生物陶粒在曝氣生物濾池中的應(yīng)用

    資源性短缺和水環(huán)境污染造成的水資源危機(jī)已經(jīng)成為我國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要制約因素，為了使廢水作為水資源進(jìn)一步回用于生產(chǎn)或生活之中，工業(yè)廢水和生活污水的深度處理技術(shù)成為水處理界研究的熱點(diǎn)。

　　自20世紀(jì)80年代以來(lái)，曝氣生物濾池(BAF)受到人們的廣泛關(guān)注，現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。它作為一種新型高效的生物膜污水處理技術(shù)，在污水有機(jī)物去除、脫氮除磷及工業(yè)廢水處理等方面都有很好的應(yīng)用。

　　一、曝氣生物濾池(BAF)

　　1、曝氣生物濾池(BAF)——基本原理

　　BAF基本原理在于以顆粒填料為介質(zhì)，通過(guò)附著在填料上生物膜及胞外聚合物吸附截留作用、微生物氧化分解作用及沿水流方向形成的食物鏈分級(jí)捕食作用，實(shí)現(xiàn)去除水中污染物的目的，同時(shí)利用反應(yīng)器內(nèi)好氧、缺氧區(qū)域的存在，實(shí)現(xiàn)脫氮除磷的功能。

　　2、曝氣生物濾池(BAF)——特點(diǎn)

　　BAF特點(diǎn)：該技術(shù)具有出水水質(zhì)好、水力停留時(shí)間短、占地面積小、投資及運(yùn)行費(fèi)用低、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)和管理方便等優(yōu)點(diǎn)，是一種環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、高效、節(jié)能的污水處理新技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)水資源可再生及持續(xù)利用，非常適合于我國(guó)污水處理方面所面臨的水資源短缺、資金不足、技術(shù)相對(duì)落后的現(xiàn)狀，應(yīng)對(duì)其加大研究和開(kāi)發(fā)力度。同時(shí)可以查看中國(guó)污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。

　　3、曝氣生物濾池(BAF)——填料

　　在曝氣生物濾池中，填料是核心組成部分，其對(duì)曝氣生物濾池處理效果和運(yùn)行控制極為重要。

　　首先，填料作為微生物的載體，影響著生物膜的生長(zhǎng)、繁殖、脫落、形態(tài)及空間結(jié)構(gòu)，為微生物提供棲息和繁殖的穩(wěn)定環(huán)境，并能保持較多的微生物量；

　　其次，填料是反應(yīng)器中生物膜與廢水接觸的場(chǎng)所，且能對(duì)水流有強(qiáng)制性的紊動(dòng)作用，使廢水能夠再分布；

　　另外，填料作為去除懸浮物的介質(zhì)，其過(guò)濾性能又影響著曝氣生物濾池對(duì)懸浮物的去除效果。

　　二、生物濾料的種類及特點(diǎn)

　　1、生物濾料的種類

　　曝氣生物濾池所用填料，根據(jù)其采用原料的不同，可分為無(wú)機(jī)填料、有機(jī)高分子填料。

　　常用的無(wú)機(jī)填料有：陶粒、焦炭、石英砂、活性炭、膨脹硅鋁酸鹽等)；

　　有機(jī)高分子填料有：聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯PE、各類樹(shù)脂，塑料(包括各類泡沫材料)，纖維

　　2.生物填料的特點(diǎn)

　?、倭钐盍希哼@是最早出現(xiàn)沿用至今的填料，材質(zhì)為無(wú)機(jī)的陶?；蚴⑸?。這類填料的主要特點(diǎn)是表面粗糙，易于附著生物，截留懸浮污染物的能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是阻力大，容易堵塞。

　?、诓灰?guī)則粒狀填料：早期有拉西環(huán)(RaschingRing)鮑爾環(huán)(PallRing)，目前常用的有哈凱登球(Hacketten)和多面空心球等，可用陶瓷石墨、塑料或金屬制成，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，但流體分布不均；

