Iš pirmojo pasaulyje nuotekų valymo įrenginio – žvilgsnis į nuotekų valymo technologijos plėtrą!

Pratarmė: Žmogaus tobulėjimas yra nuolatinis tobulėjimo procesas. Paimkite, pavyzdžiui, nuotekų valymą. Pirmieji nuotekų valymo įrenginiai buvo pastatyti po to, kai buvo pastebėta beatodairiško nuotekų išleidimo žala ir pavojus sveikatai, todėl buvo nuolat plėtojama. Miesto nuotekų valymo istoriją galima atsekti dar senovės Romoje. Tuo metu aplinka buvo didelė, o vandens telkinių savaiminio-išsivalymo pajėgumas galėjo patenkinti žmogaus vandens poreikius; žmonėms reikėjo galvoti tik apie drenažą. Vėliau, įsibėgėjus urbanizacijai, buitinės nuotekos platino infekcines ligas, pernešdamos bakterijas. Dėl sveikatos žmonės pradėjo valyti išleidžiamas buitines nuotekas. Ankstyvieji gydymo metodai sedimentacijai naudojo kalkę, alūną ir kt., dezinfekcijai – balinimo miltelius. Vėlyvosios Mingų dinastijos laikais mano šalyje jau buvo nuotekų valymo įrenginiai. 1762 metais Didžioji Britanija pradėjo naudoti kalkių ir metalų druskas miesto nuotekoms valyti. Šiandien daugiausia populiarinsime aplinkosaugines žinias iš dviejų aspektų: aplinkos taršos žalos ir nuotekų valymo įrenginių plėtros!

Pirmiausia pažvelkime į kai kuriuos gerai žinomus{0}}žalingus aplinkos taršos įvykius. Nuo 1930-ųjų iki 1960-ųjų pasaulį sukrėtė aštuoni dideli aplinkos taršos incidentai: Maso slėnio smogo incidentas Belgijoje, Donoros smogo incidentas JAV, Londono smogo incidentas, Los Andželo fotocheminio smogo incidentas JAV, Minamatos ligos incidentas Japonijoje, Toyama Itai ligos incidentas Japanaitas {{4} Japonija ir Japonijos ryžių sėlenų aliejaus incidentas. Šie aštuoni pagrindiniai aplinkos taršos incidentai yra susiję su aštuoniais reikšmingais ir šokiruojančiais įvykiais, kuriuos sukėlė aplinkos tarša visame pasaulyje.

Maso slėnio smogo incidentas (Belgija): nuo 1930 m. gruodžio 1 d. iki 5 d. dideli smogo kiekiai, kuriuos išmetė 13 gamyklų Belgijos Maso slėnio pramoninėje zonoje, užpildė orą, todėl tūkstančiai pramoninio rajono žmonių patyrė krūtinės skausmą, kosulį, ašarojimą, gerklės skausmą ir apsunkino kvėpavimą. Per savaitę mirė daugiau nei 60 žmonių, taip pat žuvo daug gyvulių. Tai ankstyviausias XX amžiaus užfiksuotas oro taršos incidentas.

Donoros smogo incidentas (JAV): nuo 1948 m. spalio 26 d. iki 31 d. Donoros mieste, Pensilvanijoje, buvo nuolatinis smogas. Ši sritis buvo sieros rūgšties gamyklų, plieno gamyklų ir cinko lydyklų koncentracija. Šių gamyklų skleidžiamas smogas buvo įstrigęs slėnyje, todėl 6000 žmonių staiga patyrė diskomfortą, pavyzdžiui, akių skausmą, gerklės skausmą, slogą, galvos skausmą ir spaudimą krūtinėje; 20 iš jų greitai mirė. Šį smogo įvykį daugiausia sukėlė toksiškos ir kenksmingos medžiagos, tokios kaip sieros dioksidas ir metalo dalelės, prilipusios prie suspenduotų kietųjų dalelių. Žmonės per trumpą laiką įkvėpė didelius kiekius šių kenksmingų dujų, o tai sukėlė didelę nelaimę.

