污水处理中生物载体填料及其研究与应用现状
生物膜法是一大类生物处理法的统称，
包括生物滤池、
生物转盘、
生物接触
氧化池、
曝气生物滤池及生物流化床，
其共同特点是微生物附着生长在填料表面
上，
形成生物膜，
是一种被广泛采用的生物处理方法，
具有良好的处理效果和应
用前景。近年来
,
水处理领域的重大进展和发展很多集中在生物膜法处理工艺。
在废水生物膜法处理工艺中
,
反应器中填充的填料是其核心部分。
填料是生物膜
赖以栖息的场所
,
是生物膜的载体
,
影响着微生物的生长、繁殖、脱落和形态及
空间结构
,
同时兼有截留悬浮物质的作用。
因此
,
载体填料是曝气生物滤池的关
键
,
直接影响着曝气生物滤池的效能。
同时
,
载体填料的费用在曝气生物滤池处
理系统的基建费用中又占较大比重
,
所以填料关系到系统的合理性。
随着技术工
艺的发展，生物填料从主要使用碎石、卵石、炉渣、和焦炭等小比表面积和低空
隙率的实心填料，发展到如今使用高强度、
、轻质、比表面积大、空隙率高的填
料大大提高了生物膜法的处理效率。
生物滤料是生物接触氧化法的重要组成部分。
首先，
滤料作为微生物的载体，
影响着微生物的生长、
繁殖、
脱离和形态；
其次滤料起到吸附并且截留污水中悬
浮物的作用；再次，滤料起到切割、阻挡气泡的作用，可以增加气泡在水体中的
停留时间和气、
液接触表面积，
提高传质效率。
由此可见滤料有着极其重要的作
用，对于生物接触氧化法工艺的的运行效果和能耗都有着十分重要的影响和意
义。
滤料的性能指标
有良好的水力学特征
填料的水力学特征包括比表面积孔隙率、形状尺寸和填充度。填料表面是
生物膜形成和固着的部位。
较大的表面积是反应器保持高浓度生物量的首要条件
,
而生物量是控制反应器净化功能的关键因素
,
因此
,
填料的比表面积是影响生物
膜法处理效果的首要因素。
一般的
,
大的比表面积是有利的。
但是
,
比表面积越
大
,
反应器越易堵塞
,
流经填料内的水流阻力也越大
,
能耗随之增加。
填料的孔
隙率决定了废水的有效停留时间。
孔隙率越大
,
废水的实际停留时间越长
,
其容
积利用率越高
,
水流阻力越小
,
从而减少反应器堵塞和短流的可能性
,
同时填
料用量减少
,
基建投资降低。但是
,
孔隙率越高
,
比表面积和机械强度就越小
,
反应器出水中的悬浮物浓度也就越高。
现在国内外应用较多的塑料填料的孔隙率
一般在
95%
左右。
有良好的稳定性
生物膜反应器从启动到运行需要较长时间
,
如果生物膜载体本身不具有一
定的机械强度
,
那么在反应器运行过程中势必引起不同程度的破损而丧失
其功
能
,
这将使得生物膜反应
器
中所
持有的生物量呈不规律变化。在污水处理中
,
其直接导致
了出水水质的扰动。因此
,
要求填料有足够的机械强度
,
且本身质轻
,
能抵抗废
水和微生物的侵蚀。
不溶出有害物质而引起二次污染
,
不含对微生物有影响的物
质。
有较好的生物膜附着性
生物膜在填料上的附着性主要取决于填料的物理因素和化学因素。
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
,
表面粗糙度是决定能否快速
形成生物膜的主要条件。
粗糙度越大
,
挂膜越快。
填料表面的空隙大小也影响生
物膜的附着性
,
较小的孔隙具有毛细孔保水作用
,
因而对活动于水中的微生物
有较强的持留作用。
有关研究表明
,
滤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响因
。化学因素包括填料的表面静电作用和亲水性。一般
细菌表面都带负电荷
,
若填料表面的正电位越高
,
则细菌越易附着于填料上生
长形成生物膜。
另外
,
细菌属于亲水性粒子
,
所以
,
提高填料表面的亲水性可以
加快生物膜的形成和附着。
成本低廉
填料的费用一般约占生物膜工艺总投资的
30%-40%
。
因此
,
经济合理地选择填
料是非常重要的。
显然
,
如果材质价格低
,
易于就地取材
,
加工方便
,
就能降低
填料地成本。继而也能降低处理工艺的运行成本。
