No pasaulē pirmās notekūdeņu attīrīšanas iekārtas — ieskats notekūdeņu attīrīšanas tehnoloģijas attīstībā!

Priekšvārds: Cilvēka attīstība ir nepārtraukts pilnveidošanās process. Ņemiet, piemēram, notekūdeņu attīrīšanu. Pirmā notekūdeņu attīrīšanas iekārta tika uzcelta, pārliecinoties par kaitējumu un veselības apdraudējumiem, ko rada nekontrolēta notekūdeņu novadīšana, kā rezultātā tās tika nepārtraukti attīstītas. Pilsētas notekūdeņu attīrīšanas vēsture meklējama jau senajā Romā. Tajā laikā videi bija liela jauda, ​​un ūdenstilpju pašattīrīšanās spēja{4}} varēja apmierināt cilvēku vajadzības pēc ūdens; cilvēkiem vajadzēja apsvērt tikai drenāžu. Vēlāk, paātrinoties urbanizācijai, sadzīves notekūdeņi, pārnēsājot baktērijas, izplatīja infekcijas slimības. Veselības apsvērumu dēļ cilvēki sāka attīrīt novadītos sadzīves notekūdeņus. Agrīnās apstrādes metodes sedimentācijai izmantoja kaļķi, alaunu utt., dezinfekcijai balināšanas pulveri. Vēlās Mingu dinastijas laikā manā valstī jau bija notekūdeņu attīrīšanas iekārtas. 1762. gadā Lielbritānija sāka izmantot kaļķu un metālu sāļus pilsētu notekūdeņu attīrīšanai. Šodien galvenokārt popularizēsim vides zināšanas no diviem aspektiem: vides piesārņojuma kaitējuma un notekūdeņu attīrīšanas iekārtu attīstības!

Vispirms apskatīsim dažus labi zināmus{0}}kaitīgos vides piesārņojuma notikumus. No 1930. gada līdz 1960. gadiem pasauli šokēja astoņi lieli vides piesārņojuma gadījumi: Māsas ielejas smoga incidents Beļģijā, Donoras smoga incidents ASV, Londonas smoga incidents, Losandželosas fotoķīmiskā smoga incidents ASV, Minamatas slimības incidents Japānā, Toyama Itai slimības incidents Japanitai{{4} Japāna un Japānas rīsu kliju eļļas incidents. Šie astoņi galvenie vides piesārņojuma incidenti attiecas uz astoņiem nozīmīgiem un šokējošiem notikumiem, ko izraisījis vides piesārņojums visā pasaulē.

Māsas ielejas smoga incidents (Beļģija): no 1930. gada 1. līdz 5. decembrim liels daudzums smoga, ko izplatīja 13 rūpnīcas Beļģijas Mūzas ielejas rūpnieciskajā zonā, piepildīja gaisu, izraisot tūkstošiem cilvēku rūpnieciskajā zonā sāpes krūtīs, klepus, asarošanu, sāpes kaklā un apgrūtinātu elpošanu. Nedēļas laikā gāja bojā vairāk nekā 60 cilvēku, un gāja bojā arī daudzi mājlopi. Šis ir agrākais reģistrētais gaisa piesārņojuma gadījums 20. gadsimtā.

Donoras smoga incidents (ASV): no 1948. gada 26. līdz 31. oktobrim Donoras pilsētā Pensilvānijas štatā notika pastāvīgs smogs. Šajā apgabalā atradās sērskābes rūpnīcu, tērauda rūpnīcu un cinka kausēšanas uzņēmumu koncentrācija. No šīm rūpnīcām izdalītais smogs tika iesprostots ielejā, izraisot 6000 cilvēku pēkšņu diskomfortu, piemēram, sāpes acīs, iekaisis kakls, iesnas, galvassāpes un spiediena sajūtu krūtīs; 20 no viņiem ātri nomira. Šo smogu galvenokārt izraisīja toksiskas un kaitīgas vielas, piemēram, sēra dioksīds un metāla daļiņas, kas pielipušas suspendētajām daļiņām. Cilvēki īsā laikā ieelpoja lielu daudzumu šo kaitīgo gāzu, izraisot lielu katastrofu.

