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4、刘咋近寝狸枝毋誉蚜屹芝愿汇喳软污水处理反应填料和载体的应用现状及产业化发展前景序言近年来，随着我过城市化进程的加快和国民经济的高速发展，人口规模与人口密度以超常规的速度增长，造成了城市污水量大幅度增加，水环境污染和水资源短缺日趋严重。研究开发适合我国国情的简易、高效、低耗污水处理新技术是解决我国目前所面临的水环境污染和水资源短缺问题的有效途径。生物接触氧化法是介于活性污泥法与生物滤池法之间的生物处理技术，兼有两者的优点，可以说是一种具有活性污泥法特点的生物膜法，具有很高的处理效率，在水处理领域得到了广泛的应用。填料是生物接触氧化法的技术核心，直接决定着工艺的处理效果和投资效益。 本文旨在对污水
5、处理反应填料和载体的发展状况，应用现状以及技术前景做一个初步探讨。1、 我国污水处理反应填料和载体技术的发展概况及应用现状生物接触氧化法、塔式生物滤池以及生物流化床技术是在经典生物滤池的墓础上发展起来的新型生物膜法。随着新型合成材料的大量生产,近三十多年来, 国内外学者对于生物接触氧化池 塔式生物滤池及生物流化床的构型和生物载体填料进行了多方面的研究,并取得了新的进展 。尤其是近十多年来,生物载体填料的研究和开发工作十分活跃,在国内,软性纤维填料、半软性填料、盾式纤维填料、拼装填料等相继研究和开发成功,从根本解决了生物膜堵塞的间题,因而新型生物膜法废水处理技术得到了迅速的推广应用。目前常见污水
6、处理反应填料如下：1.1 蜂窝状填料 蜂窝状填料一般由超薄型轻质玻璃钢或各种薄型塑料瓶构成，安装时直接堆叠在布气系统上面。比表面积为133-360m2/m3，空隙率高，质轻，强度大，在应用时堆积高度达4-5m，表面光滑，老化的生物膜靠循环水流和气流的冲刷而脱落。但在实际应用中，犹豫填料横向不流畅，造成布气不均匀，易堵塞，尤其不适宜高浓度的废水处理，造价高，运输困难。1.2 软性填料 软性填料一般用尼龙、维纶、涤纶等化纤编织成束并用中心绳连接而成，相对于蜂窝填料，它的空隙率具有可变性因而避免了堵塞现象。软性填料具有巨大的理论比表面积，微生物附着性好，易挂膜，造价低廉，加工方便。但在使用一段时间后
7、，会出现纤维束结团的现象，不仅降低了有效比表面积，而且在结团中心区产生厌氧，严重影响了生物膜的使用性能。软性填料的使用寿命一般较短。1.3 半软性填料 半软性填料由变性聚乙烯塑料制成的填料单元构成，具有硬性填料的刚性和软性填料的柔性，因此有特殊的水力性能。当水流通过时可产生明显的湍流流态，传质效率高。但其比表面积小，导致生物膜量少，表面光滑挂膜较难，生物膜易脱落，未能在生物接触氧化法中广泛应用。1.4 组合填料 组合填料是由塑料半软性填料与纤维软性填料组合而成，吸取了软性填料和半软性填料的优点，利用中间的半软性部分支撑外围的软性纤维束，其造价、理论比表面积均介于软性填料和半软性填料之间，使用效
8、果优于软性填料和半软性填料。1.5 弹性立体填料弹性立体填料由聚烯烃塑料经增强亲水性、稳定性、吸附性处理加工成的弹性单丝构成，上有毛刺、波纹，挂膜容易，生物量多，氧的转移速率高，价格较便宜。但弹性立体填料的安装复杂，而且更换、清楚堵塞的曝气设备比较困难，中心绳有结团现象，对布气布水均匀性要求较高，且比表面积较小（20-30 m2/m3）。弹性立体填料是目前使用较多的一种。1.6 载体生物陶粒 生物陶粒是以粘土为主要生产原料，掺合一定比例的粘合剂、成孔剂、无机骨料经配料、搪粒成球、高温烧制、筛分等一系列工艺加工而成的类球粒状材料。其主要成份为偏铝硅酸盐，呈深褐色或灰褐色、颗粒粒径可根据不同要求生
9、产。高效挂膜轻质陶粒在物理微观结构方面表现为粗糙多微孔，这些特点使高效挂膜生物陶粒特别适合于微生物在其表面生长、繁殖。但是由于已建成的污水处理厂场地和水头的限制，需要重新建造池形构筑物和提升泵站以及BAF工艺运行繁琐，在污水处理厂提标改造中受到一定条件的限制。载体生物陶粒在实际工程运用中，需要每年添加10-20%的消耗，造成运行成本偏高。 图一 载体生物陶粒1.7悬浮填料1.7.1 悬浮填料的应用现阶段国内悬浮填料主要是用于对现有污水处理工艺的升级改造。使用的填料的规格为直径20-150mm、形状分类主要有球形和圆柱形两种。填料的比表面积每立方为50 -500m2。国内采用悬浮填料改造达到一级
