填料在曝氣生物濾池中的應(yīng)用與研究進(jìn)展

王英偉 史雪廷 張洪敏

（東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040）

填料作為曝氣生物濾池的核心組成部分，對(duì)其處理效果和運(yùn)行控制極為重要。首先，填料作為微生物的載體，影響著生物膜的生長(zhǎng)、繁殖、脫落、形態(tài)及空間結(jié)構(gòu)[1]，為微生物提供棲息和繁殖的穩(wěn)定環(huán)境，并能保持較多的微生物量；其次，填料是反應(yīng)器中生物膜與廢水接觸的場(chǎng)所，且能對(duì)水流有強(qiáng)制性的紊動(dòng)作用，使廢水能夠再分布；另外，填料作為去除懸浮物的介質(zhì)，其過濾性能又影響著曝氣生物濾池對(duì)懸浮物的去除效果。

1 生物濾料的種類及特點(diǎn)

曝氣生物濾池所用填料，根據(jù)其采用原料的不同，可分為無機(jī)填料、有機(jī)高分子填料；常用的無機(jī)填料有：陶粒、焦炭、石英砂、活性炭、膨脹硅鋁酸鹽等)；有機(jī)類載體是目前在生物膜技術(shù)發(fā)展中受人們關(guān)注的生物膜載體。這些載體在強(qiáng)度、比重等各方面都具有較為明顯的特點(diǎn)有機(jī)高分子填料有聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯PE各類樹脂，塑料(包括各類泡沫材料)，纖維，明膠等。

下面分述各種填料的特點(diǎn)[2～6]

粒狀填料：這是最早出現(xiàn)沿用至今的填料，材質(zhì)為無機(jī)的陶粒或石英砂。這類填料的主要特點(diǎn)是表面粗糙，易于附著生物，截留懸浮污染物的能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是阻力大，容易堵塞。

不規(guī)則粒狀填料：早期有拉西環(huán)(RaschingRing)、鮑爾環(huán)(PallRing)，目前常用的有哈凱登球(Hacketten)和多面空心球等，可用陶瓷、石墨、塑料或金屬制成，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，但流體分布不均。

玻璃鋼或塑料填料：表面光滑，生物膜附著力差，易老化，在實(shí)際使用中往往容易產(chǎn)生堵塞。軟性填料中的水流流態(tài)不理想，易產(chǎn)生結(jié)球現(xiàn)象，使其表面積大為減小，進(jìn)而在結(jié)球的內(nèi)部產(chǎn)生厭氧作用，影響處理效果。

活性炭粒：比表面積大，孔隙多，但價(jià)格昂貴，且由于表面孔隙尺寸太小，大多數(shù)微孔微生物不能利用；

塑料纖維類填料：質(zhì)輕，堅(jiān)硬，但表面光滑，空隙率小，不易掛膜；纖維類填料一般都存在易結(jié)塊及裝填困難等不足；

蜂窩狀或波紋板狀填料：材質(zhì)通常為玻璃鋼或塑料(聚乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯等)，其主要的優(yōu)點(diǎn)是空隙率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)輕但強(qiáng)度高，防腐性能好，衰老生物易于脫落等。主要的缺點(diǎn)是生物在填料表面的生長(zhǎng)與脫落平衡不易控制，填料內(nèi)難以得到均一的流速。

球形輕質(zhì)陶粒:球形輕質(zhì)陶粒是采用粘土為原材料，加入適當(dāng)?shù)幕ぴ献鳛榕蛎泟?，?jīng)高溫?zé)贫伞Ｋ哂衅渌鼈鹘y(tǒng)填料所不具有的諸多優(yōu)點(diǎn):強(qiáng)度大、孔隙率大、比表面積大、化學(xué)穩(wěn)定性好、密度適宜、生物附著性強(qiáng)[7]。

2 填料對(duì)曝氣生物濾池效能的影響

2.1 填料粒徑的影響

填料粒徑對(duì)曝氣生物濾池的處理效能和運(yùn)行周期都有重要影響，填料粒徑越小時(shí)處理效果越好，但填料粒徑較小時(shí)，濾池容易堵塞，運(yùn)行周期相對(duì)較短，需頻繁反沖洗，且不易發(fā)揮填料深層的作用。因此曝氣生物濾池選用填料需要同時(shí)考慮濾池的處理效能和運(yùn)行周期，根據(jù)濾池進(jìn)水水質(zhì)和處理要求進(jìn)行優(yōu)化選擇。

