國內外污水處理填料現狀分析

黃浩洋 高鐸瑄 王宇軒

摘?要：結合國內外污水處理現狀，對常用生物填料的作用及性能以及不同類型填料的發展現狀進行了分析對比，同時對填料的發展趨勢進行了探討。本文對于污水處理填料的選擇及研發具有一定的參考價值。

關鍵詞：污水處理;填料;微生物;現狀

1引言

近年來，隨著社會經濟的快速發展，生活污水和生產廢水量日益增加。這些污廢水若不經妥善處理處置將嚴重污染水環境，造成水資源的嚴重短缺，嚴重制約了社會經濟發展和人類的生命健康。面對上述水環境的嚴峻現狀，污水的排放標準也更加嚴格，同時，研發高效節能的水處理工藝和設備也成為水處理領域當前研究的主要問題[1]。目前，污水處理的主要方法是以活性污泥法和生物膜法為基礎的生物處理技術，該技術能有效降低污水中的COD、NH3-N以及TP等污染物質，在城市污水和工業生產廢水的處理中得到廣泛應用[2]。

其中，生物膜法屬于微生物懸浮生長的工藝模式，主要利用生物膜對水中的有機污染物質進行吸附和降解。該方法運行效果的好壞主要取決于生物填料的掛膜性能。現就生物填料的作用和性能、填料的發展現狀以及填料的發展趨勢分述如下。

2填料的作用及其性能

填料在生物膜反應器中的作用主要分為三個方面：（1）填料具有較大的比表面積，給微生物提供給了可以附著的場所及內部空間供微生物棲息和繁殖，因而生物膜反應器可以保持較高的微生物量;（2）填料對水流有強制性紊流作用，能為水流在反應器內創造良好的混合環境，使水流分布均勻，提高污水處理效率;（3）填料可截留吸附一定量的懸浮物質，使水中懸浮物的濃度大大降低。

影響填料性能的因素有很多，如材質、比表面積、表面的濕潤程度及生物親和性等。較好的填料一般均有較大的比表面積和疏水表面，同時具備較大的孔隙率和相對較輕的比重，并且具有一定的抗沖擊能力和生物穩定性[3]。實際生產中，多數填料很難兼具上述所有性能，因此，在污水處理中一般會根據實際的處理工藝和設備選擇合適的填料載體。

3填料的發展現狀及種類

水處理填料的種類較多，按其類型可分成三個大類，分別為：定型固定式生物填料、懸掛式生物填料及懸浮式生物填料。

3.1固定式生物填料

固定式生物填料是指在整體上是固定的，在反應器內，各個部分都不發生移動的填料。此類填料具有如下優點：第一，體積負荷對于活性污泥法來說具有一定的提高，且與活性污泥法相比，其動力效率也有一定的優化和提升;第二，反應池中生物活性較高，易于掛膜繁殖生長，因此對廢水中的有機污染物質去除效率較高，對COD的去除效率可以達到80%-90%左右[4];第三，產泥量低且壽命較長，一般為5到8年;第四，對布水和布氣要求較高，易發生脫膜困難的情況，降低了處理效率，嚴重時甚至會干擾構筑物的正常運行。

固定式生物填料有蜂窩狀生物填料和波紋板狀生物填料兩種。前者大多以玻璃鋼或塑料為原料制成，比表面積可達130-350m2/m3;空隙率高，可達80%-98%，質量輕但強度較高;后者由相錯排列的板片組成，孔隙較大，對空氣的阻力較小。這種填料結構較為簡單，便于運輸和安裝，且表面潤濕率較高，抗污能力強，雖質輕但抗腐蝕能力強。其缺點是在流動的通道內，很難保證流速均勻。

3.2懸掛式生物填料

懸掛式生物填料主要分為軟性生物填料、半軟性生物填料及組合生物填料。懸掛式生物填料為參與污水凈化的微生物提供附著棲息條件，使其保持良好的新陳代謝和生物活性。這類填料的空隙可變，易于微生物掛膜和脫膜，不易造成堵塞，抗沖擊能力較強。

軟性生物填料以纖維束作為掛膜物與中心繩聯結，分布均勻，呈輻射狀。中心繩在反應器內來回顫動，切割反應器中氣泡，使氣、水、膜充分接觸。但纖維絲在水中易導致生物膜結團，降低實際比表面積;半軟性生物填料用變形聚乙烯塑料替換了軟性生物填料的纖維絲，使其兼具剛性和柔性的特點[5]，在很大程度上改善了軟性生物填料易斷裂，結團的缺陷;組合生物填料以軟性生物填料和半軟性生物填料為基礎，在半軟性生物填料的聚乙烯塑料片周圍添加了纖維束，兼具軟性和半軟性填料的特點，在實際水處理工藝中應用廣泛。

3.3懸浮生物填料

常見的懸浮生物填料有鮑爾環填料、階梯環填料以及球形填料等。懸浮生物填料與固定式、懸掛式生物填料相比，可直接投入反應池內無需固定。這種填料比重接近于水，投加后可以豐富反應器內的微生物組成，加大氣、水、膜三者之間的傳質效率，提高反應器降解有機物的效率。另外，此類填料體積較小，便于運輸和投加。

球形填料粒徑一般控制在2-10mm，較塊狀填料而言外形更加規整，比表面積更大。近年來為了提高生物量的富集程度，研發了許多新型的懸浮球生物填料。懸浮球生物填料一般由兩個聚乙烯或聚丙烯等高分子聚合物組成的中空網狀半球殼以及海綿為原料的內置填料組成。網狀的半球殼對氣體產生切割和再布氣的作用，而內置填料可以增大生物量。

4結語

目前，關于水處理填料的研究大多側重其比表面積、結構以及布水布氣性能，但對掛膜速度和掛膜量以及緊密程度研究較少，從而導致了污水處理過程中掛膜較慢，從而影響污水處理效果。因此，今后的研究需側重對親水填料和生物親和填料的研究，改善填料表面的濕潤性能和吸附性能，從而增強污水處理的效率和穩定性。

參考文獻

[1]?陳佩佩，邵小青，郭松杰，等.水處理中生物填料的研究進展[J].現代化工，2017，37（12）：38-42.

[2]?王海平，魏慶印.煤化工廢水的處理技術及其應用探索[J].科技創新導報，2017，14（15）：134-135.

[3]?高俊發. 管錐形填料生物床特性及應用研究[D].西安建筑科技大學，2006.

[4]?王民.生物膜法污水處理技術[J].城市建設理論研究（電子版），2019（02）：79.

[5]?薛僑，黃雷，王鄭，韓庭葦，丁鼎.輕質濾料在水處理中的應用研究進展[J].應用化工，2017，46（07）：1409-1413.

基金項目：吉林省大學生創新創業訓練計劃項目（202010191010）

作者簡介：黃浩洋，男，2000年生，江蘇省蘇州市人。