英国135年污水厂从工业革命至今的百年变迁史
更新时间：2021-03-23 15:29
来源： JIEI创新实验室
作者: 瓦村农夫
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2021年3月22是第二十九届“世界水日”，联合国确定2021年“世界水日”主题是“Valuing Water”（珍惜水、爱护水）。同时，3月22日至28日是第三十四届“中国水周”，水利部确定我国纪念2021年“世界水日”和“中国水周”活动的主题为“深入贯彻新发展理念，推进水资源集约安全利用”。本文向大家介绍一座比活性污泥法还老的污水厂。
一座有135年历史的污水厂。
大家应该都知道，活性污泥法是上世纪初在英国发明的，而且Edward Ardern和William Lockett被认为是活性污泥法的发明人，时间是1914年。
但其实英国污水处理的起步比活性污泥法还要早上约50年：当年随着工业发展，英国的人口开始迅速增长，英格兰也成为是水污染最严重的国家之一。英国的城镇反复出现卫生问题，致使著名科学家迈克·法拉第都要亲自调查泰晤士河现状，并投稿到《泰晤士报》告状。在这样的社会背景下，英国于1865年成立了第一个河道污染皇家委员会(Royal Commission on River Pollution)。
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当年一幅描绘法拉第调查泰晤士河发臭问题的讽刺画 | 图源：dailybritain@wordpress
委员会的成立促成了1876年《河流污染预防法》的颁布，但法案本身没有指明治理措施和技术，因此未能阻止河流污染的进一步恶化。直到1898年，污水处理皇家委员会的成立才有了改变。这应该是污水处理技术的里程碑——委员会协调了各方资源，以便更好地了解影响水质的因素，并评估水处理流程。该委员会最出名的成果之一要数1908年颁布的BOD5推荐测试。他们还在1912年推出了著名的“30:20 +完全硝化”的污水处理出水标准(SS<30mg/L，BOD<20mg/L)，这对当时的污水处理工艺是一个巨大的挑战。
如今，泰晤士河已经成为全球最干净的城市河流之一。回头来看，污水处理须记一功。在本期的专栏里，小编想带大家去英国的谢菲尔德，参观一座有135年历史的污水厂。这个污水厂旁有一个超大型的购物中心。英国人怎么敢在污水厂旁建购物商场？我们去看个究竟吧。
Meadowmall Shopping Centre | 图源：yopa
135年历史的污水厂
在去污水厂前，我先冒充个导游，跟大家讲讲谢菲尔德的历史：
谢菲尔德(Sheffield)，是英国典型的老牌工业城市，它的发展史几乎是欧洲近代发展的缩影。在18 世纪中叶，Benjamin Huntsman在谢菲尔德发明了坩埚炼钢法(Crucible steelmaking)，它成为城市工业的启蒙技术，产品出口至欧洲及美洲市场。
历史从此翻开新的一页——谢菲尔德逐渐摒弃了传统手工业和纺织业，从多产业的传统城市，转型成单一产业的工业化城市。钢铁加工业的高薪吸引了大量人口就业，谢菲尔德围绕中央图书馆和钢铁厂，形成两个新的城市中心。可以说，谢菲尔德引领了历史上第一次大规模的城市化进程。连著名的柯南·道尔医生(Conan Doyle)也曾在谢菲尔德担任医生助理，并以他在这个城市的经历为原型写出了著名的福尔摩斯系列小说中的《巴斯克维尔的猎犬》。
如今，谢菲尔德已成为英格兰第四大城市，但如果你有走在当地接头，估计很难想象19世纪的它有多脏多臭。
福尔摩斯与火车
