浸沒式水處理填料制備技術研究進展

范 茜，田 青，陳愛因

(1. 建設部水處理新技術產業化基地 天津300191；2. 首創愛華(天津)市政環境工程有限公司 天津300381)

浸沒式水處理填料制備技術研究進展

范 茜1，田 青2，陳愛因2

(1. 建設部水處理新技術產業化基地 天津300191；2. 首創愛華(天津)市政環境工程有限公司 天津300381)

綜述了污水處理領域曝氣生物濾池中常用浸沒式填料——新型陶粒填料和改性火山巖填料的制備技術，利用文獻比較了不同制備原料在最佳配比及最佳制備條件下得到的多種新型陶粒填料的理化性能指標和生物處理效果，關注了經改性處理的火山巖填料的性能提升以及該領域的研究缺失，指出利用傳統填料進行改性處理以及有效利用工業生產廢棄物開發新型填料，可以達成制備成本低廉且性能優良的目的，將是浸沒式水處理填料領域的未來發展方向。

浸沒式填料 陶粒 火山巖 制備方法

曝氣生物濾池(Biological Aerated Filter，簡稱BAF)以其有機負荷高、出水水質好、占地面積小的優點，在污水處理領域得到了廣泛應用。而填料是曝氣生物濾池的關鍵部分，是BAF曝氣、高速過濾、定期反洗的運行基礎，作為微生物的載體，直接影響著生物膜的生長、繁殖、脫落、形態及空間結構，其過濾性能又影響著BAF對懸浮物的去除效果，其機械強度、密度等也影響著曝氣和反沖洗過程中的材料損耗和能耗。因此，填料對BAF的運行效果有直接的影響，同時也影響到曝氣生物濾池的結構形式和運行成本。作為曝氣生物濾池的填料，需滿足：具備化學及生物穩定性和耐磨性，較大的比表面積和孔隙率，有利于微生物的附著；具備良好的物理和機械性能，適于反沖洗；具備良好的水力特性和經濟性。本文主要關注成本較低、性能較好的無機填料——陶粒、火山巖的制備及改性技術。

1 陶粒填料

陶粒填料由黏土、泥質巖石等作為主要原料加工成型制得，具有表面粗糙、比表面積大、化學性質穩定、掛膜性能良好、便于反沖洗、截污能力強等優點，作為水處理填料得到廣泛應用。

近年來，為工業廢物利用而開發的粉煤灰陶粒、煤矸石陶粒、污泥陶粒等的研究不斷取得進步，推進了新型陶粒填料的發展。李倩偉[1]等人以粉煤灰為主要原料，黏土、脫水污泥、脫硫石膏等為輔料制得粉煤灰陶粒(T1)；代亞輝[2]以粉煤灰為主要原料，添加煤矸石作為成孔劑，經混合、成球、高溫焙燒等過程制備陶粒濾料(T2)；王德民[3]等人以低硅鐵尾礦為主要原料，制備出尾礦添加量達77%,的多孔陶粒(T3)；岳敏[4]等人研究采用城市污水處理廠脫水污泥作為主要原料，燒制的污泥陶粒(T4)性能穩定，不會對環境造成二次污染；王會平[5]等人以粉煤灰為原料制得陶粒填料(T5)；李海寧[6]等人以再生活性炭為原料制備新型陶粒(T6)。陶粒(T1～T6)制備方法、理化指標及性能指標如表1～3所示。

表1 新型陶粒制備工藝表Tab.1 Preparation technology of new ceramsite fillers

表2 新型陶粒物理化學性能指標對比表Tab.2 Comparison of physical-chemical properties of new ceramsite fillers

通過對比發現，以不同的工業生產廢料如粉煤灰、城市污水處理廠脫水污泥、再生活性炭等為主要原料，添加不同輔料，通過實驗選配得到最佳配比和最佳制備條件，可制得品質穩定、性能良好、抗沖擊負荷能力強、出水水質好的新型陶粒填料，可以有效降低生產運行成本，具有較高的經濟環境效益；但與此同時，以上新型陶粒的制備過程中多需高溫烘焙條件，可能產生廢氣等二次污染問題，因此低溫制備、自然養護等制備技術的研究將成為新的關注點。

表3 新型陶粒水處理性能對比表Tab.3 Water treatment performance comparison of new ceramsite fillers

另外，江子建[7]等人研究采用FeCl3和CaCl2對普通陶粒進行改性處理，得到的改性陶粒性能均有提升，其中FeCl3改性陶粒效果尤為明顯，對總磷的去除率提高73%，對總氮和COD的去除效果提高了20%和22%。同時，Fe對生物膜的生長更具促進作用，改性陶粒表面的生物膜生長更快，到達成熟穩定的時間更短。鄭育毅[8]等人采用自來水廠污泥400,℃煅燒制得除磷效果優秀的陶粒填料。由于自來水廠在制水過程中使用了鋁系、鐵系無機混凝劑，故而污泥中富集了較多的鋁鐵成分，經高溫煅燒后形成鐵鋁氧化物，與采用鐵鹽對陶粒的改性過程類似。該研究結果與李星[9]等人研制的復合鐵鋁吸附劑對磷的高效吸附結果一致，因此，對于除磷效果有限的BAF系統，采用此類污泥陶粒填料不失為一種有益的嘗試。

2 火山巖填料

火山巖是火山作用時噴出的巖漿冷凝、成巖、壓實等作用形成的巖石，火山巖的物理化學特性由于在形成條件、發育環境、分布規律等方面的不同有很大差異，同時其含有硅、鉀、鈉、鐵、鎂等多種礦物以及多種金屬元素，國內外對于火山巖的研究多集中在地質勘查和石油勘探等領域。后有研究發現，滿足一定理化性能的火山巖經過選礦、破碎、篩分、研磨等一系列工藝加工后能夠得到一種較好的曝氣生物濾池填料，具有抗腐蝕性，在環境中不參與生物膜的生物化學反應，其表面帶有正電荷，有利于微生物固著生長等特點在曝氣生物濾池得到較為廣泛的應用。

