生物填料在微污染水处理中的应用

冯艳红　杨芙蓉　陈 军

重庆市黔江区环境监测中心站

生物填料在微污染水处理中的应用

冯艳红杨芙蓉陈 军

重庆市黔江区环境监测中心站

概述了了微污染水处理环境下传统生物填料的类别和应用现状，针对不同生物填料的性能和应用环境进行了详细分析研究，并针对生物填料中污染物的富集、填料的改性、微生物的强化几个方向提出了生物填料的应用发展方向。

生物填料；水处理；生物膜结构

随着水污染问题的日趋严重，生物填料技术在微污染水处理中的应用日益广泛。填料作为水源预处理工艺中微生物的载体，直接反应的是污水池内微生物的具体含量，影响微生物膜污水预处理工艺效果。通过对生物膜结构、机理等方面研究的不断深入，对不同类型的生物填料在微污染水处理中的应用，大大提高了生物膜法的污水处理效率。

1　生物填料的类别

根据填料方式的不同，可将生物填料分为固定式、分散式、悬挂式以及新型生物填料。各种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为蜂窝状、波纹板状两种类型。其中，由日本日本新光尼龙股份有限公司开发的网状蜂窝填料为主要代表。该种网状蜂窝填料具有孔隙率大、填充材料清、蜂窝填料稳定性好等特点，同时满足污水在填料中的三维流动。

研究表明，当BOD容积负荷维持在0.12～0.18 kg BOD/m3•d的区间，将网状蜂窝填料装入曝气池内，保证网状蜂窝填料量达到曝气池外观容积的40%～65%，能够有效的降低污水SS浓度，达到了非常优异的污水处理效果。采用硬性蜂窝填料存在的主要问题就是容易造成堵塞，这也是限制其广泛推广的一个主要问题。

波纹板状生物填料弥补了硬性蜂窝填料存在堵塞的问题，其中以英国的“Flocor”波纹板状生物填料为主要代表，具有孔径大、流程长、效率高、不易堵塞等优势，且易于安装和运输维护。但是，采用波纹通道使得污水的三维流动呈现出很大程度的不均匀性。同时生物膜的更新缓慢也是一个存在的问题［1］。

1.2悬挂式填料

悬挂式填料产生于上世纪80年代，悬挂式填料使用寿命长、性价比高，因而具有很强的市场竞争力，得到的广泛应用。通常将悬挂式填料分为弹性填料、软性填料、半软性填料以及组合填料。

1.2.1软性填料

软性纤维填料是由国内上海石油化工总厂研制而成，主要是用于涤纶厂、印染厂等的废水处理作用。当装置容积负荷3.16 kg/m3，COD去除率保持在80%。装置在额定负荷下运行2年时，COD去除率同样能保证在75%～80%的水平，而BOD5去除率接近90%左右［2］。软性填料具有易挂膜、不堵塞的优点，但容易出现中心绳易断，结块、缠结，导致软性填料寿命下降，尤其是将软性填料用于氧量高的污水处理过程中，基于缠结的纤维中心往往会出现厌氧情况，使得使用寿命大大下降。

1.2.2半软性填料

基于软性填料易出现缠结和硬性填料易发生堵塞的问题而研发了半软性填料，其中基于变性聚乙烯塑料为基础而开发的半软性填料应用较为广泛。当采用生物接触氧化池对印染厂、纺织厂排放的有机污染废水进行处理时，采用半软性填料对COD和BOD5去除率能达到70%和90%。半软性填料虽然克服了硬性填料和软性填料的不足，但其表面积较小且较为光滑，因而使得微生物的附着能力较低。

1.2.3组合填料

组合材料综合了软性纤维填料和半软性填料优势，化学性能稳定、生物附着性好，不结团、氧传质效率地、气水再分布强等特点。采用组合填料处理啤酒厂排放废水时，在额定最大负荷，最小水利停留时间下，COD去除率能够达到80%以上。

1.3分散型填料

分散型填料主要分为悬浮式和堆积式两种类型，其中最为典型的分散性填料为北京桑德公司开发的SNP悬浮型生物填料。这种分散性材料的结构组成分为网络状外壳、纤维丝球体以及通心多孔柱体［3］。微生物主要附着在纤维丝球体中，通过通心多孔体实现微生物与外界环境之间的物质交流，网络状外壳的作用主要是固定填料的几何形状。SNP悬浮型生物填料具有比表面积大、不易堵塞、易脱膜等优势，且不需要安装和固定。SNP在水中运行过程中能够明显的对气泡进行重复性的切割，因而使其具有非常大的氧转移效率，从而大大提高了微生物的代谢速率。采用分散性填料产泥量少，其中去除BOD5/kg的产污泥能够保持在0.2 kg以下。