福尔摩斯迷可能知道Sherlock Holmes的原型叫Joseph Bell博士，但其实他的原型还另有一人，那就是著名的爱丁堡法医科学家、公共卫生检查官Henry Littlejohn爵士。当年Littlejohn爵士几乎参与了爱丁堡所有谋杀案、死亡案的调查工作。法医学上的“验指纹”和“照片证据”正是他开的先河。
Henry Littlejohn爵士有个儿子，生于1826年，叫Harvey Littlejohn。Harvey也是个学霸，并继承父亲的专业，成为了一名法医科学家。1891年，小Littlejohn搬到了谢菲尔德，担任当地的公共卫生检察官和当地大学的法医学讲师。
Littlejohn父子的照片 | 图源：维基百科
刚去到谢菲尔德的Littlejohn教授可是震惊了 ：“估计很难找到比谢菲尔德市中心更糟糕的城镇了。” 这是他作为当地的公共卫生检察官对当地卫生状况的评价。
“你在这里可以找到关于邋遢不卫生的描述所对应的情景。霍乱和伤寒等疾病从私人垃圾堆、肮脏的未经铺设的空地延伸到碎石沟渠，受到污染的水和废物沿着陡峭的山坡顺流而下，进入河道。”
上边都是Littlejohn教授对当年谢菲尔德恶劣市容的描述。而他可能不知道的是，这一切都是他来之前的几十年里，当地环境快速恶化的结果。
第一次工业革命给英国带来了蒸汽火车，谢菲尔德也有了自己的火车站。铁路的到来使谢菲尔德的人口激增，当地的企业开始利用火车运输产品来拓展业务。该城人口在1830-1881年里，从9万飙升到30万！
火车改变了英国的经济格局 | 图源：维基百科
第一座污水厂
1832年的霍乱大流行夺去了谢菲尔德400多个人的生命。在那以后，虽然当地政府已经修建了下水管网，但企业家们依旧图方便，把废水废弃物直接倾倒至当地的主要河流(River Don)，河水黑如墨，恶臭难闻。
在这样的背景下，谢菲尔德在1886年修建了本市第一座污水处理厂(天啊，当地人是怎么熬过那50多年的？)。
2012年升级改造的新的前处理格栅 | 图源：约克水务
起初的污水厂其实非常简单。设计处理规模为4万立方米/天，但实际上只在白天运行。污水用石灰来处理，产生污泥用作附近农场的肥料。无论如何，就当时而言，这污水厂已经是一个巨大的进步。所以那时候它还吸引了英国其他地方的同行和市政府官员来参观访问。
1886年建成后，污水厂在1910年进行了一次改造。此前，谢菲尔德市政厅一直构想着建条管将污水直接排入北海，但后来选用了一种创新的方法——往污水里曝气加氧，来分解污染物。他们当时管这技术叫细菌床(bacteria beds)。可以说，谢菲尔德人真为人类做了一件大好事——如果当时真把污水直排入海，可能就变成今天的标准操作了。谢菲尔德人为其他地方的政府和水务局制定了一个全新的基准——用生物的方法处理污水。大家请注意时间——他们在1910年就想到了用细菌处理污水，而所谓的活性污泥法是1914年才出世的。
Blackburn Meadows 污水厂的现貌。在1990年前，它甚至有自己的铁路 | 图源: JPIMedia
第一次升级
大概又过了四十多年后，污水厂迎来了第一次大规模升级，在1956-1968年间，污水厂经历了五个阶段的升级计划：增加了过滤池、预处理区、暴雨污水处理区，更换了沉淀池，甚至还有了污泥焚烧设备。
接着，在1979-1983年间，市政府先后修建了两条大型管道，其中一条直径5.5米，长2.14千米的隧道联通了污水厂和Carbrook的Hawke街的跌水井(drop shaft)，另一条则连到Furnival路。
1979建造的超大管道 | 图源：Picture Sheffield
进入1990年代，谢菲尔德政府和约克郡水务公司签订了一个长达99年的租约。在此之后，污水厂的运营进入了一个新的境界——他们开始更关注和自然的融合了。厂区的出水塘被改造成公园，里边有湿地和草地。污水厂自此吸引了许多稀客，据观鸟爱好者介绍，他们能看到鹭鸟(Herons)、红隼(kestrels)、鸕鶿(cormorants)和鵟(buzzards)等物种。