Londono smogo įvykis (1952 m. gruodžio 5–8 d.): Aukštas slėgis ir tankus rūkas apgaubė Londoną, kelias dienas be vėjo. Tai įvyko žiemos piko šildymo sezono metu, kai atmosferoje kaupėsi anglies dūmai, dulkės ir drėgmė, todėl daugeliui miesto gyventojų buvo sunku kvėpuoti ir sudirginti akis. Daugiau nei 4000 žmonių mirė vos per keturias dienas. Per kitus du mėnesius mirė dar 8000 žmonių. Tai buvo didžiausias miesto smogo įvykis, kurį sukėlė anglies deginimas XX amžiuje.

Minamatos ligos incidentas Japonijoje: Nuo 1949 m. Japonijos azoto trąšų įmonė, įsikūrusi Minamata mieste, Kumamoto prefektūroje, Japonijoje, pradėjo gaminti vinilo chloridą ir vinilo acetatą. Kadangi gamybos procese buvo naudojamas gyvsidabrio -turintis (Hg) katalizatorius, į Minamatos įlanką kartu su neapvalytomis gamyklos nuotekomis buvo išleistas didelis gyvsidabrio kiekis. 1954 metais Minamatos įlankoje pradėjo plisti keista nežinomos priežasties liga, vadinama „Minamatos liga“. Liga paveikė kates ir žmones, o simptomai buvo netvirta eisena, traukuliai, rankų ir pėdų deformacijos, neurologiniai sutrikimai, kūno išlinkimas ir garsus verksmas, galiausiai pasibaigęs mirtimi. Po beveik dešimties metų trukusios analizės mokslininkai patvirtino, kad gamyklos nuotekose esantis gyvsidabris buvo „Minamatos ligos“ priežastis. Gyvsidabris absorbuojamas vandenyje esančių mikroorganizmų ir organizme paverčiamas metilo gyvsidabriu (CH3)Hg. Ši medžiaga per žuvis ir krevetes patenka į žmonių ir gyvūnų organizmus, pažeidžia smegenis ir kitas kūno dalis, sukelia smegenų atrofiją, smegenėlių pusiausvyros sistemos sutrikimus ir kitus žalingus padarinius; tai itin toksiška. Japonijoje šimtai tūkstančių žmonių vartojo žuvį ir krevetes, užterštos metilo gyvsidabriu iš Minamatos įlankos.

...ir taip toliau, visų čia neišvardinsime!

Šiandien pažvelkime į nuotekų valymo įrenginius, senesnius už aktyviojo dumblo procesą ir turintį 139 metų istoriją: Blackburn Meadows nuotekų valymo įrenginį, pastatytą 1886 m. Šefilde, seniai-tvirtiname pramoniniame Anglijos mieste. Nuotekų valymo įrenginiai turi daugiau nei 100 metų istoriją.

Kaip tikriausiai žinote, aktyviojo dumblo procesas buvo išrastas Didžiojoje Britanijoje XX amžiaus pradžioje, o jo išradėjais laikomi Edwardas Ardernas ir Williamas Lockettas, datuojamas 1914 m. Tačiau nuotekų valymas Didžiojoje Britanijoje iš tikrųjų buvo pradėtas maždaug 50 metų anksčiau nei aktyviojo dumblo procesas: vystantis pramonei, Didžiosios Britanijos gyventojų skaičius tapo viena didžiausių vandens taršos šalių. Pasikartojančios sanitarijos problemos Didžiosios Britanijos miestuose paskatino garsųjį mokslininką Michaelą Faradėjų asmeniškai ištirti Temzės upės būklę.

1832 m. choleros pandemija Šefilde nusinešė daugiau nei 400 gyvybių. Vėliau, nors vietinė valdžia nutiesė kanalizacijos sistemą, įmonės ir toliau leido nuotekas ir atliekas tiesiai į pagrindinę upę (Dono upę), todėl vanduo pajuodo ir smirdėjo. Atsižvelgiant į tai, Šefildas 1886 metais pastatė savo pirmąjį nuotekų valymo įrenginį.