1.4新型生物填料

近些年来，随着对生物填料研究的深入，国内外各研究机构，大企划公司纷纷面向市场上推出了各种不同类型的生物填料，如日本工程与贸易公司推向市场的RINGLACE塑料纤维填料已就获得了很大的成功。将RINGLACE置于固定铝笼中垂直放入曝气池，由于曝气冲力的作用而使得填料浮动摇摆，从而避免了污泥的矿化和沉积［4］。通过对不同填料在污水处理厂的应用对比研究表明，采用RINGLACE填料能够提高BOD和COD去除率40%以上。德国和英国在新型悬浮填料的研究方面也有巨大优势，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积，固定微生物质量浓度能够保持在10～12 kg/m3，因而在一些高浓度工业废水中得到了广泛的处理。

微生物固定污水处理在近些年中也获得了较大发展，其具备处理效率高、生物量高、占地少且产泥量低的优势，固定化微生物型填料是污水处理技术的关键因素。张洁辉等研发的HP（MA-VAc-MMA）多孔载体，龙腾锐［5］等研制出水处理酶促生物填料都取得了很好的污水处理效果。但是相较于传统的软性、半软性填料，采用该类型的复合填料由于其较高的造价，使得在市场推广方面存在一定的局限性。

2　生物填料在微污染水处理中的实践应用

当前广泛使用的“生物接触氧化法”在污水污染处理和微污染水处理方面所去除的对象各不相同，但是其原理是相一致的。在进行微污染水处理中，基于水质类别以及去除对象方面存在的差异，使得采用“生物接触氧化法”在污水处理和微污染水处理方面选择的微生物载体存在相异性。污水处理过程中，由于气水大、水利停留时间厂，因而在污水处理过程中生物膜处于一个相对稳定的环境中，经过长时间的曝气处理，使得填料表面生物膜与污染物之间的接触大大增加。采用“生物接触氧化法”进行微污染水处理过程中，由于气水比小、停留时间短，使得生物膜与外界环境之间存在一定的差异性，同时，较大的水流流速降低了生物膜与外界污染物之间的接触几率。因而，微污染水处理过程中，根据其具体的水质特征选定高效的填料就显得尤为重要，具体可以从下述几个方面进行深入分析研究。

2.1微生物的强化

通过对微生物的强化来提高微污染水处理效率，微生物的强化包括生物量的原始积累、进行生物活性的有效刺激、采用专有菌种等具体措施，阿科蔓生态基采用两段型研发的菌藻共生体系［6］，科亮生物带辅以科利尔活性菌开发的微生物处理系统很好的体现了微生物强化对微污染水处理效率的作用。未来以生物强化为起点研发的高效微生物菌种填料，将能够很好的实现对微污染水处理的高效性。

2.2污染物的富集

微污染水的一个特点就是污染物的浓度相对低，因而对微生物新陈代谢具有一定的抑制作用。通过进行污染物的富集来提高微生物的代谢速率从而实现对污染物的高效处理，如当前应用的生物活性炭技术就是一种富集污染物方式。而人工固定化生物活性炭技术是基于传统的臭氧-生物活性炭技术的发展。相较于传统生物活性炭方式，采用人工固定化活性炭前提条件是应该优选出活性较高的工程菌，并将选定的工程菌在活性炭上进行固定处理以来保证生物活性炭稳定的有机物去处理。人工固定化生物活性炭是当前饮用水处理技术一个研究方向。

2.3填料的改性

填料的改性具体可分为生物亲和和亲水性改性。相较于普通填料易出现脱落、不易挂膜的缺陷，亲水填料很好的避免了这种缺陷，并且保证了相当高的去除效果。亲和性填料在保证不对生物质进行任何损坏的基础上有力的促进了微生物菌落的生长发育。张凡等研发的一种填料同时具备了亲水性和亲活性，很大程度上提高了填料的表面润湿程度和挂膜启动性能；同时，填料中的活性磁种大幅提高了去污速率。亲水性、生物亲和性生物填料为微污染水处理领域提供了一个发展途径。

3　结语

当前，微污染水处理技术正处于一个高速发展期随着水源水污染日趋严峻，生物填料正被大量应用于微污染水处理中，并取得了很好的有机物去除效果。生物填料作为微生物的载体，决定了污染池内微生物的数量和有效接触面积，进而影响到整个污水处理系统的效率。从上述研究可以看出，微污染水处理技术中的生物填料研究还有很大的空间，因此，针对生物填料的改进，并研发出性能更好的生物填料将是今后微污染水处理中的一个发展方向。

［1］肖羽堂.弹性填料富氧曝气生物预处理技术［M］.北京:中国建筑工业出版社，2007.

［2］纪荣平.人工介质对太湖水源地水质改善效果及机理研究［D］.南京:东南大学，博士学位论文，2005.

［3］梅翔，陈洪斌，高廷耀，等.微污染水源水生物接触氧化处理工艺中几种填料处理效果的初步比较［J］.给水排水，1999，25（5）:1-4.

［4］李树苑，罗宜兵，张怀宇，等.网状填料生物氧化预处理受污染水库水［J］.中国给水，1999，15（11）:5-9.

［5］范次樵，陈可荣，沈军.珠江后航道水源水的生物处理试验［J］.给水排水，1996，22（11）:11-16.

［6］夏四清，徐斌，高廷耀.悬浮填料床生物预处理黄浦江原水中试研究［J］.同济报，2003，31（8）:977-981.