　?、鄄Ａт摶蛩芰咸盍希罕砻婀饣?，生物膜附著力差，易老化，在實(shí)際使用中往往容易產(chǎn)生堵塞。軟性填料中的水流流態(tài)不理想，易產(chǎn)生結(jié)球現(xiàn)象，使其表面積大為減小，進(jìn)而在結(jié)球的內(nèi)部產(chǎn)生厭氧作用，影響處理效果；

　?、芑钚蕴苛＃罕缺砻娣e大，孔隙多，但價(jià)格昂貴，且由于表面孔隙尺寸太小，大多數(shù)微孔微生物不能利用；

　?、菟芰侠w維類填料：質(zhì)輕，堅(jiān)硬，但表面光滑，空隙率小，不易掛膜；纖維類填料一般都存在易結(jié)塊及裝填困難等不足；

　?、薹涓C狀或波紋板狀填料：材質(zhì)通常為玻璃鋼或塑料(聚乙烯聚苯乙烯和聚丙烯等)，其主要的優(yōu)點(diǎn)是空隙率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)輕但強(qiáng)度高，防腐性能好，衰老生物易于脫落等主要的缺點(diǎn)是生物在填料表面的生長(zhǎng)與脫落平衡不易控制，填料內(nèi)難以得到均一的流速球形輕質(zhì)陶粒；

　?、咔蛐屋p質(zhì)陶粒：是采用粘土為原材料，加入適當(dāng)?shù)幕ぴ献鳛榕蛎泟?，?jīng)高溫?zé)贫?。它具有其它傳統(tǒng)填料所不具有的諸多優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度大孔隙率大比表面積大、化學(xué)穩(wěn)定性好、密度適宜、生物附著性強(qiáng)。

　　三、填料對(duì)曝氣生物濾池效能的影響

　　1、填料粒徑的影響

　　填料粒徑對(duì)曝氣生物濾池的處理效能和運(yùn)行周期都有重要影響，填料粒徑越小時(shí)處理效果越好，但填料粒徑較小時(shí)，濾池容易堵塞，運(yùn)行周期相對(duì)較短，需頻繁反沖洗，且不易發(fā)揮填料深層的作用因此曝氣生物濾池選用填料需要同時(shí)考慮濾池的處理效能和運(yùn)行周期，根據(jù)濾池進(jìn)水水質(zhì)和處理要求進(jìn)行優(yōu)化選擇。

　　2、填料的密度

　　生物濾池填料的密度大小關(guān)系到生物濾池反沖洗強(qiáng)度的大小，密度越大，反沖洗強(qiáng)度越大，則需要的能量消耗越大；因此在選擇生物濾池填料時(shí)，需測(cè)定各種填料的密度。有廢水需要處理的單位，也可以到污水寶項(xiàng)目服務(wù)平臺(tái)咨詢具備類似污水處理經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)。

　　3、填料層高度

　　濾層高度與出水水質(zhì)有關(guān)，在一定范圍內(nèi)，增加濾層高度可提高濾池的處理效果保證出水水質(zhì)，但同時(shí)增加的污水提升揚(yáng)程和反沖洗強(qiáng)度，將導(dǎo)致能耗升高。

　　四、新型填料——生物陶粒

　　1、生物陶粒的種類

　?、偾蛐屋p質(zhì)陶粒：采用粘土(主要成分為偏鋁硅酸鹽)為主要原料，加入適當(dāng)化工原料作為膨脹劑，經(jīng)高溫?zé)贫?。此陶粒易于微生物生長(zhǎng)，掛膜快，與廢水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)接觸后，傳遞速率高，吸附氧化速度快，處理效率高。

