在接下來的幾年內,人們對過濾器和接觸床展開了大量研究。比如如何保證間歇過濾器的負荷均勻,Waring和Lowcock在1892年設計了一個簡單的裝置,該裝置底層覆蓋細砂礫層,以促進配水均勻,但是,這種設計會阻礙曝氣效果。所以,Waring還為此設計了一個強制性曝氣生物濾池系統,并申請了專利。
Stoddart研發了一種應對配水均勻問題的設計,他設計了一套具有對稱排水口的波紋型金屬平板布水器,試驗結果看似不錯,但實際上這些平板的位置需要非常繁瑣的調整。Corbett最初采用設有溝槽的木質水槽,又改為各種固定式噴頭。1896年,Carfield提出了在間歇式過濾器內設置固定布水器的理念,虹吸作用可以保證間歇過濾時不會發生濾料局部淹水。
1889年,首次提出旋轉布水器的理念,其后Corbett一直對旋轉布水器進行工藝細化,直到1894年,Whittaker和Bryant發明了脈沖式旋轉布水器。這種布水器不僅產生脈沖、間歇式布水、同時還可以對進水保溫。然而,他們的模型多采用穿孔管布水方式,容易堵塞。之后,Mather和Platt發明了旋轉木槽布水器,解決了堵塞問題。
3 、1900-1925
基于Hazen、Stoddart、Corbett和Dibdin在過去四分之一個世紀對經典技術進步所做出的貢獻,未來25年有可能成為實際應用和完善的時代。已經較成熟的生物處理系統包括間歇性過濾、滴濾池和接觸床。在污水曝氣基礎實驗逐漸興起之時,懸浮生長系統的理念還沒有誕生。
滴濾池在1901年首次引入美國,截止到1910年,在美國中西部和東部的一些城市累計已有大約10座滴濾池。巴爾的摩市的一座占地31英畝的滴濾池系統直到75年之后還在運行。
這些早期的美國滴濾池一直采用固定噴頭布水器,并且持續了數十年。當代污水處理設計手冊通常都有幾頁專門講解噴頭的設計和安裝。旋轉式噴頭在美國只有非常少量的試驗應用,而歐洲滴濾池的設計比較青睞使用旋轉式噴頭。
隨著滴濾池應用的出現,間歇過濾的熱度開始消退。勞倫斯實驗站繼續開展針對這兩種濾池的對比研究,他們發現采用粗粒濾料可以顯著減小濾池的占地面積,是因為粗粒濾料的負荷比較高。1916年,Tatham等學者開始研究生物過濾的數學模型。
至于接觸床的設計,有幾個全規模應用案例的一些記載。盡管一些大型工程都建在美國,但實際上接觸床并沒有激起歐洲地域之外的興趣。而且,濾料積水后產生的厭氧環境也會降低最終的出水水質,這些麻煩問題讓應用者望而卻步。
1904年,Dibdin發現了好氧生物膜的優越性,他決定研發一種石板床技術。并用厚板巖代替了粗粒濾料,厚板巖均勻平鋪成層狀。經過十二個月的實驗室研究后,Dibdin進展順利,1905年他成功的展示了一個基于此的工程應用。但是在皇家委員會的第五次報告,他們認為這種方法只是應用了初級沉淀的原理。
在美國,Dibdin的石板床技術迅速引起了人們的關注。1905年,人們在新澤西州的Plainfield開展了實驗測試。據歷史記載,應用石板床技術比較重要的試驗是在勞倫斯實驗室進行的。在對比了石板床技術(固定膜系統)和懸浮藻類污水處理技術(懸浮生長系統)之后,研究人員在1913年報道了試驗結果,后者可以實現更高的處理效率。
此后不久,英國維多利亞大學的一名化學專業教授,Gilbert John Fowler,參觀了勞倫斯實驗室。一回到英國,他的學生Edward Ardern和William Lockett便開始了對懸浮生長系統的研究。1914年,這兩個學生發表了第一篇關于活性污泥工藝的文章,這種工藝與之前固定膜工藝的區別是采用了懸浮生物作為微生物主體。當談到他的學生們時,Fowler非常認可Edward Ardern和William Lockett所做的貢獻和靈感,他認為指勞倫斯試驗站就是“污水處理的麥加圣地”。
類似于Dibdin的石板床技術,William Owen Travis博士還在尋求如何進一步提高接觸床的性能。Travis博士是英國漢普頓區當地健康管委會的一名官員,他很熟悉接觸床易堵塞的問題。
1904年,Travis博士為此想出了解決辦法,稱為特拉維斯水解/膠體池(Hydrolytic or Colloider Tank),基本構造類似于多級化糞池。依次分為沉砂區,水解區和出水區,后兩個區域中設置擋板或平行陣列板,設置這些擋板是為了吸附隨后的降解細顆粒物。
基于特拉維斯工藝的水廠只有一座,在英格蘭諾維奇,1909年建成。還有一座未建成的特拉維斯工藝水廠,設計師Wattenberg死后被中斷了施工。他的繼任者Karl Imhoff,隨后說服董事會將工藝改為他的個人設計,也就是之后的英霍夫池(Imhoff Tank)。
4、1925-1950
在接下來的25年,人們對滴濾池進行了優化設計。包括設計負荷的技術標準,結構構造和系統運行的開發和應用。幾家公司在結構設計、提高水流容量等方面,做了很多工作,其中包括:Lakeside Engineering(好氧-過濾器),Dorr/Link-Belt Comp.(生物過濾器)和Infilco(快速過濾器)。在大多數實際工程案例中,都已經不再使用固定噴頭而改為旋轉布水系統。
滴濾池的普及當然可以歸因于相對簡單的操作和較高的性價比能力。此時,活性污泥工藝仍然屬于研發階段,一個主要問題是活性污泥工藝的曝氣需要大量耗能。并且,法律問題也困擾著活性污泥工藝,幾個掌握活性污泥工藝的主要城市提起了專利侵權訴訟,這導致許多城市就此放棄了懸浮生長系統工藝,而改為保守的多的滴濾池工藝。
然而,還有幾個與固定膜技術類似的技術方向值得研究。比如,Hays工藝,在1930年至1940年期間是滴濾池的競爭對手。Hays工藝是1930年來自德克薩斯州的化學家Clifford Hays的發明,這個工藝采用大石棉混凝土板垂直堆疊,這種設計方法類似于Dibdin石板床(但是垂直排列,而不是水平)或Travis colloider系統。截止到1942年,在美國已經有63個這樣的水廠,其中大多坐落于軍事設施區。
另一個例子是NidusRack工藝。由A.M.Buswell于1929年開發,該工藝是以通過提高表面積來增加膠體顆粒間的吸引,其根本還是TravisColloider原理。
沿著Weigand和Poujoulat的研究路線,一些人開始基于rotatingsupport media進行獨立研究。 1929年,J.Doman報道了一個使用鍍鋅鋼板做成旋轉布水器的接觸過濾器,示意圖酷似現代RBC的設計。
編輯:王媛媛
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