2.2 填料的密度

生物濾池填料的密度大小關(guān)系到生物濾池反沖洗強(qiáng)度的大小，密度越大，反沖洗強(qiáng)度越大，則需要的能量消耗越大；因此在選擇生物濾池填料時(shí)，需測(cè)定各種填料的密度。

2.3 填料層高度

濾層高度與出水水質(zhì)有關(guān)，在一定范圍內(nèi)，增加濾層高度可提高濾池的處理效果保證出水水質(zhì)，但同時(shí)增加的污水提升揚(yáng)程和反沖洗強(qiáng)度，將導(dǎo)致能耗升高。

3 新型填料的研究

球形輕質(zhì)陶粒：采用粘土(主要成分為偏鋁硅酸鹽)為主要原料，加入適當(dāng)化工原料作為膨脹劑，經(jīng)高溫?zé)贫蒣8～11]。此陶粒易于微生物生長(zhǎng)，掛膜快，與廢水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)接觸后，傳遞速率高，吸附氧化速度快，處理效率高。

粉煤灰陶粒：粉煤灰陶粒一般呈球形，表面粗糙堅(jiān)硬，內(nèi)有許多微孔，呈蜂窩狀。粉煤灰陶粒及制品的優(yōu)勢(shì)主要在于性能優(yōu)良、經(jīng)濟(jì)效益好、施工適應(yīng)性強(qiáng)和應(yīng)用范圍廣等四個(gè)方面[12～14]。

納米改性陶粒：納米粉末顆粒分散相具有大的比表面積和強(qiáng)的界面效應(yīng)，附著于陶粒填料表面和內(nèi)部孔隙表面，為反應(yīng)器的掛膜和啟動(dòng)提供高的粗糙度，從而提高細(xì)菌的增殖速度和生物膜的形成速度。

韓國(guó)EPP填料：該填料是通過把聚丙烯樹脂粉和粉末活性炭按照一定的比例混合之后形成含活性炭的母料，再將該母料經(jīng)過擠壓、膨脹制造出膨脹聚丙烯填料。由于填料中含有粉末活性炭，因此具有較強(qiáng)的有機(jī)物吸附能力以及適合微生物生長(zhǎng)的多孔性。

污水廠污泥及河道底泥類填料：以污水廠污泥或河道底泥為主要原料，以粘土、水玻璃為添加劑，制備的新型污泥填料。其對(duì)氨氮、COD、濁度等去除效果均優(yōu)于普通陶粒，符合生物膜載體的要求，并開創(chuàng)了污泥資源化的又一途徑。

4 展望

開發(fā)以天然材料為主要成分的無機(jī)填料，以節(jié)省能耗、減少污染。

研究填料對(duì)污染物去除的影響及污染物去除機(jī)制。目前，對(duì)曝氣濾池運(yùn)行的工藝條件研究很多，但是對(duì)于污染物的轉(zhuǎn)移和代謝途徑研究極少；缺乏在填料上生物相的分布、生態(tài)結(jié)構(gòu)方面系統(tǒng)的分析。

尋求改善填料性能的工藝和方法。優(yōu)化濾料的各項(xiàng)理化指標(biāo)與性能參數(shù)。

制定適合于曝氣生物濾池的填料標(biāo)準(zhǔn)。歐美國(guó)家對(duì)曝氣生物濾的填料均有較為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，但在我國(guó)目前還沒有。在系統(tǒng)掌握填料的性狀、密度等因素對(duì)污染物去除的影響后，制定適合于我國(guó)曝氣生物濾料標(biāo)準(zhǔn)意義深遠(yuǎn)。這不僅會(huì)使填料的生產(chǎn)規(guī)范化，而且將極大地促進(jìn)了物濾池污水處理技術(shù)在我國(guó)的推廣與應(yīng)用。

生物填料的再生利用。有關(guān)評(píng)價(jià)填料性能優(yōu)劣的指標(biāo)方面還有較多欠缺，例如缺乏有效而又簡(jiǎn)易的可用以描述填料表面粗糙程度、有效孔分布及微生物學(xué)特性等方面的定量指標(biāo)，而這些參數(shù)又都是影響填料掛膜的重要因素。

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