馮艷紅　楊芙蓉　陳 軍

重慶市黔江區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站

生物填料在微污染水處理中的應(yīng)用

馮艷紅楊芙蓉陳 軍

重慶市黔江區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站

概述了了微污染水處理環(huán)境下傳統(tǒng)生物填料的類(lèi)別和應(yīng)用現(xiàn)狀，針對(duì)不同生物填料的性能和應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行了詳細(xì)分析研究，并針對(duì)生物填料中污染物的富集、填料的改性、微生物的強(qiáng)化幾個(gè)方向提出了生物填料的應(yīng)用發(fā)展方向。

生物填料；水處理；生物膜結(jié)構(gòu)

隨著水污染問(wèn)題的日趨嚴(yán)重，生物填料技術(shù)在微污染水處理中的應(yīng)用日益廣泛。填料作為水源預(yù)處理工藝中微生物的載體，直接反應(yīng)的是污水池內(nèi)微生物的具體含量，影響微生物膜污水預(yù)處理工藝效果。通過(guò)對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)、機(jī)理等方面研究的不斷深入，對(duì)不同類(lèi)型的生物填料在微污染水處理中的應(yīng)用，大大提高了生物膜法的污水處理效率。

1　生物填料的類(lèi)別

根據(jù)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(lèi)型。其中，由日本日本新光尼龍股份有限公司開(kāi)發(fā)的網(wǎng)狀蜂窩填料為主要代表。該種網(wǎng)狀蜂窩填料具有孔隙率大、填充材料清、蜂窩填料穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，同時(shí)滿(mǎn)足污水在填料中的三維流動(dòng)。

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

波紋板狀生物填料彌補(bǔ)了硬性蜂窩填料存在堵塞的問(wèn)題，其中以英國(guó)的“Flocor”波紋板狀生物填料為主要代表，具有孔徑大、流程長(zhǎng)、效率高、不易堵塞等優(yōu)勢(shì)，且易于安裝和運(yùn)輸維護(hù)。但是，采用波紋通道使得污水的三維流動(dòng)呈現(xiàn)出很大程度的不均勻性。同時(shí)生物膜的更新緩慢也是一個(gè)存在的問(wèn)題［1］。

1.2懸掛式填料

懸掛式填料產(chǎn)生于上世紀(jì)80年代，懸掛式填料使用壽命長(zhǎng)、性?xún)r(jià)比高，因而具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，得到的廣泛應(yīng)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(guó)內(nèi)上海石油化工總廠(chǎng)研制而成，主要是用于滌綸廠(chǎng)、印染廠(chǎng)等的廢水處理作用。當(dāng)裝置容積負(fù)荷3.16 kg/m3，COD去除率保持在80%。裝置在額定負(fù)荷下運(yùn)行2年時(shí)，COD去除率同樣能保證在75%～80%的水平，而B(niǎo)OD5去除率接近90%左右［2］。軟性填料具有易掛膜、不堵塞的優(yōu)點(diǎn)，但容易出現(xiàn)中心繩易斷，結(jié)塊、纏結(jié)，導(dǎo)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(guò)程中，基于纏結(jié)的纖維中心往往會(huì)出現(xiàn)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(xiàn)纏結(jié)和硬性填料易發(fā)生堵塞的問(wèn)題而研發(fā)了半軟性填料，其中基于變性聚乙烯塑料為基礎(chǔ)而開(kāi)發(fā)的半軟性填料應(yīng)用較為廣泛。當(dāng)采用生物接觸氧化池對(duì)印染廠(chǎng)、紡織廠(chǎng)排放的有機(jī)污染廢水進(jìn)行處理時(shí)，采用半軟性填料對(duì)COD和BOD5去除率能達(dá)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(yōu)勢(shì)，化學(xué)性能穩(wěn)定、生物附著性好，不結(jié)團(tuán)、氧傳質(zhì)效率地、氣水再分布強(qiáng)等特點(diǎn)。采用組合填料處理啤酒廠(chǎng)排放廢水時(shí)，在額定最大負(fù)荷，最小水利停留時(shí)間下，COD去除率能夠達(dá)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(lèi)型，其中最為典型的分散性填料為北京桑德公司開(kāi)發(fā)的SNP懸浮型生物填料。這種分散性材料的結(jié)構(gòu)組成分為網(wǎng)絡(luò)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(guò)通心多孔體實(shí)現(xiàn)微生物與外界環(huán)境之間的物質(zhì)交流，網(wǎng)絡(luò)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(yōu)勢(shì)，且不需要安裝和固定。SNP在水中運(yùn)行過(guò)程中能夠明顯的對(duì)氣泡進(jìn)行重復(fù)性的切割，因而使其具有非常大的氧轉(zhuǎn)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(chǎn)泥量少，其中去除BOD5/kg的產(chǎn)污泥能夠保持在0.2 kg以下。

