1954, în Golful Minamata a început să apară o boală ciudată de cauză necunoscută, numită „boala Minamata”. Boala a afectat pisicile și oamenii, cu simptome incluzând mers instabil, convulsii, deformări ale mâinilor și picioarelor, tulburări neurologice, arcuirea corpului și strigăte puternice, ducând în cele din urmă la moarte. După aproape zece ani de analize, oamenii de știință au confirmat că mercurul din apele uzate ale fabricii a fost cauza „bolii Minamata”. Mercurul este absorbit de microorganismele din apă și transformat în metilmercur (CH3)Hg în organism. Această substanță pătrunde în corpurile oamenilor și animalelor prin pești și creveți, dăunând creierului și altor părți ale corpului, provocând atrofie a creierului, perturbarea sistemului de echilibru al cerebelului și alte efecte dăunătoare; este extrem de toxic. În Japonia, sute de mii de oameni au consumat pește și creveți contaminați cu metilmercur din Golful Minamata.

...și așa mai departe, nu le vom enumera pe toate aici!

Astăzi, să ne uităm la o stație de tratare a apelor uzate mai veche decât procesul cu nămol activ, cu o istorie de 139 de ani: Stația de tratare a apelor uzate Blackburn Meadows, construită în 1886 în Sheffield, un oraș industrial-conființat de mult timp în Anglia. Stațiile de tratare a apelor uzate au o istorie de peste 100 de ani.

După cum probabil știți, procesul de nămol activat a fost inventat în Marea Britanie la începutul secolului al XX-lea, iar Edward Ardern și William Lockett sunt considerați inventatorii săi, datând din 1914. Cu toate acestea, tratarea apelor uzate în Marea Britanie a început de fapt cu aproximativ 50 de ani mai devreme decât procesul de nămol activat: odată cu dezvoltarea industrială, populația Marii Britanii a devenit cea mai severă dintre țările de apă, iar Anglia a început să crească rapid. Problemele recurente de salubritate din orașele britanice l-au determinat pe renumitul om de știință Michael Faraday să investigheze personal starea râului Tamisa.

Pandemia de holeră din 1832 a făcut peste 400 de morți în Sheffield. Ulterior, deși administrația locală a construit un sistem de canalizare, întreprinderile au continuat să arunce ape uzate și deșeuri direct în râul principal (râul Don), transformând apa în negru și-mirositoare. Pe acest fundal, Sheffield a construit prima sa stație de tratare a apelor uzate în 1886.

Planta inițială a fost destul de simplă. Conceput pentru a trata 40.000 de metri cubi pe zi, a funcționat doar în timpul zilei. Apele uzate au fost tratate cu var, iar nămolul rezultat a fost folosit ca îngrășământ pentru fermele din apropiere. Cu toate acestea, pentru vremea ei, această fabrică a reprezentat un progres semnificativ, atrăgând vizite de la omologi și oficiali din alte părți ale Angliei.

După finalizarea sa în 1886, uzina a suferit o renovare în 1910. Anterior, Consiliul Local Sheffield a avut în vedere construirea unei conducte pentru a evacua apele uzate direct în Marea Nordului, dar mai târziu a adoptat o metodă inovatoare de-aerare pentru a descompune poluanții din apele uzate. Ei au numit această tehnologie „paturi de bacterii”. Este corect să spunem că cei de la Sheffield au făcut ceva cu adevărat grozav pentru omenire-dacă pur și simplu ar fi aruncat apă uzată direct în mare, ar putea fi o practică standard astăzi. The Sheffielders a stabilit un punct de referință complet nou pentru alte guverne și autorități de apă-utilizarea metodelor biologice de tratare a apelor uzate. Rețineți cronologia-au conceput să folosească bacterii pentru tratarea apelor uzate în 1910, în timp ce așa-numitul proces cu nămol activ a apărut abia în 1914.

Metoda biofilmului

La mijlocul-secolului al XVIII-lea, revoluția industrială a început în Europa, cu eliminarea materiei organice din apele reziduale urbane devenind un obiectiv cheie. În 1881, oamenii de știință francezi au inventat primul bioreactor și primul iaz de tratare biologică anaerobă-Iazul Moris, marcând începutul epurării biologice a apelor uzate. În 1893, primul filtru biologic a fost pus în funcțiune în Țara Galilor, Anglia, și s-a răspândit rapid în Europa și America de Nord. Progresele tehnologice au stimulat dezvoltarea standardelor. În 1912, Comisia Regală pentru Managementul Apelor Uzate din Marea Britanie a propus utilizarea BOD5 pentru a evalua gradul de poluare a apei.