Londonas smoga notikums (1952. gada 5.–8. decembris): Londonu pārklāja augsts spiediens un blīva migla, vairākas dienas bezvējš. Tas notika ziemas apkures sezonas maksimuma laikā, kad atmosfērā uzkrājās akmeņogļu dūmi, putekļi un mitrums, izraisot daudziem pilsētas iedzīvotājiem elpošanas grūtības un acu kairinājumu. Tikai četru dienu laikā nomira vairāk nekā 4000 cilvēku. Nākamo divu mēnešu laikā gāja bojā vēl 8000 cilvēku. Šis bija lielākais pilsētas smoga notikums, ko izraisīja ogļu sadedzināšana 20. gadsimtā.

Minamatas slimības incidents Japānā: Sākot ar 1949. gadu, Japānas slāpekļa mēslojuma uzņēmums, kas atrodas Minamata pilsētā, Kumamoto prefektūrā, Japānā, sāka ražot vinilhlorīdu un vinilacetātu. Tā kā ražošanas procesā tika izmantots dzīvsudrabu -saturošs (Hg) katalizators, liels daudzums dzīvsudraba tika novadīts Minamatas līcī kopā ar rūpnīcas neattīrītajiem notekūdeņiem. 1954. gadā Minamatas līcī sāka parādīties dīvaina nezināma cēloņa slimība, ko sauca par "Minamata slimību". Slimība skāra kaķus un cilvēkus ar tādiem simptomiem kā nestabila gaita, krampji, roku un pēdu deformācijas, neiroloģiski traucējumi, ķermeņa izliekumi un skaļi saucieni, kas galu galā noveda līdz nāvei. Pēc gandrīz desmit gadu ilgas analīzes zinātnieki apstiprināja, ka dzīvsudrabs rūpnīcas notekūdeņos bija "Minamatas slimības" cēlonis. Dzīvsudrabu absorbē ūdenī esošie mikroorganismi un organismā pārvēršas par metildzīvsudrabu (CH3)Hg. Šī viela cilvēku un dzīvnieku organismā nonāk caur zivīm un garnelēm, bojājot smadzenes un citas ķermeņa daļas, izraisot smadzeņu atrofiju, smadzenīšu līdzsvara sistēmas traucējumus un citas kaitīgas sekas; tas ir ārkārtīgi toksisks. Japānā simtiem tūkstošu cilvēku ir patērējuši zivis un garneles, kas ir piesārņotas ar metildzīvsudrabu no Minamatas līča.

...un tā tālāk, mēs tos visus šeit neuzskaitīsim!

Šodien apskatīsim notekūdeņu attīrīšanas iekārtu, kas ir vecāka par aktīvo dūņu procesu un kuras vēsture ir 139 gadi: Blackburn Meadows Wastewater Treatment Plant, kas tika uzcelta 1886. gadā Šefīldā, sen{2}}nodibinātā industriālā pilsētā Anglijā. Notekūdeņu attīrīšanas iekārtām ir vairāk nekā 100 gadu vēsture.

Kā jūs droši vien zināt, aktīvo dūņu process tika izgudrots Lielbritānijā 20. gadsimta sākumā, un Edvards Ārderns un Viljams Lokets tiek uzskatīti par tā izgudrotājiem, sākot no 1914. gada. Tomēr notekūdeņu attīrīšana Lielbritānijā faktiski sākās apmēram 50 gadus agrāk nekā aktīvo dūņu process: līdz ar rūpniecisko attīstību Anglijas iedzīvotāju skaits kļuva par vienu no visstraujākajām ūdens piesārņojuma valstīm. Atkārtotās sanitārijas problēmas Lielbritānijas pilsētās lika slavenajam zinātniekam Maiklam Faradejam personīgi izpētīt Temzas upes stāvokli.

1832. gada holēras pandēmija Šefīldā prasīja vairāk nekā 400 cilvēku dzīvības. Pēc tam, lai gan vietējā valdība bija izbūvējusi kanalizācijas sistēmu, uzņēmumi turpināja notekūdeņus un atkritumus izliet tieši galvenajā upē (Donas upē), padarot ūdeni melnu un smirdošu. Uz šī fona Šefīlda 1886. gadā uzbūvēja savu pirmo notekūdeņu attīrīšanas iekārtu.

