固定膜污水处理系统的发展历史

引言：废水工程这门具有艺术性的科学刚刚历经了百年发展，在此期间，应用技术无疑在促进疾病控制和环境保护领域取得显著进展。固定膜处理系统扮演着整个历程中的重要角色，尤其是因为这项技术代表了原始的生物机制。比如滴滤池、间歇性滤池和接触床都隶属于固定膜生物处理系统。固定膜生物处理系统主载了污水处理技术几十年。虽然一度被悬浮生长处理系统抢了风头，但毫无疑问的是，现如今它又再次走入公众的视野。

鉴于相关历史的重要性，以及固定膜生物处理系统未来的发展趋势，本文将探究固定膜技术背后的“家谱”，力争根据已有的文献资源，做到考据充分，内容翔实，以促进相关领域文献的进一步完善和细化。

1、1850-1875

正如狄更斯在1859年经典故事中的描述，“这是最好的时代，这是最坏的时代。”这个文学形象尖锐地描绘了十九世纪中叶，看似为世人带来祝福的工业革命，实际上在面对大规模传染病时却是这般无力。

霍乱，仅仅是爆发于不列颠群岛内四种致命疾病的其中之一，这个恐怖的疾病传播整整蔓延了十年之久。毫无疑问，这些传染性疾病的爆发与当时糟糕的环境卫生条件有着直接的联系。

然而，当时的细菌学刚刚进入起步阶段，只能为粪便污染和疾病传播之间的潜在关系提供一些模糊的线索。对于污水处理等概念，完全还属于天方夜谭。但是启蒙已经逐渐诞生，接下来，1858年《The NuisanceRemoval Act》立法颁布，专门用以控制污水排放。不过，控制重点迅速转向疾病，流行病学John Snow博士的同年纪念刊物中如是说。

英格兰短期内组织开展了一系列皇家委员研讨会，负责有关污水处理问题的研究。他们初步发现，就当前发展水平而言，化学沉淀、过滤和灌溉都是最先进的技术，而过滤和灌溉对于土地修复都具有一定的作用。还有一些听起来比较奇特的方法，比如其中的一种称之为ABC工艺，采用的过滤材料是由明矾、血液和粘土混合而成。

然而，那时还没有一种能和生物处理搭上边的有效处理机制。1865年，AlecanderMueller博士发现污水通过一个长满活性微生物的滤柱之后，可以得到净化，而这一观点，给了当时的科学界很大启示。

Mueller博士，这位柏林的杰出化学家，几年之后提出了生物净化工艺专利。毫无疑问，无论是Mueller博士的专利还是他提出的这个理念，在当时都引起了人们的广泛关注。

1868年，英国皇家委员会成员之一，Edward Frankland爵士，开始对污水处理的滤料性能展开详细研究，从粗砾石到泥炭土。他每天两次给填满滤料的过滤柱里通入污水，滤料的过滤性能一直维持了四个多月。虽然当时对过滤处理的理解还仅仅归功于物化作用，但是由此建立起来的间歇过滤理念已经诞生。

基于这些结果，皇家委员会开始非常重视利用间歇过滤。1871年，J. Bailey-Denton在威尔士建立了第一个全规模应用设施，这个设施的成功，以及接下来其他几个成功的案例，引得几位工程师开始实践Frankland的理念。

不幸的是，这些工程师常常会忽视一些关键因素的差异，比如土壤渗透性、间歇时间，这就使得试验故障频频发生。历经多个失败案例后，人们对间歇过滤理念的兴趣已经荡然无存。

2、1875-1900

在Mueller成功十年之后，一些研究人员开始探索可作用于污水净化的微生物。1877年，Schloesing和Müntz首次证明土壤具有硝化作用。

五年后，Warrington证实了只有不断接种新鲜的泥土才能保持土壤的硝化能力。而在1890年，Winogradsky成功培养了亚硝化细菌。但是，这些先驱者们仍然不确定这些细菌的工作原理，也无法由此大规模开展有效的工程应用。

到现在为止，欧洲一直主宰着污水处理技术的发展。在美国，人们对污染控制的关注促成了马萨诸塞州劳伦斯实验站的建立。

劳伦斯试验站由Hiram F. Mills和Sedwick教授主管，Mills是一位杰出的水文学家， Sedwick教授则毕业于麻省理工学院。

沿着Allen Hazen的研究方向，劳伦斯实验室在1887年开展了一系列的过滤实验，类似于Frankland当年从事的间歇过滤实验。

然而，当时的过滤反应器个头都比较大，每单位占地1/200英亩。虽然他们的结果与Frankland的相似，但在1890年劳伦斯实验室在首次提出污水处理中微生物活动的重要性，这是一个历史转折点。事实上，他们的研究结果的确可以证明在好氧条件下，滤料上的微生物在污水处理过程中发挥了重要的作用。

鉴于劳伦斯实验站的成功，生物处理技术方向迅速扩展。1890年，Donald Cameron申请到了化粪池专利权，这一事件引发巨大争议，使得大多数城市更加急于找到适合自己的污水处理方案。此时，在新英格兰地区，几个全规模间歇过滤系统开始工作，其中大部分成功运行了几十年。

然而在欧洲，污水工程师们还在犹豫接受间歇过滤的概念，可能是因为之前重复Franklandera试验时，那段经历挥之不去的阴影，又或许是因为他们发现欧洲的土壤并不具有普适性。取而代之，他们选择使用较粗的滤料来提高过滤速率，如焦炭粉、砾石、烧粘土等。Scott-Moncrief开始了第一次这样的测试，他使用直径为1英寸的焦炭对污水进行连续过滤。

1893年，J. Corbett尝试采用串联过滤器，以及连续进水的方式。而在同一年，F. Wallis Stoddart研究发现采用粗介质过滤器可以得到连续的优质出水水质。但是，这两位研究人员的思想存在纷争，Corbett认为是劳伦斯试验站的研究结果给他提供了动力和方向。Stoddart坚持认为是Frankland的试验给了他灵感，不管谁对谁错，滴滤池的理念显然已经浮出水面。

同时期的欧洲还有一个理念正在形成，就是接触床。沿着劳伦斯的实验，W. Santo Crimp和W.J. Dibdin于1891年决定进行一项试验，给一个装满粗滤料的过滤床内连续通入8小时污水，在接下来16小时内观察出水状况。

试验结果表明，出水水质非常好，但是滤料的堵塞却非常严重。在接下来的试验中，Dibdin尝试采用双接触的方法，即采用两个过滤床，后一个过滤器内填充的滤料粒径小于前者。该试验的成功迅速扩展为几座全规模应用，工艺流程都采用了前后两个过滤床的形式。而在他们的第五次报告中，皇家委员会对接触床的安装和运行都提供了广泛的技术支持。

编辑：王媛媛