生物填料在微污染水處理中的應用

馮艷紅　楊芙蓉　陳 軍

重慶市黔江區環境監測中心站

生物填料在微污染水處理中的應用

馮艷紅楊芙蓉陳 軍

重慶市黔江區環境監測中心站

概述了了微污染水處理環境下傳統生物填料的類別和應用現狀，針對不同生物填料的性能和應用環境進行了詳細分析研究，并針對生物填料中污染物的富集、填料的改性、微生物的強化幾個方向提出了生物填料的應用發展方向。

生物填料；水處理；生物膜結構

隨著水污染問題的日趨嚴重，生物填料技術在微污染水處理中的應用日益廣泛。填料作為水源預處理工藝中微生物的載體，直接反應的是污水池內微生物的具體含量，影響微生物膜污水預處理工藝效果。通過對生物膜結構、機理等方面研究的不斷深入，對不同類型的生物填料在微污染水處理中的應用，大大提高了生物膜法的污水處理效率。

1　生物填料的類別

根據填料方式的不同，可將生物填料分為固定式、分散式、懸掛式以及新型生物填料。各種生物填料的性能和特征如下：

1.1固定式生物填料

固定式填料的硬性填料主要分為蜂窩狀、波紋板狀兩種類型。其中，由日本日本新光尼龍股份有限公司開發的網狀蜂窩填料為主要代表。該種網狀蜂窩填料具有孔隙率大、填充材料清、蜂窩填料穩定性好等特點，同時滿足污水在填料中的三維流動。

研究表明，當BOD容積負荷維持在0.12～0.18 kg BOD/m3?d的區間，將網狀蜂窩填料裝入曝氣池內，保證網狀蜂窩填料量達到曝氣池外觀容積的40%～65%，能夠有效的降低污水SS濃度，達到了非常優異的污水處理效果。采用硬性蜂窩填料存在的主要問題就是容易造成堵塞，這也是限制其廣泛推廣的一個主要問題。

波紋板狀生物填料彌補了硬性蜂窩填料存在堵塞的問題，其中以英國的“Flocor”波紋板狀生物填料為主要代表，具有孔徑大、流程長、效率高、不易堵塞等優勢，且易于安裝和運輸維護。但是，采用波紋通道使得污水的三維流動呈現出很大程度的不均勻性。同時生物膜的更新緩慢也是一個存在的問題［1］。

1.2懸掛式填料

懸掛式填料產生于上世紀80年代，懸掛式填料使用壽命長、性價比高，因而具有很強的市場競爭力，得到的廣泛應用。通常將懸掛式填料分為彈性填料、軟性填料、半軟性填料以及組合填料。

1.2.1軟性填料

軟性纖維填料是由國內上海石油化工總廠研制而成，主要是用于滌綸廠、印染廠等的廢水處理作用。當裝置容積負荷3.16 kg/m3，COD去除率保持在80%。裝置在額定負荷下運行2年時，COD去除率同樣能保證在75%～80%的水平，而BOD5去除率接近90%左右［2］。軟性填料具有易掛膜、不堵塞的優點，但容易出現中心繩易斷，結塊、纏結，導致軟性填料壽命下降，尤其是將軟性填料用于氧量高的污水處理過程中，基于纏結的纖維中心往往會出現厭氧情況，使得使用壽命大大下降。

1.2.2半軟性填料

基于軟性填料易出現纏結和硬性填料易發生堵塞的問題而研發了半軟性填料，其中基于變性聚乙烯塑料為基礎而開發的半軟性填料應用較為廣泛。當采用生物接觸氧化池對印染廠、紡織廠排放的有機污染廢水進行處理時，采用半軟性填料對COD和BOD5去除率能達到70%和90%。半軟性填料雖然克服了硬性填料和軟性填料的不足，但其表面積較小且較為光滑，因而使得微生物的附著能力較低。

1.2.3組合填料

組合材料綜合了軟性纖維填料和半軟性填料優勢，化學性能穩定、生物附著性好，不結團、氧傳質效率地、氣水再分布強等特點。采用組合填料處理啤酒廠排放廢水時，在額定最大負荷，最小水利停留時間下，COD去除率能夠達到80%以上。

1.3分散型填料

分散型填料主要分為懸浮式和堆積式兩種類型，其中最為典型的分散性填料為北京桑德公司開發的SNP懸浮型生物填料。這種分散性材料的結構組成分為網絡狀外殼、纖維絲球體以及通心多孔柱體［3］。微生物主要附著在纖維絲球體中，通過通心多孔體實現微生物與外界環境之間的物質交流，網絡狀外殼的作用主要是固定填料的幾何形狀。SNP懸浮型生物填料具有比表面積大、不易堵塞、易脫膜等優勢，且不需要安裝和固定。SNP在水中運行過程中能夠明顯的對氣泡進行重復性的切割，因而使其具有非常大的氧轉移效率，從而大大提高了微生物的代謝速率。采用分散性填料產泥量少，其中去除BOD5/kg的產污泥能夠保持在0.2 kg以下。