Procesul cu nămol activat

În 1914, Arden și Lokett au publicat o lucrare despre procesul de nămol activ la Institution of Chemical Engineers (ICC) din Marea Britanie și, în același an, au înființat prima stație pilot de tratare a apelor uzate cu nămol activ din lume în Manchester, Anglia. Doi ani mai târziu, prima stație de tratare a apelor uzate cu nămol activ a fost înființată oficial în Statele Unite. Nașterea procesului cu nămol activ a pus bazele tehnologiei de tratare a apelor uzate urbane pentru următorii 100 de ani.

În fazele sale incipiente, procesul cu nămol activ a folosit un proces de umplere-și-scurgere (similar procesului SBR). Datorită tehnologiei și echipamentelor de control automat relativ înapoiate la acea vreme, funcționarea acestuia era greoaie și predispusă la înfundare, ne oferind avantaje semnificative în comparație cu filtrele biologice. Mai târziu, procesul de nămol activat cu curgere continuu-a înlocuit rapid. Cu toate acestea, deoarece rata consumului de oxigen al nămolului din reactorul de curgere cu dop-variază de-a lungul lungimii rezervorului, rata de alimentare cu oxigen este dificil de egalat, iar procesul de nămol activat se confruntă cu problema aportului insuficient de oxigen localizat. Procesul cu nămol activ aerat treptat, propus în 1936, și procesul de aerare în etape, propus în 1942, au îmbunătățit echilibrul aprovizionării cu oxigen prin abordarea metodelor de aerare și, respectiv, de influență. În 1950, McKinney din Statele Unite a propus procesul de nămol activ complet amestecat. Această metodă a rezolvat în mod eficient problema îngroșării nămolului prin modificarea modului de supraviețuire al comunității microbiene a nămolului activat, permițându-i să se adapteze la schimbările de gradient ale concentrației substratului din rezervorul de aerare.

Cu aplicarea sa pe scară largă în producția reală și inovația tehnologică continuă, procesul cu nămol activ a înlocuit treptat procesul de biofilm și a devenit tehnologia principală de tratare a apelor uzate din anii 1940 până în anii 1960.

În 1921, procesul cu nămol activ s-a răspândit în China, iar China a construit prima sa stație de tratare a apelor uzate-Stația de tratare a apelor uzate din districtul de nord din Shanghai. În 1926 și 1927, au fost construite stațiile de epurare a apelor uzate din districtul de est din Shanghai și, respectiv, din districtul de vest, cu o capacitate de tratare zilnică combinată de 35.500 de tone la acel moment.

În anii 1950, eutrofizarea corpurilor de apă a devenit o problemă proeminentă, făcând eliminarea azotului și a fosforului o altă cerere majoră în tratarea apelor uzate. În consecință, au fost dezvoltate o serie de procese de îndepărtare a azotului și fosforului pe baza procesului de nămol activ, cum ar fi cele mai comune procese A/O și A2/O.

Principiul eliminării azotului: Compușii organici cu azot sunt descompuși în azot amoniac prin bacterii amonifiante. Azotul de amoniac este descompus și transformat în continuare de bacteriile nitrificatoare, mai întâi în azot nitriți de către bacteriile oxidante-nitriți și apoi în azot nitrați de către bacteriile nitrificante. În condiții anoxice, azotul nitrat este transformat prin două căi prin bacterii denitrificatoare: asimilare-denitrificare (sinteză), formând în cele din urmă compuși organici de azot care devin parte a celulei bacteriene; și disimilarea-denitrificarea (descompunerea), cu azot gazos ca produs final.

Principiul eliminării fosforului: în condiții anaerobe (ORP potențial de oxidare-reducere între -200 și -300 mV), bacteriile care acumulează polifosfat-transformă fosforul organic din celulele lor în fosfor anorganic, eliberându-l și folosind energia generată în acest proces pentru a fi absorbită în matrice organică pentru a se absorbi în poliapa. -hidroxibutirat) (PHB) particule. În condiții aerobe, bacteriile care acumulează polifosfat degradează PHB pentru a furniza energia necesară pentru absorbția fosforului din apele uzate, completând astfel procesul de acumulare a polifosfatului.

Desigur, procesele de tratare a apelor uzate enumerate mai sus sunt doar vârful aisbergului. Metodele de tratare a apelor uzate s-au dezvoltat acum într-un sistem vast. Privind înapoi la întreaga istorie, progresul epurării apelor uzate urbane a crescut odată cu cerințele tot mai mari pentru sănătatea umană, schimbările în calitatea apei și sofisticarea tot mai mare a epurării apelor uzate. Simultan, managementul operațional, capitalul și costurile terenurilor au determinat evoluția continuă a tehnologiilor de tratare a apei, simplificând treptat operațiunile, utilizarea terenului, procedurile și aportul de resurse energetice. Cerințele oamenilor pentru calitatea apei sunt în creștere, în timp ce procesele de tratare devin din ce în ce mai eficientizate.