廢水處理的歷史
這并不是說(shuō)下水道系統已經(jīng)存在了很長(cháng)時(shí)間。畢竟，古羅馬人在帝國鼎盛時(shí)期擁有復雜的下水道系統。相反，關(guān)于廢水管理不善如何嚴重影響社會(huì )健康的知識還相對較新。
羅馬人有一個(gè)集中的污水管理系統，盡管按今天的標準來(lái)說(shuō)還很基本。打開(kāi)和關(guān)閉的溝渠和管道會(huì )帶走糞便和垃圾，主要是利用雨水徑流。然后，被污染的水將流入大型混凝土罐中，使污水在允許水流入附近的河流之前沉淀出來(lái)。有室內管道，下水道上方也建有公共廁所。
現代廢水處理如何改變我們的世界
在中世紀的歐洲，通常與化糞池一起使用封閉的下水道，石制管道或溝渠將污水排到居民區，但通常將便池直接倒入街道。在1858年至1859年之間，倫敦的泰晤士河塞滿(mǎn)了未經(jīng)處理的廢水，再加上非常炎熱的天氣，導致了所謂的“ 大惡臭 ”。
17和18世紀，自來(lái)水廠(chǎng)和 抽水系統迅速擴張，但是工業(yè)革命導致城市和污染的增長(cháng)更加迅速，這一直是霍亂和傷寒等致命疾病暴發(fā)的持續來(lái)源。
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隨著(zhù)19世紀城市的發(fā)展，越來(lái)越多的公共衛生問(wèn)題導致許多城市的市政衛生計劃的發(fā)展和下水道系統的建設。這些系統經(jīng)常 未經(jīng)處理直接將污水排入河流，但是到19世紀后期，許多城市開(kāi)始使用化學(xué)處理和沉淀系統。
集中式污水處理廠(chǎng)的建設始于19世紀末至20世紀初。這些系統將污水通過(guò)物理，生物和化學(xué)過(guò)程相結合，以去除污染物。同樣從1900年代開(kāi)始，設計了新的污水收集系統，將雨水與生活廢水分開(kāi)，以防止污水處理廠(chǎng)在大雨中變得超負荷。
在1910和20年代，工程師們開(kāi)發(fā)了更先進(jìn)的系統來(lái)處理飲用水，然后再將其提供給城市居民。
退一步，在這里檢查時(shí)間表，我們可以開(kāi)始了解最近大規模有效的廢水處理是如何出現的。大約150年前是城市水處理的頭幾個(gè)集中實(shí)例。需要數十年的時(shí)間才能出現更嚴格的做法。
1972年，美國通過(guò)了《 清潔水法》。到現在為止，一些城市的污水處理仍然依靠化學(xué)處理和過(guò)濾，處理過(guò)的污水經(jīng)常被倒入河流和溪流中。工業(yè)廢水的預處理幾乎沒(méi)有防止有毒化學(xué)物質(zhì)干擾污水處理廠(chǎng)使用的生物過(guò)程的方式。
《清潔水法》通過(guò)后，城市開(kāi)始了稱(chēng)為二次處理的過(guò)程，該過(guò)程將廢水中的所有有機污染物去除。具有高濃度有機物質(zhì)和營(yíng)養成分的廢水被傾倒到河流中，導致藻華和細菌生長(cháng)，從而在河流中形成死區。二級處理實(shí)質(zhì)上消除了微生物和有機物的流出物，因此，排放時(shí)，對周?chē)h(huán)境幾乎沒(méi)有影響。
想想看，僅在50年前，世界上許多社區就將未經(jīng)處理的污水傾倒入河流。
在過(guò)去的30多年中，廢水處理過(guò)程確實(shí)經(jīng)歷了最快速的增長(cháng)，現在世界上每個(gè)計劃中的市政府都采用某種形式的集中式廢水管理系統。這一切也都付出了沉重的代價(jià)-數十億美元的規模。
但是，現在，我們可以沖廁所和淋浴了，而不必擔心所有臟水都在發(fā)生什么。在將其排入當地河流和湖泊之前，必須由值得信賴(lài)的廢水處理廠(chǎng)運營(yíng)商處理。“哦，廢水中的所有固體怎么辦？” 你可能想知道。在某些情況下，廢水處理廠(chǎng)會(huì )將其干燥，包裝并出售為肥料，以幫助補充運行污水處理廠(chǎng)的巨額成本。
在其他情況下，一些工廠(chǎng)將利用污泥生產(chǎn)甲烷，然后將其燃燒以發(fā)電或出售。今天的廢水處理使用了科學(xué)和工程技術(shù)，盡管它仍然有點(diǎn)臭。我們認為它是隨領(lǐng)土而來(lái)的。
現在，我們了解了關(guān)于人類(lèi)廢物的衛生知識是如何出現的，現在讓我們仔細看看廢水處理廠(chǎng)的工作方式。
當您沖洗廁所時(shí)，您的廢物會(huì )通過(guò)下水道流到廢水處理廠(chǎng)進(jìn)行處理。下水道系統本身就是一個(gè)主題，因此我們將主要關(guān)注廢水如何從地球上最臟的物質(zhì)之一返回到對環(huán)境安全的水，從理論上講，它可以飲用。一些被稱(chēng)為全循環(huán)再利用廠(chǎng)的廢水處理廠(chǎng)甚至會(huì )吸收廢水，并將其一直處理回飲用水，然后將其泵送到城市居民中。這聽(tīng)起來(lái)似乎很麻煩，但如今的工程和化學(xué)水平允許全循環(huán)再利用工廠(chǎng)以化學(xué)方式輸出與您現在使用的自來(lái)水相同的飲用水。