1.4新型生物填料

近些年來(lái)，隨著對(duì)生物填料研究的深入，國(guó)內(nèi)外各研究機(jī)構(gòu)，大企劃公司紛紛面向市場(chǎng)上推出了各種不同類(lèi)型的生物填料，如日本工程與貿(mào)易公司推向市場(chǎng)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(dòng)搖擺，從而避免了污泥的礦化和沉積［4］。通過(guò)對(duì)不同填料在污水處理廠(chǎng)的應(yīng)用對(duì)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(guó)和英國(guó)在新型懸浮填料的研究方面也有巨大優(yōu)勢(shì)，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(zhì)量濃度能夠保持在10～12 kg/m3，因而在一些高濃度工業(yè)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(fā)展，其具備處理效率高、生物量高、占地少且產(chǎn)泥量低的優(yōu)勢(shì)，固定化微生物型填料是污水處理技術(shù)的關(guān)鍵因素。張潔輝等研發(fā)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(tǒng)的軟性、半軟性填料，采用該類(lèi)型的復(fù)合填料由于其較高的造價(jià)，使得在市場(chǎng)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(shí)踐應(yīng)用

當(dāng)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(duì)象各不相同，但是其原理是相一致的。在進(jìn)行微污染水處理中，基于水質(zhì)類(lèi)別以及去除對(duì)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(guò)程中，由于氣水大、水利停留時(shí)間廠(chǎng)，因而在污水處理過(guò)程中生物膜處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境中，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)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(jìn)行微污染水處理過(guò)程中，由于氣水比小、停留時(shí)間短，使得生物膜與外界環(huán)境之間存在一定的差異性，同時(shí)，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(guò)程中，根據(jù)其具體的水質(zhì)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(gè)方面進(jìn)行深入分析研究。

2.1微生物的強(qiáng)化

通過(guò)對(duì)微生物的強(qiáng)化來(lái)提高微污染水處理效率，微生物的強(qiáng)化包括生物量的原始積累、進(jìn)行生物活性的有效刺激、采用專(zhuān)有菌種等具體措施，阿科蔓生態(tài)基采用兩段型研發(fā)的菌藻共生體系［6］，科亮生物帶輔以科利爾活性菌開(kāi)發(fā)的微生物處理系統(tǒng)很好的體現(xiàn)了微生物強(qiáng)化對(duì)微污染水處理效率的作用。未來(lái)以生物強(qiáng)化為起點(diǎn)研發(fā)的高效微生物菌種填料，將能夠很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)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(gè)特點(diǎn)就是污染物的濃度相對(duì)低，因而對(duì)微生物新陳代謝具有一定的抑制作用。通過(guò)進(jìn)行污染物的富集來(lái)提高微生物的代謝速率從而實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的高效處理，如當(dāng)前應(yīng)用的生物活性炭技術(shù)就是一種富集污染物方式。而人工固定化生物活性炭技術(shù)是基于傳統(tǒng)的臭氧-生物活性炭技術(shù)的發(fā)展。相較于傳統(tǒng)生物活性炭方式，采用人工固定化活性炭前提條件是應(yīng)該優(yōu)選出活性較高的工程菌，并將選定的工程菌在活性炭上進(jìn)行固定處理以來(lái)保證生物活性炭穩(wěn)定的有機(jī)物去處理。人工固定化生物活性炭是當(dāng)前飲用水處理技術(shù)一個(gè)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(xiàn)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(dāng)高的去除效果。親和性填料在保證不對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行任何損壞的基礎(chǔ)上有力的促進(jìn)了微生物菌落的生長(zhǎng)發(fā)育。張凡等研發(fā)的一種填料同時(shí)具備了親水性和親活性，很大程度上提高了填料的表面潤(rùn)濕程度和掛膜啟動(dòng)性能；同時(shí)，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(lǐng)域提供了一個(gè)發(fā)展途徑。

3　結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，微污染水處理技術(shù)正處于一個(gè)高速發(fā)展期隨著水源水污染日趨嚴(yán)峻，生物填料正被大量應(yīng)用于微污染水處理中，并取得了很好的有機(jī)物去除效果。生物填料作為微生物的載體，決定了污染池內(nèi)微生物的數(shù)量和有效接觸面積，進(jìn)而影響到整個(gè)污水處理系統(tǒng)的效率。從上述研究可以看出，微污染水處理技術(shù)中的生物填料研究還有很大的空間，因此，針對(duì)生物填料的改進(jìn)，并研發(fā)出性能更好的生物填料將是今后微污染水處理中的一個(gè)發(fā)展方向。

［1］肖羽堂.彈性填料富氧曝氣生物預(yù)處理技術(shù)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

［2］紀(jì)榮平.人工介質(zhì)對(duì)太湖水源地水質(zhì)改善效果及機(jī)理研究［D］.南京:東南大學(xué)，博士學(xué)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(shù)苑，羅宜兵，張懷宇，等.網(wǎng)狀填料生物氧化預(yù)處理受污染水庫(kù)水［J］.中國(guó)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(yàn)［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(yù)處理黃浦江原水中試研究［J］.同濟(jì)報(bào)，2003，31（8）:977-981.