Pradinis augalas buvo gana paprastas. Sukurta apdoroti 40 000 kubinių metrų per dieną, ji veikė tik dieną. Nuotekos buvo išvalytos kalkėmis, o susidaręs dumblas buvo naudojamas kaip trąša šalia esantiems ūkiams. Nepaisant to, savo laiku ši gamykla buvo reikšminga pažanga, pritraukusi kolegų ir miesto pareigūnų apsilankymus iš kitų Anglijos vietų.

Pabaigus 1886 m., gamykla buvo atnaujinta 1910 m. Anksčiau Šefildo miesto taryba numatė nutiesti dujotiekį, kad nuotekos būtų išleidžiamos tiesiai į Šiaurės jūrą, tačiau vėliau taikė naujovišką -aeracijos metodą, skirtą nuotekose esantiems teršalams skaidyti. Šią technologiją jie pavadino „bakterijų lovomis“. Teisinga sakyti, kad šefīldiečiai padarė kažką tikrai puikaus žmonijos labui,{5}}jeigu jie tiesiog būtų nuleidę nuotekas tiesiai į jūrą, šiandien tai gali būti įprasta praktika. „Sheffielders“ nustatė visiškai naują etaloną kitoms vyriausybėms ir vandens institucijoms{7}}naudoti biologinius metodus nuotekoms valyti. Atkreipkite dėmesį į laiko juostą,{9}}kurie jie sumanė naudoti bakterijas nuotekoms valyti 1910 m., o vadinamasis aktyviojo dumblo procesas atsirado tik 1914 m.

Biofilmo metodas

XVIII amžiaus viduryje Europoje prasidėjo pramonės revoliucija, o organinių medžiagų pašalinimas iš miesto nuotekų tapo pagrindiniu akcentu. 1881 m. prancūzų mokslininkai išrado pirmąjį bioreaktorių ir pirmąjį anaerobinio biologinio valymo tvenkinį-Moriso tvenkinį, žymintį biologinio nuotekų valymo pradžią. 1893 m. Velse (Anglija) buvo pradėtas naudoti pirmasis biologinis filtras, kuris greitai išplito Europoje ir Šiaurės Amerikoje. Technologijų pažanga paskatino standartų kūrimą. 1912 m. JK karališkoji nuotekų tvarkymo komisija pasiūlė vandens užterštumo laipsniui įvertinti naudoti BDS5.

Aktyvuoto dumblo procesas

1914 m. Ardenas ir Lokett paskelbė pranešimą apie aktyviojo dumblo procesą Jungtinės Karalystės Chemijos inžinierių institute (ICC), o tais pačiais metais Mančesteryje, Anglijoje, įkūrė pirmąją pasaulyje bandomąją aktyviojo dumblo nuotekų valymo įrenginį. Po dvejų metų JAV buvo oficialiai įkurtas pirmasis aktyviojo dumblo nuotekų valymo įrenginys. Aktyvaus dumblo proceso gimimas padėjo pagrindą miesto nuotekų valymo technologijai ateinantiems 100 metų.

Ankstyvosiose aktyviojo dumblo proceso stadijose buvo naudojamas užpildymo{0}}ir-išleidimo procesas (panašus į SBR procesą). Dėl to meto santykinai atsilikusios automatinio valdymo technologijos ir įrangos jo veikimas buvo gremėzdiškas ir linkęs užsikimšti, o tai nesuteikia jokių reikšmingų pranašumų, lyginant su biologiniais filtrais. Vėliau nuolat tekantis kamštelio-tekėjimo aktyvuoto dumblo procesas greitai jį pakeitė. Tačiau, kadangi deguonies suvartojimo greitis dumblo srauto reaktoriuje kamštyje{6}}kinta per visą rezervuaro ilgį, deguonies tiekimo greitį sunku suderinti, o aktyviojo dumblo procesas susiduria su vietinio nepakankamo deguonies tiekimo problema. 1936 m. pasiūlytas laipsniškai aeruojamas aktyviojo dumblo procesas ir 1942 m. pasiūlytas etapinis aeracijos procesas pagerino deguonies tiekimo balansą, atitinkamai sprendžiant aeracijos ir įtekėjimo metodus. 1950 m. McKinney iš JAV pasiūlė visiškai mišrų aktyviojo dumblo procesą. Šis metodas efektyviai išsprendė dumblo supildymo problemą, pakeisdamas aktyviojo dumblo mikrobų bendruomenės išlikimo režimą, leidžiantį jai prisitaikyti prie substrato koncentracijos pokyčių aeracijos rezervuare.