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在深入探討廢水處理的特定過(guò)程之前，讓我們先進(jìn)行一下規模分析。紐約市擁有14個(gè)廢水處理廠(chǎng)，每天處理13億加侖（49億升）廢水。僅從一個(gè)大城市就可以用8年的時(shí)間將死水填滿(mǎn)死海。
因此，社會(huì )產(chǎn)生了很多浪費。讓我們看看當它到達廢水處理廠(chǎng)時(shí)首先發(fā)生什么。
前期和初級處理
當廢水到達處理設施時(shí)，它首先通過(guò)篩子過(guò)濾掉所有大塊，這是一個(gè)相當大的篩子。這些濾網(wǎng)通常稱(chēng)為條形濾網(wǎng)，其主要工作是使污水更加均勻，使其可以流經(jīng)工廠(chǎng)中的泵和管道。
從柵欄篩去除的廢物被送至垃圾填埋場(chǎng)，稍稍矮小的污水排入下一步，即沉砂室。
沉砂池本質(zhì)上只是您絕對不希望游入的大水池，它們使污水中的較大顆粒沉降到底部。這些較大的顆粒（如泥土，沙子和較大的食物顆粒）被稱(chēng)為砂礫。同樣，此過(guò)程有助于使污水比進(jìn)入時(shí)更均勻。砂礫也被卡車(chē)運到垃圾填埋場(chǎng)。
在最初的幾個(gè)過(guò)程中將污水完全勻漿后，將其轉移到一級澄清池中。
初級澄清池用作巨型沉降池，使大于10μm（0.01 mm）的顆粒（稱(chēng)為懸浮固體）沉降到池底。巨大的撇油臂還刮掉了沿著(zhù)水面上升的油脂。
這些主要澄清池基于稱(chēng)為沉降速度的原理，基本上就是顆粒沉降的速度。工程師確保水進(jìn)入一級澄清池的流量不超過(guò)顆粒的沉降速度，這可以確保顆粒仍然沉降并且污水繼續流動(dòng)。
離開(kāi)初級澄清池后，污水中沒(méi)有大于10μm的固體，此時(shí)，大部分被有機物污染。污水隨后進(jìn)入曝氣池，開(kāi)始進(jìn)行二次處理。
二次廢水處理
曝氣池實(shí)質(zhì)上是起泡的污水處理熱水浴缸。它們使空氣通過(guò)污水底部鼓泡，從而使污水中溶解了氧氣。工程師還將活性污泥泵入曝氣池，這實(shí)際上是下一輪澄清池中的細菌和廢物。這種活性污泥提高了水中的氧氣含量，細菌不斷地瘋狂進(jìn)食，吞噬了所有有機物。
在曝氣池之后，污水看起來(lái)會(huì )更加清澈，它將直接進(jìn)入二級澄清池。這是最終的過(guò)濾過(guò)程，所有剩余的顆粒都沉淀出來(lái)。沉淀出來(lái)的是剛才提到的活性污泥，其中一部分被重新利用，以使曝氣池平穩運行。未使用的東西在處理或用作肥料之前要先變干。
到污水離開(kāi)次要澄清池時(shí)，所有有機物中的85％已被清除，看起來(lái)相當清晰。這 或許 也可以安全地喝太多，但你可能不會(huì )想。排放前的最后過(guò)程是消毒。
這個(gè)過(guò)程殺死了殘留在水中的所有細菌，并確保沒(méi)有任何疾病被排入河流。這通常是通過(guò)氯，臭氧或紫外線(xiàn)消毒（或這些方法的組合）完成的。
臭氧消毒涉及向水中放電，使氧氣分子變成臭氧分子，從而使細菌氧化，導致其細胞壁破裂并殺死它們。
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氯處理以類(lèi)似的方式殺死細菌，但這是一種添加到水中的液態(tài)化學(xué)物質(zhì)，處理廠(chǎng)的操作人員通常會(huì )在釋放污水之前先去除氯，這樣氯就不會(huì )破壞環(huán)境。
最后，工程師還可以使用紫外線(xiàn)來(lái)擾亂細菌的DNA，使細菌無(wú)法繁殖。所有這三個(gè)過(guò)程都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，并且在世界范圍內可以互換使用。
在大多數情況下，消毒后，水會(huì )釋放到河流和溪流中。在缺水地區，有時(shí)處理后的廢水會(huì )流回另一輪處理，制成飲用水。從化學(xué)上講，這是非常安全的，如果不是因為將廢水轉化為飲用水的閉環(huán)過(guò)程而受到的污名化，這可能會(huì )在全球更多地方使用。
整個(gè)過(guò)程大約需要24到36個(gè)小時(shí)，一個(gè)分子的水才能通過(guò)處理廠(chǎng)。
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