污水處理中生物載體填料及其研究與應(yīng)用現(xiàn)狀
生物膜法是一大類生物處理法的統(tǒng)稱，
包括生物濾池、
生物轉(zhuǎn)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(diǎn)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(yīng)
用前景。近年來
,
水處理領(lǐng)域的重大進(jìn)展和發(fā)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(yīng)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(tài)及
空間結(jié)構(gòu)
,
同時(shí)兼有截留懸浮物質(zhì)的作用。
因此
,
載體填料是曝氣生物濾池的關(guān)
鍵
,
直接影響著曝氣生物濾池的效能。
同時(shí)
,
載體填料的費(fèi)用在曝氣生物濾池處
理系統(tǒng)的基建費(fèi)用中又占較大比重
,
所以填料關(guān)系到系統(tǒng)的合理性。
隨著技術(shù)工
藝的發(fā)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(shí)心填料，發(fā)展到如今使用高強(qiáng)度、
、輕質(zhì)、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(tài)；
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(shí)間和氣、
液接觸表面積，
提高傳質(zhì)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(yùn)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(biāo)
有良好的水力學(xué)特征
填料的水力學(xué)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(yīng)器保持高濃度生物量的首要條件
,
而生物量是控制反應(yīng)器凈化功能的關(guān)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(yīng)器越易堵塞
,
流經(jīng)填料內(nèi)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(shí)間。
孔隙率越大
,
廢水的實(shí)際停留時(shí)間越長
,
其容
積利用率越高
,
水流阻力越小
,
從而減少反應(yīng)器堵塞和短流的可能性
,
同時(shí)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(jī)械強(qiáng)度就越小
,
反應(yīng)器出水中的懸浮物濃度也就越高。
現(xiàn)在國內(nèi)外應(yīng)用較多的塑料填料的孔隙率
一般在
95%
左右。
有良好的穩(wěn)定性
生物膜反應(yīng)器從啟動(dòng)到運(yùn)行需要較長時(shí)間
,
如果生物膜載體本身不具有一
定的機(jī)械強(qiáng)度
,
那么在反應(yīng)器運(yùn)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(yīng)
器
中所
持有的生物量呈不規(guī)律變化。在污水處理中
,
其直接導(dǎo)致
了出水水質(zhì)的擾動(dòng)。因此
,
要求填料有足夠的機(jī)械強(qiáng)度
,
且本身質(zhì)輕
,
能抵抗廢
水和微生物的侵蝕。
不溶出有害物質(zhì)而引起二次污染
,
不含對微生物有影響的物
質(zhì)。
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(xué)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(xì)孔保水作用
,
因而對活動(dòng)于水中的微生物
有較強(qiáng)的持留作用。
有關(guān)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(xué)因素包括填料的表面靜電作用和親水性。一般
細(xì)菌表面都帶負(fù)電荷
,
若填料表面的正電位越高
,
則細(xì)菌越易附著于填料上生
長形成生物膜。
另外
,
細(xì)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(fèi)用一般約占生物膜工藝總投資的
30%-40%
。
因此
,
經(jīng)濟(jì)合理地選擇填
料是非常重要的。
顯然
,
如果材質(zhì)價(jià)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(yùn)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(zhì)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(nèi)應(yīng)用較早的紡織、
印染、
化工、
化肥等行業(yè)
,
多數(shù)采用此類填料
,
尤以生物塔濾中應(yīng)用居多。
這類填料的
特點(diǎn)是
,
在不發(fā)生堵塞的情況下
,
處理效果較穩(wěn)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?xì)饩鶆蛐缘囊蠛?/p>
高
,
易發(fā)生脫膜困難
,
從而引起堵塞。使用中
,
人們發(fā)現(xiàn)
,
當(dāng)有機(jī)物濃度高時(shí)
,
蜂窩填料很容易堵塞
,
一旦發(fā)生堵塞
,
其處理效率急劇下降
,
嚴(yán)重的甚至于毀
壞構(gòu)筑物。
同時(shí)
,
其造價(jià)較高。
近年來此類產(chǎn)品很少采用
,
一些原有項(xiàng)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(fā)是由生物流化床工藝引發(fā)而來的一個(gè)新的研究動(dòng)態(tài)，有球
形填料
(
空心球
)
、
階梯環(huán)填料
(
階梯環(huán)
)
、
異狀體填料、
管式網(wǎng)狀填料和輻射
片圓柱填料
(
鮑爾環(huán)
)
、
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(fā)
展前途的填料。目前，研究者們正在開發(fā)各種材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、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(guī)格為
90 g /m2
的丙綸無紡布作填料。選用填料內(nèi)徑
10
mm
，外徑
11
mm
，高
11
mm
的中空圓筒狀
填料，進(jìn)行處理模擬廢水小型試驗(yàn)，掛膜成功后，出水水質(zhì)穩(wěn)定，
COD
去除率可
達(dá)到
88%
左右，生物膜量可達(dá)到
4
．
1 g /L
。
2. 1
軟性填料
軟性填料問世zui早，其主要特點(diǎn)是理論比表面積大、掛膜容易、造價(jià)低、運(yùn)
費(fèi)省、
組裝方便、
不堵塞等。
但廢水濃度高或水中懸浮物zui大時(shí)，
填料絲會結(jié)團(tuán)，
從而大大減少了實(shí)際利用的比表面積，
且易發(fā)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(fā)明于八十年代中期
,
其枝條分布均勻
,
安裝后沒有短流區(qū)
,
使用壽命可達(dá)
5~
10
年。
它具有較強(qiáng)的再行布水布?xì)獾哪芰Α?/p>
掛膜脫膜效果較好、
不堵塞。但其理論比表面積較小、且造價(jià)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(xué)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(fā)揮了半軟性填料的不結(jié)團(tuán)、
氣水再分布能力強(qiáng)、
氧傳質(zhì)效率高的優(yōu)點(diǎn)，
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(fā)明于九十年代初
,
其絲條呈輻射立體狀態(tài)
,
具有一定的柔
性和剛性
,
回彈性好。
其使用壽命長、
布水布?xì)庑阅芰己?/p>
,
氧傳遞系數(shù)高、
掛膜
脫膜容易、比表面積大、不結(jié)團(tuán)堵塞、耐溫、不易老化、且生產(chǎn)速度快、可滿足
大型工程的需要
,
目前得到越來越廣泛的應(yīng)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(diǎn)在于無需上述填料的安
裝工作
,
應(yīng)用時(shí)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(yùn)行操作管理工作量
,
是今后填料的發(fā)展趨勢。
龍騰銳等采用山東濟(jì)
南地區(qū)的粘質(zhì)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(yōu)良掛膜性能
:
朱樂輝等采用江西萍鄉(xiāng)地區(qū)的天然陶土作骨料制備得到球形輕
質(zhì)陶粒
,
應(yīng)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(nèi)部的微孔多孔結(jié)構(gòu)，使陶粒具有容重小、強(qiáng)度高、保溫隔音效
果好、防火、抗凍、耐化學(xué)腐蝕、耐細(xì)菌腐蝕、抗震性好及施工適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)良
性能，被廣泛應(yīng)用于建筑、冶金、化工、石油、農(nóng)業(yè)等部門。
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