Plačiai taikomas faktinėje gamyboje ir nuolat diegiant technologines naujoves, aktyviojo dumblo procesas palaipsniui pakeitė bioplėvelės procesą ir nuo 1940-ųjų iki 1960-ųjų tapo pagrindine nuotekų valymo technologija.

1921 m. aktyviojo dumblo procesas išplito į Kiniją, o Kinija pastatė savo pirmąjį nuotekų valymo įrenginį-Šanchajaus šiaurinio rajono nuotekų valymo įrenginį. 1926 ir 1927 metais buvo pastatyti atitinkamai Šanchajaus Rytų ir Vakarų rajono nuotekų valymo įrenginiai, kurių bendras kasdienis valymo pajėgumas tuo metu buvo 35 500 tonų.

XX amžiaus šeštajame dešimtmetyje vandens telkinių eutrofikacija tapo svarbia problema, todėl azoto ir fosforo pašalinimas tapo dar vienu svarbiu nuotekų valymo poreikiu. Todėl, remiantis aktyviojo dumblo procesu, buvo sukurta keletas azoto ir fosforo šalinimo procesų, tokių kaip dažniausiai naudojami A/O ir A2/O procesai.

Azoto pašalinimo principas: Organiniai azoto junginiai amonifikuojant bakterijas skaidomi į amoniakinį azotą. Amoniakinis azotas toliau skaidomas ir paverčiamas nitrifikuojančių bakterijų, pirmiausia į nitritinį azotą nitrit-oksiduojančios bakterijos, o paskui į nitratinį azotą nitrifikuojančios bakterijos. Beanoksinėmis sąlygomis nitratinį azotą denitrifikuojančios bakterijos paverčia dviem būdais: asimiliacija-denitrifikacija (sintezė), galiausiai susidarant organiniams azoto junginiams, kurie tampa bakterijų ląstelės dalimi; ir disimiliacijos-denitrifikacija (skilimas), kai galutinis produktas yra dujinis azotas.

Fosforo šalinimo principas: anaerobinėmis sąlygomis (oksidacijos-sumažėjimo potencialas ORP nuo -200 iki -300 mV), polifosfatą-akumuliuojančios bakterijos paverčia organinį fosforą savo ląstelėse į neorganinį fosforą, sugeria energiją, susidarančią šiame procese. sintetina poli(-hidroksibutirato) (PHB) daleles. Aerobinėmis sąlygomis polifosfatus kaupiančios bakterijos skaido PHB, kad suteiktų energijos, reikalingos fosforo absorbcijai iš nuotekų, taip užbaigdamos polifosfato kaupimosi procesą.

Žinoma, aukščiau išvardyti nuotekų valymo procesai yra tik ledkalnio viršūnė. Nuotekų valymo metodai dabar išsivystė į plačią sistemą. Žvelgiant į visą istoriją, miestų nuotekų valymo pažanga išaugo didėjant reikalavimams žmonių sveikatai, keičiantis vandens kokybei ir tobulėjant nuotekų valymui. Tuo pačiu metu veiklos valdymas, kapitalo ir žemės sąnaudos lėmė nuolatinę vandens valymo technologijų raidą, palaipsniui supaprastinant operacijas, žemės naudojimą, procedūras ir energijos išteklių sąnaudas. Žmonių reikalavimai vandens kokybei didėja, o valymo procesai tampa vis racionalesni.