污水處理中生物載體填料及其研究與應用現狀
生物膜法是一大類生物處理法的統稱，
包括生物濾池、
生物轉盤、
生物接觸
氧化池、
曝氣生物濾池及生物流化床，
其共同特點是微生物附著生長在填料表面
上，
形成生物膜，
是一種被廣泛采用的生物處理方法，
具有良好的處理效果和應
用前景。近年來
,
水處理領域的重大進展和發展很多集中在生物膜法處理工藝。
在廢水生物膜法處理工藝中
,
反應器中填充的填料是其核心部分。
填料是生物膜
賴以棲息的場所
,
是生物膜的載體
,
影響著微生物的生長、繁殖、脫落和形態及
空間結構
,
同時兼有截留懸浮物質的作用。
因此
,
載體填料是曝氣生物濾池的關
鍵
,
直接影響著曝氣生物濾池的效能。
同時
,
載體填料的費用在曝氣生物濾池處
理系統的基建費用中又占較大比重
,
所以填料關系到系統的合理性。
隨著技術工
藝的發展，生物填料從主要使用碎石、卵石、爐渣、和焦炭等小比表面積和低空
隙率的實心填料，發展到如今使用高強度、
、輕質、比表面積大、空隙率高的填
料大大提高了生物膜法的處理效率。
生物濾料是生物接觸氧化法的重要組成部分。
首先，
濾料作為微生物的載體，
影響著微生物的生長、
繁殖、
脫離和形態；
其次濾料起到吸附并且截留污水中懸
浮物的作用；再次，濾料起到切割、阻擋氣泡的作用，可以增加氣泡在水體中的
停留時間和氣、
液接觸表面積，
提高傳質效率。
由此可見濾料有著極其重要的作
用，對于生物接觸氧化法工藝的的運行效果和能耗都有著十分重要的影響和意
義。
濾料的性能指標
有良好的水力學特征
填料的水力學特征包括比表面積孔隙率、形狀尺寸和填充度。填料表面是
生物膜形成和固著的部位。
較大的表面積是反應器保持高濃度生物量的首要條件
,
而生物量是控制反應器凈化功能的關鍵因素
,
因此
,
填料的比表面積是影響生物
膜法處理效果的首要因素。
一般的
,
大的比表面積是有利的。
但是
,
比表面積越
大
,
反應器越易堵塞
,
流經填料內的水流阻力也越大
,
能耗隨之增加。
填料的孔
隙率決定了廢水的有效停留時間。
孔隙率越大
,
廢水的實際停留時間越長
,
其容
積利用率越高
,
水流阻力越小
,
從而減少反應器堵塞和短流的可能性
,
同時填
料用量減少
,
基建投資降低。但是
,
孔隙率越高
,
比表面積和機械強度就越小
,
反應器出水中的懸浮物濃度也就越高。
現在國內外應用較多的塑料填料的孔隙率
一般在
95%
左右。
有良好的穩定性
生物膜反應器從啟動到運行需要較長時間
,
如果生物膜載體本身不具有一
定的機械強度
,
那么在反應器運行過程中勢必引起不同程度的破損而喪失
其功
能
,
這將使得生物膜反應
器
中所
持有的生物量呈不規律變化。在污水處理中
,
其直接導致
了出水水質的擾動。因此
,
要求填料有足夠的機械強度
,
且本身質輕
,
能抵抗廢
水和微生物的侵蝕。
不溶出有害物質而引起二次污染
,
不含對微生物有影響的物
質。
有較好的生物膜附著性
生物膜在填料上的附著性主要取決于填料的物理因素和化學因素。
物理因素
包括填料的表面粗糙度和表面空隙大小。
研究表明
,
表面粗糙度是決定能否快速
形成生物膜的主要條件。
粗糙度越大
,
掛膜越快。
填料表面的空隙大小也影響生
物膜的附著性
,
較小的孔隙具有毛細孔保水作用
,
因而對活動于水中的微生物
有較強的持留作用。
有關研究表明
,
濾池填料的孔隙率和粗糙度是能否很快形成
初期生物膜的主要影響因
。化學因素包括填料的表面靜電作用和親水性。一般
細菌表面都帶負電荷
,
若填料表面的正電位越高
,
則細菌越易附著于填料上生
長形成生物膜。
另外
,
細菌屬于親水性粒子
,
所以
,
提高填料表面的親水性可以
加快生物膜的形成和附著。
成本低廉
填料的費用一般約占生物膜工藝總投資的
30%-40%
。
因此
,
經濟合理地選擇填
料是非常重要的。
顯然
,
如果材質價格低
,
易于就地取材
,
加工方便
,
就能降低