填料的分类
1
定型固定式填料
定型固定式填料使用于七十年代初
,
其材质有酚醛树脂加玻璃纤维布及固
化剂、
不饱和树脂加玻璃纤维布及固化剂、
塑料等。
国内应用较早的纺织、
印染、
化工、
化肥等行业
,
多数采用此类填料
,
尤以生物塔滤中应用居多。
这类填料的
特点是
,
在不发生堵塞的情况下
,
处理效果较稳定
,
比表面积为
200m2/ m3
左
右
,
使用寿命较长
,
一般为
5~ 8
年。但该类填料对布水、布气均匀性的要求很
高
,
易发生脱膜困难
,
从而引起堵塞。使用中
,
人们发现
,
当有机物浓度高时
,
蜂窝填料很容易堵塞
,
一旦发生堵塞
,
其处理效率急剧下降
,
严重的甚至于毁
坏构筑物。
同时
,
其造价较高。
近年来此类产品很少采用
,
一些原有项目的改造
也基本被其它填料所替代。
2
??挂式填料
悬浮型填料的开发是由生物流化床工艺引发而来的一个新的研究动态，有球
形填料
(
空心球
)
、
阶梯环填料
(
阶梯环
)
、
异状体填料、
管式 状填料和辐射
片圆柱填料
(
鲍尔环
)
、
悬浮颗粒填料等。
这种填料比重接近于水，
无需固定支
架，
在池中可随曝气搅拌悬浮于水中并全池均匀流化，
能耗较低，
是一种很有发
展前途的填料。目前，研究者们正在开发各种材质、结构、形状、大小的此类填
料用于污水处理。例如
:
选用密度为
0
．
90
～
0
．
91 g /m2
、规格为
90 g /m2
的丙纶无纺布作填料。选用填料内径
10
mm
，外径
11
mm
，高
11
mm
的中空圆筒状
填料，进行处理模拟废水小型试验，挂膜成功后，出水水质稳定，
COD
去除率可
达到
88%
左右，生物膜量可达到
4
．
1 g /L
。
2. 1
软性填料
软性填料问世zui早，其主要特点是理论比表面积大、挂膜容易、造价低、运
费省、
组装方便、
不堵塞等。
但废水浓度高或水中悬浮物zui大时，
填料丝会结团，
从而大大减少了实际利用的比表面积，
且易发生断丝、
中心绳断裂等情况，
影响
了使用寿命，其寿命一般为
1
—
2
年。
2. 2
半软性填料
半软性填料发明于八十年代中期
,
其枝条分布均匀
,
安装后没有短流区
,
使用寿命可达
5~
10
年。
它具有较强的再行布水布气的能力、
挂膜脱膜效果较好、
不堵塞。但其理论比表面积较小、且造价偏高。
2. 3
组合填料
组合填料，既利用了软性纤维填料中醛化维纶纤维具有耐酸碱、耐老化、耐
生物降解的化学性能和比表面积大、
重量轻、
生物膜附着性能好等物理特征，
又
发挥了半软性填料的不结团、
气水再分布能力强、
氧传质效率高的优点，
适合可
生化性较差及浓度较低的废水。
2. 4
弹性填料
弹性立体填料发明于九十年代初
,
其丝条呈辐射立体状态
,
具有一定的柔
性和刚性
,
回弹性好。
其使用寿命长、
布水布气性能良好
,
氧传递系数高、
挂膜
脱膜容易、比表面积大、不结团堵塞、耐温、不易老化、且生产速度快、可满足
大型工程的需要
,
目前得到越来越广泛的应用。
3
分散型填料
分散型填料包括堆积式、
悬浮式填料
,
其种类较多
,
特点在于无需上述填料的安
装工作
,
应用时只需放置于处理装置中即可
,
使用方便
,
且更换简单
,
因此减
少了安装及运行操作管理工作量
,
是今后填料的发展趋势。
龙腾锐等采用山东济
南地区的粘质黏土作骨料制备了水处理酶促生物填料
(
陶粒状
) ,
具有明显的
优良挂膜性能
:
朱乐辉等采用江西萍乡地区的天然陶土作骨料制备得到球形轻
质陶粒
,
应用于好氧和厌氧生物膜法处理效果都较好。
堆积式填料
堆积式填料一般为陶粒填料，
有粉煤灰陶粒，
纳米改性陶粒等，
多用于曝气生物
滤池。由于陶粒内部的微孔多孔结构，使陶粒具有容重小、强度高、保温隔音效
果好、防火、抗冻、耐化学腐蚀、耐细菌腐蚀、抗震性好及施工适应性强等优良
性能，被广泛应用于建筑、冶金、化工、石油、农业等部门。
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