Sākotnējā iekārta bija diezgan vienkārša. Paredzēts apstrādāt 40 000 kubikmetru dienā, tas darbojās tikai dienas laikā. Notekūdeņus attīrīja ar kaļķi, un radušās dūņas izmantoja kā mēslojumu tuvējām saimniecībām. Tomēr savā laikā šī rūpnīca bija nozīmīgs sasniegums, piesaistot kolēģu un pilsētu amatpersonu apmeklējumus no citām Anglijas daļām.

Pēc tās pabeigšanas 1886. gadā rūpnīca tika atjaunota 1910. gadā. Iepriekš Šefīldas pilsētas dome bija paredzējusi izbūvēt cauruļvadu notekūdeņu novadīšanai tieši Ziemeļjūrā, bet vēlāk pieņēma novatorisku metodi-aerācija, lai sadalītu piesārņotājus notekūdeņos. Viņi šo tehnoloģiju sauca par "baktēriju gultām". Ir godīgi teikt, ka šefīldieši cilvēces labā paveica kaut ko patiesi lielisku,{5}}ja viņi būtu vienkārši izgājuši notekūdeņus tieši jūrā, tā varētu būt mūsdienu prakse. Sheffielders noteica pilnīgi jaunu etalonu citām valdībām un ūdensapgādes iestādēm{7}}bioloģisko metožu izmantošanai notekūdeņu attīrīšanā. Ņemiet vērā laika grafiku,{9}}kur viņi izdomāja izmantot baktērijas notekūdeņu attīrīšanai 1910. gadā, savukārt tā sauktais{11}}aktīvo dūņu process parādījās tikai 1914. gadā.

Biofilmas metode

18. gadsimta vidū Eiropā sākās rūpnieciskā revolūcija, kuras galvenais mērķis bija organisko vielu noņemšana no komunālajiem notekūdeņiem. 1881. gadā franču zinātnieki izgudroja pirmo bioreaktoru un pirmo anaerobās bioloģiskās attīrīšanas dīķi-Morisa dīķi, kas iezīmēja notekūdeņu bioloģiskās attīrīšanas sākumu. 1893. gadā Velsā, Anglijā, tika izmantots pirmais bioloģiskais filtrs, kas ātri izplatījās Eiropā un Ziemeļamerikā. Tehnoloģiskie sasniegumi veicināja standartu izstrādi. 1912. gadā Apvienotās Karalistes Karaliskā notekūdeņu apsaimniekošanas komisija ierosināja izmantot BOD5, lai novērtētu ūdens piesārņojuma pakāpi.

Aktivēto dūņu process

1914. gadā Ardens un Lokets publicēja rakstu par aktīvo dūņu procesu Apvienotās Karalistes Ķīmijas inženieru institūtā (ICC), un tajā pašā gadā viņi Mančestrā, Anglijā, izveidoja pasaulē pirmo aktīvo dūņu notekūdeņu attīrīšanas iekārtu. Divus gadus vēlāk ASV tika oficiāli izveidota pirmā aktīvo dūņu notekūdeņu attīrīšanas iekārta. Aktīvo dūņu procesa dzimšana lika pamatus komunālo notekūdeņu attīrīšanas tehnoloģijai nākamajiem 100 gadiem.

Agrīnās stadijās aktīvo dūņu procesā tika izmantots iepildīšanas{0}}un-iztukšošanas process (līdzīgi kā SBR procesam). Tā kā tajā laikā bija salīdzinoši atpalikusi automātiskās vadības tehnoloģija un aprīkojums, tā darbība bija apgrūtinoša un pakļauta aizsērēšanai, nesniedzot nekādas būtiskas priekšrocības salīdzinājumā ar bioloģiskajiem filtriem. Vēlāk to ātri nomainīja nepārtraukti plūstošais-plūsmas aktivēto dūņu process. Tomēr, tā kā dūņu skābekļa patēriņa ātrums spraudņa{6}}plūsmas reaktorā mainās visā tvertnes garumā, skābekļa padeves ātrumu ir grūti saskaņot, un aktīvo dūņu process saskaras ar lokālas nepietiekamas skābekļa padeves problēmu. Pakāpeniski aerējamais aktīvo dūņu process, kas tika ierosināts 1936. gadā, un pakāpeniskais aerācijas process, kas tika ierosināts 1942. gadā, uzlaboja skābekļa padeves līdzsvaru, attiecīgi pievēršoties aerācijas un ieplūdes metodēm. 1950. gadā McKinney no Amerikas Savienotajām Valstīm ierosināja pilnībā jauktu aktīvo dūņu procesu. Šī metode efektīvi atrisināja dūņu uzkrāšanās problēmu, mainot aktīvo dūņu mikrobu kopienas izdzīvošanas režīmu, ļaujot tai pielāgoties substrāta koncentrācijas gradientu izmaiņām aerācijas tvertnē.