天灾的打击
当然，历史如此悠久的污水厂怎么不经历挫折。2007年，一场极具破坏性的洪水洗劫了整个谢菲尔德。
谢菲尔德的污水厂也未能幸免。当时处理能力约50万人口当量的污水厂也许在设计的时候就没有考虑洪涝的可能性，当时被完全淹没在4-5米深的水下，还有工作人员被困厂区过夜。污水厂的污水只能溢流入河，这个情况维持了整整五天才结束，污水厂的脆弱性暴露无遗。
位于Nursery Street park的洪水纪念碑 | 图源：bbc
这次洪水在当地算是一个大事件，当地有人在时候立了个石碑来纪念。这种行为还是让小编觉得蛮敬佩的。
话说回来，这次洪灾使污水厂的设备遭到严重破坏，事后一共花了1700万英镑进行维修。花了这么多钱买个教训之后，当局决定要对污水厂进行第二次升级改造。
第二次升级
2012年，当局拿出7800万英镑来对污水厂进行大改造。
可以说他们几乎是重新污水厂的每个部分，包括建了新的前处理单元、12个新的沉淀池和一个全新的曝气系统，处理规模增至83万人口当量。出水满足欧盟的淡水鱼类指令(EU FFD)的标准，出水BOD要求低至3-5mg/L，氨氮低于3mg/L的水平。
更重要的是加设了厌氧消化池，年处理量为21000吨，造价高达2300万英镑，处理后的污泥会给附近的农地作为肥料农用。
同时这也是污水厂升级成为能量工厂，通过热电联产，污水厂每年可以生产1.9MW的可再生能源，据称能满足厂区大部分的电力。碳排放每年减少6500吨当量，减少率达30%。
Blackburn Meadows污水厂如今的模样 | 图源: Yorkshire Water
这次升级长达4年，于2016年完工。除了污水处理本身，升级项目还包括对Don Valley的泵站和污水管网的改良，减少日后遇到洪灾造成的破坏。污水厂的大佬们当时很自豪地宣布：排入Don River的出水的氮含量大大降低了，这帮助这条河的水质提高至自工业革命以来最健康的水平。
臭气管理
1990年代初，谢菲尔德决定在Blackburn Meadows污水厂1公里旁建一个名叫Meadowhall的购物中心。现在Meadowhall是英国第11大的购物中心。敢在污水厂旁建商圈，说明污水厂的臭气管理工作应该还不错。
在2012年的大升级中，污水厂也进行了臭气控制系统的更新，采用了Pure Air Solutions公司的SULPHUS技术来处理厂区产生的臭气。这套技术主要利用了 人工填料组装的生物滤池。
据了解，Meadowshall购物中心计划在这十年里完成扩建，届时将成为英国第四大的购物中心。到时也许小编要再写一篇《居然在英国超级购物中心旁建污水厂》的推文了。话说，国内的开发商是不是也可以借鉴这种污水厂和商圈共生的模式呢？
Meadowhall 购物中心航拍 | 图源：wikipedia
不会变老的污水厂
没想到吧？居然有比活性污泥法还老的污水厂！
在它135年的历史，Blackburn Meadow污水厂横跨了三次工业革命，一路走来，经历了持续的升级改造，也见证了城市历史的发展。反过来，它赋予城市的意义和价值也在不断演变。
污水厂和生物质发电厂相邻 | 图源：youtube
在去年的新冠疫情期间，Blackburn Meadow污水厂也贡献了自己的一份力——研究人员在厂区的进水里检测到了新冠病毒的遗传物质。这帮助了当地人意识到污水厂在公共卫生预警方面的潜力。
不知道你看完Blackburn Meadow污水厂的故事会有何感受。在小编看来，它是污水厂可以永葆不老的最好例证。希望不久的将来，所有的污水厂都能改名成为“净水公园”或者“再生水花园”。
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