10、A的工程有无锡芦村污水处理厂日处理规模10万吨，青岛团岛污水处理厂日处理10万吨；烟台套子湾污水处理厂日处理5万吨；青岛柳村河污水处理厂日处理15万吨；保定营定庄污水处理厂日处理16万吨等等；以上升级改造的工程通过投加填料能稳定达到一级A的标准。由于填料的结构形式不一，在去除氨氮、总氮的运行中需要的运行条件各有不同。其中较好的填料结构能实现低碳源情况下的同步硝化反硝化，有些填料结构形式需要通过外投加碳源才能得到较好的脱氮效果。由于已建成的污水处理厂池型结构形式不一，在运行过程中对填料的规格型号也有不同的要求，对于廊道推流式的池型最好选择50-150mm悬浮填料；廊道中需要增加格栅、格段，确保悬
11、浮填料在局部廊道格段中保持均匀。对于氧化沟等循环式池型最好选择20-40mm悬浮填料，通过增加进出水格栅，保证悬浮填料在廊道中很好的循环。悬浮填料的投加比例根据不同的水质水量以及工艺运行状况进行确定，一般选择有效池容积的30-50%填充率。总之，根据当地污水处理厂实际运行效果确定填料的规格型号和填充率。1.7.2悬浮填料的分类(1) 国外引进的悬浮填料 悬浮载体用于MBBR，工艺原理是通过向反应器中投加一定数量的，提高反应器中的生物量及生物种类，从而提高反应器的处理效率。由于填料密度接近于水，所以在曝气的时候，与水呈完全混合状态，微生物生长的环境为气、液、固三相。载体在水中的碰撞和剪切作用，使
12、空气气泡更加细小，增加了氧气的利用率。另外，每个载体内外均具有不同的生物种类，内部生长一些厌氧菌或兼氧菌，外部为好养菌，这样每个载体都为一个微型反应器，使硝化反应和反硝化反应同时存在，从而提高了处理效果。MBBR工艺兼具传统流化床和生物接触氧化法两者的优点，是一种新型高效的污水处理方法，依靠曝气池内的曝气和水流的提升作用使载体处于流化状态，进而形成悬浮生长的活性污泥和附着生长的生物膜，这就使得移动床生物膜使用了整个反应器空间，充分发挥附着相和悬浮相生物两者的优越性，使之扬长避短，相互补充。与以往的填料不同的是，悬浮填料能与污水频繁多次接触因而被称为“移动的生物膜”。其典型制品如图二所示。但是国
13、外引进的悬浮填料价格均较高，一般中小型污水厂很难承受。另外，由于填料孔径较小，在处理污水尤其是含有工业网污水的生活污水处理时，毛纤维容易堵塞填料，造成填料沉底，影响处理效果。国内外大量工程实力证明，在污水处理中，要想达到总氮的去除效果，该填料需要外加碳源。 图二 国外引进悬浮填料(2) 国内已有悬浮填料悬浮填料表面经过特殊处理，增加了其表面粗糙和亲水性能，从而挂膜比较容易，克服了一般塑料填料表面光滑挂膜困难的弊端。产品抗磨、抗拉强度高，使用寿命长。填料比表面积为100/m3，是弹性丝状填料的4倍；在生物膜成熟时可以形成厚度为28mm的生物膜，而且生物膜生长状况良好，膜上的微生物种类丰富，活性高
14、，可以明显提高处理效果。图三 国内已有悬浮填料该填料在曝气池中呈流化状态，碰撞频繁，因而极大地提高了生物处理三要素之间的传质效率。传统的生物载体填料或者挂膜容易、脱膜困难，或者脱膜容易、挂膜困难，造成了工艺运行的不稳定。悬浮填料经过特殊的表面粗化处理，挂膜比较容易。无需设置排泥系统。 (3) 国内新开发的同步脱氮悬浮填料新一代齿轮型流化生物载体填料具有：生物量高、比表面积大、生物膜分布更加合理、后生动植物不易粘附、不易破碎、运行管理简单、使用寿命更长的特点。 填料结构设计独特，比表面积大，挂膜容易，一般在投入使用一至二周后，填料表面可以形成厚度为315mm厚的生物膜，而且生物膜生长状况良好，膜
15、上的微生物种类丰富、活性高，明显提高容积负荷。填料内外角受气水冲击强度不同，形成不同厚度的生物膜，生物膜厚度的变化，使膜内好氧、缺氧和厌氧产生不同的分区，大量工程实例证明，在低碳源的条件下，该填料可以满足同步硝化、反硝化的要求，脱氮效果好。由于每立方填料可以生长9-10公斤生物膜，通过投加不同比例的填料，使污泥浓度可以提高到6000-10000 mg/L。填料在曝气池中呈流化状态，碰撞频繁，因而极大地提高了生物处理三要素（微生物、溶解氧、有机污染物）之间的传质效率。填料经过特殊的表面粗化处理和结构形式，挂膜比较容易。由于特殊的比重结构，可以随水流连续通过曝气区和非曝气区，从而交替完成生物膜的生
16、长和脱落过程，保证生物膜数量的稳定性和活性，保证了工艺的稳定运行。填料在水中处于流化状态，气泡在上升过程中被反复切割，改变气泡上升路线及速度，使填料表面的微生物与水中的空气可以充分接触，提高了氧的利用率，从而节省了能耗。填料可以直接投放于生物反应池中，不需要安装填料支架。在填料进行更换时，可以停止曝气，填料即浮于表面，用网兜即可打捞，也避免了其他类型填料更换时需要排空生物氧化池的麻烦。工程运用实例同活性污泥法相比，由于有较长的泥龄，其污泥产量可以大大降低，从而也可以降低污泥的处理成本。 三 国内新开发的同步脱氮悬浮填料 (4) 其它类型的悬浮填料除上述几种市场上常见的填料，还有一些采用特殊工艺加工的填
