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提起活性污泥，環(huán)保界很多人都不會感到陌生，但是要追問起這項工藝背后經歷的歷史故事，恐怕很多學習污水處理專業(yè)的學生，都很少能將活性污泥工藝的發(fā)展歷程說出個子丑寅卯來，甚至不少從事專業(yè)工作很多年的工程師，也對此知之甚少。因此，本文回顧了活性污泥的誕生過程，這期間可謂充滿了曲折與艱辛，甚至不乏傳奇色彩，令人嘆為觀止。

早期的污水曝氣研究

從18世紀60年代開始，歐洲興起了工業(yè)革命，這一影響人類社會生產關系的變革一直持續(xù)到19世紀末，工業(yè)革命帶來的直接受利即促使了城市化迅速發(fā)展，當時英國城市人口已達到全國人口50％以上。在這一巨大的社會變革中，出現了許多新的社會問題，很凸顯的一個問題就是：城市化的發(fā)展導致大量的污水無法得到有效的處理。這一問題一直持續(xù)到20世紀20年代中期，才出現了轉機。

當時的英國，成為了水污染問題最為嚴重的國家，城市發(fā)展不斷產生的衛(wèi)生問題以及工業(yè)對清潔水源的要求，促使英國在19世紀后半期形成了一系列環(huán)境治理機構，這其中就包括在1865年成立的河流污染皇家委員會。河流污染皇家委員會的成立促成了河流污染控制法的問世，這是1876年的事情。但是，在法規(guī)的明文背后，英國卻并沒有找到合適的技術來防止河流的進一步污染。因此，從這一點來說，1898年成立的污水處理皇家委員會可被視為污水處理技術發(fā)展的里程碑。該委員會成立后組織的一系列活動，使人們更深刻地理解了影響水體的水質因素。污水處理皇家委員會最為知名的一個貢獻，就是在1908年提出的BOD測試，著名的“30:20（SS:30mg/L、BOD:20 mg/L）+完全硝化”出水標準在1912年得以被采納，在當時，這一標準被視為污水處理工藝發(fā)展的巨大挑戰(zhàn)。

在這樣的時代背景下，歐洲的科學家積極地尋找各種提高污水處理效率的辦法，當時很多研究者的一個直覺是好氧情況下可以避免污水散發(fā)的難聞惡臭，因此，一些研究者開始嘗試向污水中鼓入空氣。安格斯•史密斯博士在1882年所做的試驗，通常被視為早期這方面研究的代表，他指出在任何情況下，對于污水曝氣都會使腐敗延遲，而且在曝氣的情況下更容易形成硝酸鹽氮。

美國馬薩諸塞州的勞倫斯試驗站在當時是污水處理領域非常著名的研究機構，研究方向是驗證各種不同的污水處理方法。其在1891~1898年期間，研究的內容之一也是對城市污水曝氣，英國人洛可克在1892年也對污水進行了類似的曝氣研究，但這些研究都是采用生物濾池曝氣，而不是污水在池子內直接曝氣。早期的研究者認為，氧的存在會使污水中的物質得到良好的氧化，但是與曝氣方面投入的大量研究相比，污水處理效率的提高卻收效甚微。

吉爾伯特•福勒是英國曼徹斯特大學的教授，也是曼徹斯特河道部門的咨詢化學家，該所大學當時以微生物的工業(yè)應用而聞名于世。他在1897年進行的污水曝氣試驗中，產生了清澈的出水，同時也產生了快速沉淀的顆粒物。但是，福勒認為這些沉淀物是試驗的失敗之處，他認為污水的凈化應該是污染物變?yōu)槿芙鉅顟B(tài)或變?yōu)闅鈶B(tài)。

活性污泥概念的初步形成

1911年，勞倫斯試驗站的首席化學家克拉克正在研究生活污水對水體生物的影響，他將魚放在池內，開始加入污水，看看魚能忍受多少容量的污水。他發(fā)現，隨著注入的污水越來越多，為了讓魚還能在其中生存，就需要在池內鼓入足夠的空氣。試驗過程中他還發(fā)現，隨著污水的加多，在池內出現了一些沉淀物。而當停止曝氣后，他發(fā)現將這些沉淀物排出池子，水就能變得很清澈，于是他就想：“在曝氣方面也應該可以做一些類似的研究”。隨后他立即放棄了對魚的生物研究，轉而開始對池中的污水進行曝氣實驗，幾個星期后，他已經能夠將污水進行充分的凈化。

1912年，曼徹斯特大學的福勒教授來到了勞倫斯試驗站，這一次他是應邀去解決紐約港的污染問題。在這次旅行中，福勒有幸目睹了克拉克和蓋奇正在進行的試驗，克拉克和蓋奇在勞倫斯試驗站比較了兩種處理方法，一種是讓污水在接種有綠藻的瓶子中曝氣，檢驗在有綠藻的情況下曝氣的有效性，目的是作為生物濾池的一種預處理手段；另外一種方法是讓污水在密實的板巖中曝氣，污水在板巖中曝氣的概念歸因于狄布丁，狄布丁在1884年就嘗試過，但并不成功。

福勒認為這次造訪使他的思路豁然開朗，甚至將勞倫斯試驗站稱為“污水凈化的圣地”。

在去勞倫斯試驗站之前，福勒當時正和一位名叫曼福特的年輕細菌學家合作，曼福特除了與福勒合作之外，他還是魏茲曼的助手，魏茲曼是曼徹斯特大學的猶太裔化學家、政治家，后來在1949年成為以色列第一任總統。魏茲曼與福勒密切合作，他們負責指導曼福特和格拉迪斯•克里菲（后改名格拉迪斯•曼福特）兩位助理研究員的工作，這兩位后來結為夫妻。