Ar savu plašo pielietojumu faktiskajā ražošanā un nepārtrauktiem tehnoloģiskajiem jauninājumiem aktīvo dūņu process pakāpeniski aizstāja bioplēves procesu un kļuva par galveno notekūdeņu attīrīšanas tehnoloģiju no 1940. līdz 1960. gadiem.

1921. gadā aktīvo dūņu process izplatījās Ķīnā, un Ķīna uzcēla savu pirmo notekūdeņu attīrīšanas iekārtu-Šanhajas Ziemeļu rajona notekūdeņu attīrīšanas iekārtu. 1926. un 1927. gadā tika uzbūvētas attiecīgi Šanhajas Austrumu rajona un Rietumu rajona notekūdeņu attīrīšanas iekārtas, kuru kopējā ikdienas attīrīšanas jauda tajā laikā bija 35 500 tonnas.

Piecdesmitajos gados ūdenstilpju eitrofikācija kļuva par nozīmīgu problēmu, padarot slāpekļa un fosfora atdalīšanu par vēl vienu būtisku pieprasījumu notekūdeņu attīrīšanā. Līdz ar to, pamatojoties uz aktīvo dūņu procesu, tika izstrādāta virkne slāpekļa un fosfora atdalīšanas procesu, piemēram, visizplatītākie A/O un A2/O procesi.

Slāpekļa atdalīšanas princips: organiskie slāpekļa savienojumi tiek sadalīti amonjaka slāpeklī, amonificējot baktērijas. Amonjaka slāpekli tālāk sadala un pārveido nitrificējošās baktērijas, vispirms par nitrītu slāpekli, ko veic nitrītu -oksidējošās baktērijas, un pēc tam par nitrātu slāpekli, izmantojot nitrificējošās baktērijas. Bezskābekļa apstākļos nitrātu slāpeklis tiek pārveidots pa diviem denitrifikācijas ceļiem: asimilācijas-denitrifikācija (sintēze), galu galā veidojot organiskos slāpekļa savienojumus, kas kļūst par baktēriju šūnas daļu; un disimilācijas-denitrifikācija (sadalīšanās), kā galaproduktu izmantojot gāzveida slāpekli.

Fosfora atdalīšanas princips: anaerobos apstākļos (oksidācijas-reducēšanas potenciāls ORP no -200 līdz -300 mV), polifosfātu-akumulējošās baktērijas savās šūnās pārvērš organisko fosforu neorganiskā fosforā, absorbējot procesā radušos organiskos atkritumus un izšķīdinot tos ūdenī. sintezēt poli(-hidroksibutirāta) (PHB) daļiņas. Aerobos apstākļos polifosfātus akumulējošās baktērijas noārda PHB, lai nodrošinātu enerģiju, kas nepieciešama fosfora absorbcijai no notekūdeņiem, tādējādi pabeidzot polifosfātu uzkrāšanās procesu.

Protams, iepriekš uzskaitītie notekūdeņu attīrīšanas procesi ir tikai aisberga redzamā daļa. Notekūdeņu attīrīšanas metodes tagad ir attīstījušās par plašu sistēmu. Atskatoties uz visu vēsturi, komunālo notekūdeņu attīrīšanas progress ir palielinājies līdz ar pieaugošajām prasībām cilvēku veselībai, ūdens kvalitātes izmaiņām un notekūdeņu attīrīšanas arvien sarežģītību. Vienlaikus darbības pārvaldība, kapitāla un zemes izmaksas ir veicinājušas nepārtrauktu ūdens attīrīšanas tehnoloģiju attīstību, pakāpeniski vienkāršojot darbības, zemes izmantošanu, procedūras un enerģijas resursu ievadi. Cilvēku prasības pēc ūdens kvalitātes pieaug, savukārt attīrīšanas procesi kļūst arvien racionalizētāki.