1.4新型生物填料

近些年來，隨著對生物填料研究的深入，國內外各研究機構，大企劃公司紛紛面向市場上推出了各種不同類型的生物填料，如日本工程與貿易公司推向市場的RINGLACE塑料纖維填料已就獲得了很大的成功。將RINGLACE置于固定鋁籠中垂直放入曝氣池，由于曝氣沖力的作用而使得填料浮動搖擺，從而避免了污泥的礦化和沉積［4］。通過對不同填料在污水處理廠的應用對比研究表明，采用RINGLACE填料能夠提高BOD和COD去除率40%以上。德國和英國在新型懸浮填料的研究方面也有巨大優勢，如LINDE公司推出的LINPOR填料以及SIMON-HARTLEY公司推出的CAPTOR填料，二者具有很高的比表面積，固定微生物質量濃度能夠保持在10～12 kg/m3，因而在一些高濃度工業廢水中得到了廣泛的處理。

微生物固定污水處理在近些年中也獲得了較大發展，其具備處理效率高、生物量高、占地少且產泥量低的優勢，固定化微生物型填料是污水處理技術的關鍵因素。張潔輝等研發的HP（MA-VAc-MMA）多孔載體，龍騰銳［5］等研制出水處理酶促生物填料都取得了很好的污水處理效果。但是相較于傳統的軟性、半軟性填料，采用該類型的復合填料由于其較高的造價，使得在市場推廣方面存在一定的局限性。

2　生物填料在微污染水處理中的實踐應用

當前廣泛使用的“生物接觸氧化法”在污水污染處理和微污染水處理方面所去除的對象各不相同，但是其原理是相一致的。在進行微污染水處理中，基于水質類別以及去除對象方面存在的差異，使得采用“生物接觸氧化法”在污水處理和微污染水處理方面選擇的微生物載體存在相異性。污水處理過程中，由于氣水大、水利停留時間廠，因而在污水處理過程中生物膜處于一個相對穩定的環境中，經過長時間的曝氣處理，使得填料表面生物膜與污染物之間的接觸大大增加。采用“生物接觸氧化法”進行微污染水處理過程中，由于氣水比小、停留時間短，使得生物膜與外界環境之間存在一定的差異性，同時，較大的水流流速降低了生物膜與外界污染物之間的接觸幾率。因而，微污染水處理過程中，根據其具體的水質特征選定高效的填料就顯得尤為重要，具體可以從下述幾個方面進行深入分析研究。

2.1微生物的強化

通過對微生物的強化來提高微污染水處理效率，微生物的強化包括生物量的原始積累、進行生物活性的有效刺激、采用專有菌種等具體措施，阿科蔓生態基采用兩段型研發的菌藻共生體系［6］，科亮生物帶輔以科利爾活性菌開發的微生物處理系統很好的體現了微生物強化對微污染水處理效率的作用。未來以生物強化為起點研發的高效微生物菌種填料，將能夠很好的實現對微污染水處理的高效性。

2.2污染物的富集

微污染水的一個特點就是污染物的濃度相對低，因而對微生物新陳代謝具有一定的抑制作用。通過進行污染物的富集來提高微生物的代謝速率從而實現對污染物的高效處理，如當前應用的生物活性炭技術就是一種富集污染物方式。而人工固定化生物活性炭技術是基于傳統的臭氧-生物活性炭技術的發展。相較于傳統生物活性炭方式，采用人工固定化活性炭前提條件是應該優選出活性較高的工程菌，并將選定的工程菌在活性炭上進行固定處理以來保證生物活性炭穩定的有機物去處理。人工固定化生物活性炭是當前飲用水處理技術一個研究方向。

2.3填料的改性

填料的改性具體可分為生物親和和親水性改性。相較于普通填料易出現脫落、不易掛膜的缺陷，親水填料很好的避免了這種缺陷，并且保證了相當高的去除效果。親和性填料在保證不對生物質進行任何損壞的基礎上有力的促進了微生物菌落的生長發育。張凡等研發的一種填料同時具備了親水性和親活性，很大程度上提高了填料的表面潤濕程度和掛膜啟動性能；同時，填料中的活性磁種大幅提高了去污速率。親水性、生物親和性生物填料為微污染水處理領域提供了一個發展途徑。

3　結語

當前，微污染水處理技術正處于一個高速發展期隨著水源水污染日趨嚴峻，生物填料正被大量應用于微污染水處理中，并取得了很好的有機物去除效果。生物填料作為微生物的載體，決定了污染池內微生物的數量和有效接觸面積，進而影響到整個污水處理系統的效率。從上述研究可以看出，微污染水處理技術中的生物填料研究還有很大的空間，因此，針對生物填料的改進，并研發出性能更好的生物填料將是今后微污染水處理中的一個發展方向。

［1］肖羽堂.彈性填料富氧曝氣生物預處理技術［M］.北京:中國建筑工業出版社，2007.

［2］紀榮平.人工介質對太湖水源地水質改善效果及機理研究［D］.南京:東南大學，博士學位論文，2005.

［3］梅翔，陳洪斌，高廷耀，等.微污染水源水生物接觸氧化處理工藝中幾種填料處理效果的初步比較［J］.給水排水，1999，25（5）:1-4.

［4］李樹苑，羅宜兵，張懷宇，等.網狀填料生物氧化預處理受污染水庫水［J］.中國給水，1999，15（11）:5-9.

［5］范次樵，陳可榮，沈軍.珠江后航道水源水的生物處理試驗［J］.給水排水，1996，22（11）:11-16.

［6］夏四清，徐斌，高廷耀.懸浮填料床生物預處理黃浦江原水中試研究［J］.同濟報，2003，31（8）:977-981.