填料地成本。繼而也能降低處理工藝的運行成本。
填料的分類
1
定型固定式填料
定型固定式填料使用于七十年代初
,
其材質有酚醛樹脂加玻璃纖維布及固
化劑、
不飽和樹脂加玻璃纖維布及固化劑、
塑料等。
國內應用較早的紡織、
印染、
化工、
化肥等行業
,
多數采用此類填料
,
尤以生物塔濾中應用居多。
這類填料的
特點是
,
在不發生堵塞的情況下
,
處理效果較穩定
,
比表面積為
200m2/ m3
左
右
,
使用壽命較長
,
一般為
5~ 8
年。但該類填料對布水、布氣均勻性的要求很
高
,
易發生脫膜困難
,
從而引起堵塞。使用中
,
人們發現
,
當有機物濃度高時
,
蜂窩填料很容易堵塞
,
一旦發生堵塞
,
其處理效率急劇下降
,
嚴重的甚至于毀
壞構筑物。
同時
,
其造價較高。
近年來此類產品很少采用
,
一些原有項目的改造
也基本被其它填料所替代。
2
??掛式填料
懸浮型填料的開發是由生物流化床工藝引發而來的一個新的研究動態，有球
形填料
(
空心球
)
、
階梯環填料
(
階梯環
)
、
異狀體填料、
管式網狀填料和輻射
片圓柱填料
(
鮑爾環
)
、
懸浮顆粒填料等。
這種填料比重接近于水，
無需固定支
架，
在池中可隨曝氣攪拌懸浮于水中并全池均勻流化，
能耗較低，
是一種很有發
展前途的填料。目前，研究者們正在開發各種材質、結構、形狀、大小的此類填
料用于污水處理。例如
:
選用密度為
0
．
90
～
0
．
91 g /m2
、規格為
90 g /m2
的丙綸無紡布作填料。選用填料內徑
10
mm
，外徑
11
mm
，高
11
mm
的中空圓筒狀
填料，進行處理模擬廢水小型試驗，掛膜成功后，出水水質穩定，
COD
去除率可
達到
88%
左右，生物膜量可達到
4
．
1 g /L
。
2. 1
軟性填料
軟性填料問世zui早，其主要特點是理論比表面積大、掛膜容易、造價低、運
費省、
組裝方便、
不堵塞等。
但廢水濃度高或水中懸浮物zui大時，
填料絲會結團，
從而大大減少了實際利用的比表面積，
且易發生斷絲、
中心繩斷裂等情況，
影響
了使用壽命，其壽命一般為
1
—
2
年。
2. 2
半軟性填料
半軟性填料發明于八十年代中期
,
其枝條分布均勻
,
安裝后沒有短流區
,
使用壽命可達
5~
10
年。
它具有較強的再行布水布氣的能力、
掛膜脫膜效果較好、
不堵塞。但其理論比表面積較小、且造價偏高。
2. 3
組合填料
組合填料，既利用了軟性纖維填料中醛化維綸纖維具有耐酸堿、耐老化、耐
生物降解的化學性能和比表面積大、
重量輕、
生物膜附著性能好等物理特征，
又
發揮了半軟性填料的不結團、
氣水再分布能力強、
氧傳質效率高的優點，
適合可
生化性較差及濃度較低的廢水。
2. 4
彈性填料
彈性立體填料發明于九十年代初
,
其絲條呈輻射立體狀態
,
具有一定的柔
性和剛性
,
回彈性好。
其使用壽命長、
布水布氣性能良好
,
氧傳遞系數高、
掛膜
脫膜容易、比表面積大、不結團堵塞、耐溫、不易老化、且生產速度快、可滿足
大型工程的需要
,
目前得到越來越廣泛的應用。
3
分散型填料
分散型填料包括堆積式、
懸浮式填料
,
其種類較多
,
特點在于無需上述填料的安
裝工作
,
應用時只需放置于處理裝置中即可
,
使用方便
,
且更換簡單
,
因此減
少了安裝及運行操作管理工作量
,
是今后填料的發展趨勢。
龍騰銳等采用山東濟
南地區的粘質黏土作骨料制備了水處理酶促生物填料
(
陶粒狀
) ,
具有明顯的
優良掛膜性能
:
朱樂輝等采用江西萍鄉地區的天然陶土作骨料制備得到球形輕
質陶粒
,
應用于好氧和厭氧生物膜法處理效果都較好。
堆積式填料
堆積式填料一般為陶粒填料，
有粉煤灰陶粒，
納米改性陶粒等，
多用于曝氣生物
濾池。由于陶粒內部的微孔多孔結構，使陶粒具有容重小、強度高、保溫隔音效
果好、防火、抗凍、耐化學腐蝕、耐細菌腐蝕、抗震性好及施工適應性強等優良
性能，被廣泛應用于建筑、冶金、化工、石油、農業等部門。
