固定膜污水處理系統(tǒng)的“前世今生”

　　 廢水工程這門具有藝術(shù)性的科學(xué)剛剛歷經(jīng)了百年發(fā)展，在此期間，應(yīng)用技術(shù)無疑在促進疾病控制和環(huán)境保護領(lǐng)域取得顯著進展。固定膜處理系統(tǒng)扮演著整個歷程中的重要角色，尤其是因為這項技術(shù)代表了原始的生物機制。比如滴濾池、間歇性濾池和接觸床都隸屬于固定膜生物處理系統(tǒng)。固定膜生物處理系統(tǒng)主載了污水處理技術(shù)幾十年。雖然一度被懸浮生長處理系統(tǒng)搶了風(fēng)頭，但毫無疑問的是，現(xiàn)如今它又再次走入公眾的視野。

　　鑒于相關(guān)歷史的重要性，以及固定膜生物處理系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢，本文將探究固定膜技術(shù)背后的“家譜”，力爭根據(jù)已有的文獻資源，做到考據(jù)充分，內(nèi)容翔實，以促進相關(guān)領(lǐng)域文獻的進一步完善和細化。

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　　1850-1875

　　正如狄更斯在1859年經(jīng)典故事中的描述，“這是最好的時代，這是最壞的時代。”這個文學(xué)形象尖銳地描繪了十九世紀(jì)中葉，看似為世人帶來祝福的工業(yè)革命，實際上在面對大規(guī)模傳染病時卻是這般無力。

　　霍亂，僅僅是爆發(fā)于不列顛群島內(nèi)四種致命疾病的其中之一，這個恐怖的疾病傳播整整蔓延了十年之久。毫無疑問，這些傳染性疾病的爆發(fā)與當(dāng)時糟糕的環(huán)境衛(wèi)生條件有著直接的聯(lián)系。

　　然而，當(dāng)時的細菌學(xué)剛剛進入起步階段，只能為糞便污染和疾病傳播之間的潛在關(guān)系提供一些模糊的線索。對于污水處理等概念，完全還屬于天方夜譚。但是啟蒙已經(jīng)逐漸誕生，接下來，1858年《The NuisanceRemoval Act》立法頒布，專門用以控制污水排放。不過，控制重點迅速轉(zhuǎn)向疾病，流行病學(xué)John Snow博士的同年紀(jì)念刊物中如是說。

　　英格蘭短期內(nèi)組織開展了一系列皇家委員研討會，負責(zé)有關(guān)污水處理問題的研究。他們初步發(fā)現(xiàn)，就當(dāng)前發(fā)展水平而言，化學(xué)沉淀、過濾和灌溉都是最先進的技術(shù)，而過濾和灌溉對于土地修復(fù)都具有一定的作用。還有一些聽起來比較奇特的方法，比如其中的一種稱之為ABC工藝，采用的過濾材料是由明礬、血液和粘土混合而成。

　　然而，那時還沒有一種能和生物處理搭上邊的有效處理機制。1865年，AlecanderMueller博士發(fā)現(xiàn)污水通過一個長滿活性微生物的濾柱之后，可以得到凈化，而這一觀點，給了當(dāng)時的科學(xué)界很大啟示。

　　Mueller博士，這位柏林的杰出化學(xué)家，幾年之后提出了生物凈化工藝專利。毫無疑問，無論是Mueller博士的專利還是他提出的這個理念，在當(dāng)時都引起了人們的廣泛關(guān)注。

　　1868年，英國皇家委員會成員之一，Edward Frankland爵士，開始對污水處理的濾料性能展開詳細研究，從粗礫石到泥炭土。他每天兩次給填滿濾料的過濾柱里通入污水，濾料的過濾性能一直維持了四個多月。雖然當(dāng)時對過濾處理的理解還僅僅歸功于物化作用，但是由此建立起來的間歇過濾理念已經(jīng)誕生。

　　基于這些結(jié)果，皇家委員會開始非常重視利用間歇過濾。1871年，J. Bailey-Denton在威爾士建立了第一個全規(guī)模應(yīng)用設(shè)施，這個設(shè)施的成功，以及接下來其他幾個成功的案例，引得幾位工程師開始實踐Frankland的理念。

　　不幸的是，這些工程師常常會忽視一些關(guān)鍵因素的差異，比如土壤滲透性、間歇時間，這就使得試驗故障頻頻發(fā)生。歷經(jīng)多個失敗案例后，人們對間歇過濾理念的興趣已經(jīng)蕩然無存。

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　　1875-1900

　　在Mueller成功十年之后，一些研究人員開始探索可作用于污水凈化的微生物。1877年，Schloesing和Müntz首次證明土壤具有硝化作用。

　　五年后，Warrington證實了只有不斷接種新鮮的泥土才能保持土壤的硝化能力。而在1890年，Winogradsky成功培養(yǎng)了亞硝化細菌。但是，這些先驅(qū)者們?nèi)匀徊淮_定這些細菌的工作原理，也無法由此大規(guī)模開展有效的工程應(yīng)用。

　　到現(xiàn)在為止，歐洲一直主宰著污水處理技術(shù)的發(fā)展。在美國，人們對污染控制的關(guān)注促成了馬薩諸塞州勞倫斯實驗站的建立。

　　勞倫斯試驗站由Hiram F. Mills和Sedwick教授主管，Mills是一位杰出的水文學(xué)家， Sedwick教授則畢業(yè)于麻省理工學(xué)院。

　　沿著Allen Hazen的研究方向，勞倫斯實驗室在1887年開展了一系列的過濾實驗，類似于Frankland當(dāng)年從事的間歇過濾實驗。

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