国内外污水处理填料现状分析

黄浩洋 高铎瑄 王宇轩

摘 要：结合国内外污水处理现状，对常用生物填料的作用及性能以及不同类型填料的发展现状进行了分析对比，同时对填料的发展趋势进行了探讨。本文对于污水处理填料的选择及研发具有一定的参考价值。

关键词：污水处理;填料;微生物;现状

1引言

近年来，随着社会经济的快速发展，生活污水和生产废水量日益增加。这些污废水若不经妥善处理处置将严重污染水环境，造成水资源的严重短缺，严重制约了社会经济发展和人类的生命健康。面对上述水环境的严峻现状，污水的排放标准也更加严格，同时，研发高效节能的水处理工艺和设备也成为水处理领域当前研究的主要问题[1]。目前，污水处理的主要方法是以活性污泥法和生物膜法为基础的生物处理技术，该技术能有效降低污水中的COD、NH3-N以及TP等污染物质，在城市污水和工业生产废水的处理中得到广泛应用[2]。

其中，生物膜法属于微生物悬浮生长的工艺模式，主要利用生物膜对水中的有机污染物质进行吸附和降解。该方法运行效果的好坏主要取决于生物填料的挂膜性能。现就生物填料的作用和性能、填料的发展现状以及填料的发展趋势分述如下。

2填料的作用及其性能

填料在生物膜反应器中的作用主要分为三个方面：（1）填料具有较大的比表面积，给微生物提供给了可以附着的场所及内部空间供微生物栖息和繁殖，因而生物膜反应器可以保持较高的微生物量;（2）填料对水流有强制性紊流作用，能为水流在反应器内创造良好的混合环境，使水流分布均匀，提高污水处理效率;（3）填料可截留吸附一定量的悬浮物质，使水中悬浮物的浓度大大降低。

影响填料性能的因素有很多，如材质、比表面积、表面的湿润程度及生物亲和性等。较好的填料一般均有较大的比表面积和疏水表面，同时具备较大的孔隙率和相对较轻的比重，并且具有一定的抗冲击能力和生物稳定性[3]。实际生产中，多数填料很难兼具上述所有性能，因此，在污水处理中一般会根据实际的处理工艺和设备选择合适的填料载体。

3填料的发展现状及种类

水处理填料的种类较多，按其类型可分成三个大类，分别为：定型固定式生物填料、悬挂式生物填料及悬浮式生物填料。

3.1固定式生物填料

固定式生物填料是指在整体上是固定的，在反应器内，各个部分都不发生移动的填料。此类填料具有如下优点：第一，体积负荷对于活性污泥法来说具有一定的提高，且与活性污泥法相比，其动力效率也有一定的优化和提升;第二，反应池中生物活性较高，易于挂膜繁殖生长，因此对废水中的有机污染物质去除效率较高，对COD的去除效率可以达到80%-90%左右[4];第三，产泥量低且寿命较长，一般为5到8年;第四，对布水和布气要求较高，易发生脱膜困难的情况，降低了处理效率，严重时甚至会干扰构筑物的正常运行。

固定式生物填料有蜂窝状生物填料和波纹板状生物填料两种。前者大多以玻璃钢或塑料为原料制成，比表面积可达130-350m2/m3;空隙率高，可达80%-98%，质量轻但强度较高;后者由相错排列的板片组成，孔隙较大，对空气的阻力较小。这种填料结构较为简单，便于运输和安装，且表面润湿率较高，抗污能力强，虽质轻但抗腐蚀能力强。其缺点是在流动的通道内，很难保证流速均匀。

3.2悬挂式生物填料

悬挂式生物填料主要分为软性生物填料、半软性生物填料及组合生物填料。悬挂式生物填料为参与污水净化的微生物提供附着栖息条件，使其保持良好的新陈代谢和生物活性。这类填料的空隙可变，易于微生物挂膜和脱膜，不易造成堵塞，抗冲击能力较强。

软性生物填料以纤维束作为挂膜物与中心绳联结，分布均匀，呈辐射状。中心绳在反应器内来回颤动，切割反应器中气泡，使气、水、膜充分接触。但纤维丝在水中易导致生物膜结团，降低实际比表面积;半软性生物填料用变形聚乙烯塑料替换了软性生物填料的纤维丝，使其兼具刚性和柔性的特点[5]，在很大程度上改善了软性生物填料易断裂，结团的缺陷;组合生物填料以软性生物填料和半软性生物填料为基础，在半软性生物填料的聚乙烯塑料片周围添加了纤维束，兼具软性和半软性填料的特点，在实际水处理工艺中应用广泛。

3.3悬浮生物填料

常见的悬浮生物填料有鲍尔环填料、阶梯环填料以及球形填料等。悬浮生物填料与固定式、悬挂式生物填料相比，可直接投入反應池内无需固定。这种填料比重接近于水，投加后可以丰富反应器内的微生物组成，加大气、水、膜三者之间的传质效率，提高反应器降解有机物的效率。另外，此类填料体积较小，便于运输和投加。

球形填料粒径一般控制在2-10mm，较块状填料而言外形更加规整，比表面积更大。近年来为了提高生物量的富集程度，研发了许多新型的悬浮球生物填料。悬浮球生物填料一般由两个聚乙烯或聚丙烯等高分子聚合物组成的中空网状半球壳以及海绵为原料的内置填料组成。网状的半球壳对气体产生切割和再布气的作用，而内置填料可以增大生物量。

4结语

目前，关于水处理填料的研究大多侧重其比表面积、结构以及布水布气性能，但对挂膜速度和挂膜量以及紧密程度研究较少，从而导致了污水处理过程中挂膜较慢，从而影响污水处理效果。因此，今后的研究需侧重对亲水填料和生物亲和填料的研究，改善填料表面的湿润性能和吸附性能，从而增强污水处理的效率和稳定性。

参考文献

[1] 陈佩佩，邵小青，郭松杰，等.水处理中生物填料的研究进展[J].现代化工，2017，37（12）：38-42.

[2] 王海平，魏庆印.煤化工废水的处理技术及其应用探索[J].科技创新导报，2017，14（15）：134-135.

[3] 高俊发. 管锥形填料生物床特性及应用研究[D].西安建筑科技大学，2006.

[4] 王民.生物膜法污水处理技术[J].城市建设理论研究（电子版），2019（02）：79.

[5] 薛侨，黄雷，王郑，韩庭苇，丁鼎.轻质滤料在水处理中的应用研究进展[J].应用化工，2017，46（07）：1409-1413.

基金项目：吉林省大学生创新创业训练计划项目（202010191010）

作者简介：黄浩洋，男，2000年生，江苏省苏州市人。