火山巖填料表觀為不規則顆粒，顏色為紅黑褐色，多孔質輕，具備良好的生物穩定性。倪虹[10]等人采用加熱蒸發法，選用鹽酸、氯化鐵和氯化鋁分別處理火山巖填料，發現加入FeCl3于500,℃下煅燒3,h得到的鐵鹽填料生物吸附效果最好，改性過程改善了火山巖表面理化特性，大大提高了材料對微生物的吸附能力；唐啟祥[11]等人采用高溫煅燒的方法處理火山巖，在1,100,℃溫度下處理得到較好的除磷效果。

盡管火山巖作為BAF填料已多有工程應用，且多有關于陶粒填料與火山巖填料的對比試驗研究，如周娜、[12]王春榮[13]等人做了BAF中火山巖和陶粒兩種濾料去除溶解性CODCr的對比試驗，比較了填料在布氣補水反沖洗等過程中的運行差異，發現火山巖填料具備更良好的COD去除效果。但關于火山巖的研究以及火山巖改性實驗仍多集中于過濾吸附領域，火山巖填料在BAF中的應用以及對填料進行改性處理，提升其理化性能，改善其生物掛膜能力的研究較少，缺乏必要的數據基礎和理論支持，阻礙了其在工程中的應用。

3 結 論

當前利用傳統填料材料進行改性處理以及利用工業生產廢棄物進行開發的新型填料實驗室小試性能優于傳統填料，但此類研究成果多停留在實驗階段，新材料的耐久性未見深入研究，因此對改性填料的耐久性及安全性進行持續調研后方可用于實際使用。結合工程實際、處理水質、運行工藝的不同，因地制宜地選擇成本低廉、性能優良的填料的同時，還要關注變廢為寶的新型材料制備過程可能帶來的環境問題，避免出現二次污染。■

［1］ 李倩偉，周笑綠，李環，等. 粉煤灰陶粒填料制備及用作曝氣生物濾池填料的性能考察[J]. 化工進展，2015，34(9)：3379-3382.

［2］ 代亞輝. 粉煤灰陶粒濾料的制備及其在廢水生物處理中的應用研究[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業大學，2010.

［3］ 王德民，宋均平，劉博華，等. 硅鐵尾礦多孔陶粒的制備及污水處理效果[J]. 金屬礦山，2012(12)：148-152.

［4］ 岳敏，岳欽艷，李仁波，等. 城市污水廠污泥制備陶粒濾料及其特性[J]. 過程工程學報，2008，8(5)：972-977.

［5］ 王會平. 免燒結粉煤灰生物陶粒濾料研制及在曝氣生物濾池中的應用研究[D]. 南昌：南昌大學，2007.

［6］ 李海寧. 新型活性炭陶粒濾料的制備及其應用于曝氣生物濾池處理生活污水的研究[D]. 青島：青島理工大學，2011.

［7］ 江子健，陳秀榮，許孔耀，等. 陶粒改性對生物膜特性及除污效能的影響[J]. 環境科學與技術，2016，39(3)：56-59.

［8］ 鄭育毅，余育方，李妍，等. 自來水廠污泥制得陶粒對污水中磷和氨氮的吸附[J]. 環境工程學報，2015，9(2)：756-762.

［9］ 李星，范茜，楊艷玲. 鐵鋁復合吸附劑去除水中痕量磷效能及機理[J]. 北京工業大學學報，2008，34(3)：310-313.

［10］ 倪虹，熊哲，張珊，等. 改性火山巖生物濾料對微生物吸附實驗研究[J]. 北方環境，2011，23(3)：146-155.

［11］ 周娜，王造時，白瑩. 曝氣生物濾池陶粒濾料和火山巖濾料性能對比研究[J]. 科技論壇，2014(25)：17-18.

［12］ 唐啟祥，楊留方，吳興惠. 改性火山巖除磷性能的研究[J]. 云南大學學報：自然科學版，2005，27(3A)：348-350.

［13］ 王春榮，王寶貞，王琳，等. 兩端曝氣生物濾池的同步硝化反硝化特性[J]. 中國環境科學，2005，25(1)：70-74.

Research Progress on Preparation Technology of Submerged Water Treatment Fillers

FAN Qian1，TIAN Qing2，CHEN Aiyin2
(1．MOC Water Treatment Hi-Technology Industrialization Base，Tianjin 300191，China；2. Shouchuang Aihua(Tianjin)Municipal and Environmental Engineering Co., Ltd.，Tianjin 300381，China)

Preparation technology of two types of immersion packings used in biological aerated filters，including ceramsite and volcanic rocks，were reviewed in this paper．Physical-chemical properties and biological treatment effect of ceramsite fillers，in the preparation of the best ratio of different raw materials and the best preparation conditions were compared by literature．The improvement of the performance of modified volcanic rock fillers and the lack of research in this field were also discussed．It is pointed out that the use of modification treatment by traditional fillers and the new development of packing materials with industrial waste could achieve the goal of low cost and good performance．It would be the development direction of the field of immersion water treatment fillers.

immersion packing；ceramsite；volcanic rocks；preparation method

X52

A

1006-8945(2016)08-0043-03

水體污染控制與治理科技重大專項“城鎮污水處理廠生物強化填料和載體及其配套裝置產業化”課題(2012ZX07318-002)。

2016-08-02