　?、诜勖夯姨樟＃悍勖夯姨樟Ｒ话愠是蛐?，表面粗糙堅(jiān)硬，內(nèi)有許多微孔，呈蜂窩狀。粉煤灰陶粒及制品的優(yōu)勢(shì)主要在于性能優(yōu)良、經(jīng)濟(jì)效益好、施工適應(yīng)性強(qiáng)和應(yīng)用范圍廣等四個(gè)方面。

　?、奂{米改性陶粒：納米粉末顆粒分散相具有大的比表面積和強(qiáng)的界面效應(yīng)，附著于陶粒填料表面和內(nèi)部孔隙表面，為反應(yīng)器的掛膜和啟動(dòng)提供高的粗糙度，從而提高細(xì)菌的增殖速度和生物膜的形成速度。

　?、茼n國(guó)EPP填料：該填料是通過(guò)把聚丙烯樹(shù)脂粉和粉末活性炭按照一定的比例混合之后形成含活性炭的母料，再將該母料經(jīng)過(guò)擠壓膨脹制造出膨脹聚丙烯填料。由于填料中含有粉末活性炭，因此具有較強(qiáng)的有機(jī)物吸附能力以及適合微生物生長(zhǎng)的多孔性。

　?、菸鬯畯S污泥及河道底泥類填料：以污水廠污泥或河道底泥為主要原料，以粘土、水玻璃為添加劑，制備的新型污泥填料。其對(duì)氨氮、COD、濁度等去除效果均優(yōu)于普通陶粒，符合生物膜載體的要求，并開(kāi)創(chuàng)了污泥資源化的又一途徑。

　　2、適用于生物濾池填料的性能指標(biāo)

　　一般應(yīng)用于BAFs的陶粒，選擇的依據(jù)是：

　　1、粒徑5mm以上(粒徑越小，越產(chǎn)生堵塞)；

　　2、堆積密度一般在500~800kg/m?之間(不可漂浮在水面上，并且取決于BAFs的上流速度)；

　　3、吸水率越高越好；

　　4、有一定的抗壓強(qiáng)度(2.5Mpa以上即可)；

　　5、球度系數(shù)在0.95以上；

　　6、顏色不是確定陶粒質(zhì)量好壞的標(biāo)準(zhǔn)；

　　7、比表面積最好是8.0?/g(越大越好)；

　　8、掉渣率小于0.5%；

　　9、鹽酸可溶率小于1%。

　　五、生物污泥陶粒

　　山東大學(xué)研發(fā)出了“污泥生物陶粒”生產(chǎn)技術(shù)，成功地制備出了新型曝氣生物濾池填料——污泥生物陶粒。

　　在研究中發(fā)現(xiàn)，污泥生物陶粒同商業(yè)陶粒相比具有空隙率高、比表面積高、對(duì)廢水的處理效率高的特點(diǎn)。

　　另外，由于在污泥中含有多種微量元素，對(duì)微生物的生長(zhǎng)具有很好的促進(jìn)作用，因此易于掛膜，對(duì)工業(yè)廢水和生活污水等具有更高的脫氮除磷和COD的去除效率。

　　污泥生物陶粒內(nèi)部孔隙異常發(fā)達(dá)，同時(shí)存在骨架之間的300~600μm的大孔和骨架內(nèi)部的30~50μm的小孔。骨架之間的大孔可以為厭氧或者兼氧微生物的生長(zhǎng)提供環(huán)境，并且提高陶粒的比表面積，骨架內(nèi)部的小孔與外部大空基本上沒(méi)有連通，主要起到降低陶粒自重的作用。

　　此種污泥生物陶粒在微觀結(jié)構(gòu)上進(jìn)一步證明了符合BAF的填料的要求。

　　該項(xiàng)科研成果已經(jīng)在山東東信環(huán)保設(shè)備工程有限公司成功地實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，其生產(chǎn)能力達(dá)到了兩條生產(chǎn)線的規(guī)模，已經(jīng)生產(chǎn)出了適用于曝氣生物濾池的性能良好的污泥生物陶粒。