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深圳合续环境科技有限公司
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阅读：3554发布时间：2015-11-12
移动床生物膜反应器又称悬浮填料移动床工艺（MBBR），该工艺原理是以比重接近水的悬浮填料直接投加到曝气池中作为微生物生长附着的载体，依靠曝气池内的曝气和水流的提升作用在反应器内自由流动。填料是反应器的核心部分，本质作用是提供微生物附着生长的表面积和悬浮生长的空间，并能起到截留悬浮物质，切割气泡等作用，其性能的好坏直接关系到挂膜的难易程度、反应器中生物量的多少和反应器运行效果的好坏。所以理想的填料应具备以下条件: 耐磨性、有效比表面积大、孔隙率高、水流通畅、阻力小、外观形状应当规则、表面粗糙度大、具有良好的亲水性生物亲和性等。针对当前所存在的填料，可以通过改性或者使用新型填料等方法来增强填料的性能进而提高污水处理的效果。
填料种类繁多，目前使用的填料大致可以分为3 大类： *类为定型固定式填料，主要是蜂窝类填料；第二类为悬挂式填料如软性填料、半软性填料、组合型填料等；第三类为堆积式、悬浮式填料。如下表所示：
各类填料的特点
类型 | 优点 | 缺点 | |
定型固定式填料 | 处理效果较稳定，比表面积大，使用寿命较长。 | 一旦发生堵塞，其处理效率急剧下降，严重的甚至于毁坏构筑物。同时，其造价较高。 | |
悬挂式填料 | 软性填料 | 比表面积大，挂膜容易，造价低，运费省，组装方便，不堵塞等。 | 但废水浓度高或水中悬浮物zui大时，填料丝会结团，且易发生断丝、中心绳断裂等情况，影响了使用寿命。 |
半软性填料 | 弥补缠结和断丝不足，使用寿命可达5-10年，较强的再行布水布气的能力，不堵塞。 | 比表面积相对较小，表面光滑，微生物附着性能相对较差，且造价偏高。 | |
组合型填料 | 具有耐酸碱，耐老化，耐生物降解的化学性能和比表面积大，重量轻，生物膜附着性能好等物理特征，又发挥了半软性填料的不结团，气水再分布能力强，氧传质效率高的优点，适合可生化性较差及浓度较低的废水。 | ||
分散型填料 | 堆积式填料 | 安装、使用方便，且更换简单。 | |
悬浮式填料 | 无需固定支架，在池中可随曝气搅拌悬浮于水中并全池均匀流化，能耗较低。 | ||
悬浮填料的投加，能丰富反应器内微生物种群的组成，提高气液固三相物系之间的传质效率，提升反应器的硝化险能以及降解部分难降解有机物的能力。但是，制造悬浮填料的原材料主要是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)及聚氨醋(PU)等材料本身性能的局限制约了悬浮填料在不同废水处理工艺中的应用性能。所以，对制造悬浮填料的材料或悬浮填料表面进行必要的改性、采用新型材料以及悬浮填料构型优化可以使其能够更好地满足特定的需求。
悬浮填料的改型方法：
化学改性。通过化学反应在高分子有机物的分子链上引入其它链节和功能基团，提高材料的力学性能、抗老化性能和粘结性能等。瀚蓝环境股份有限公司通过用一定浓度的左旋聚乳酸溶液对悬浮填料进行改性，改性后的填料表面羰基、羧基、羟基等官能团较为引入之前有较大提高，同时填料表面的粗糙度增加，有利于细菌的粘附生长，进而加快了填料表面硝化生物膜的形成，使得反应器整体氨氮和总氮的去除效率增加。
物理改性。物理改性的方法主要有填充改性、共混改性和增强改性等。由于共混改性法操作简单、开发周期短、耗费少，使得利用现有高分子材料开发新型材料成为有效的方法。目前国内外对塑料生物填料共混改性的研究主要集中在亲水性、生物亲和性、磁化改性三个方面。戴松林等采用添加生物亲和亲水物质、活性炭及磁粉并磁化的改性PP填料进行挂膜和模拟污水生物降解试验，结果发现，普通PP填料改性后具有更快的挂膜速度和更高的COD降解率。
高分子材料。近年来高分子技术发展迅速，结合MBBR工艺中填料的特点，更多学者将目光放到高分子材料上。北京伊普水务有限公司通过用高温熔融喷头将高分子聚合物聚乙烯或聚丙烯喷出，形成纤维附着在塑料材质的多孔网上，同时用亲水纤维喷头喷出作为纤维，均匀分布在高分子聚乙烯表面，zui后通过裁剪、缝制或热熔工艺，将悬浮填料制备成各种形状，该填料据欧易于流化、挂膜时间短、寿命长、性价比高的特点。浙江工业大学的许炉生等发明了一种生物亲和性水处理填料，利用天然生物物质表面的-OH、-COOH、-NH等丰富的化学活性基团，形成微生物与天然生物材料的同源性亲和力，降低微生物附着生长难度，缩短微生物培养和驯化的时间周期，所得生物亲和性水处理填料具有生物亲和力、微生物挂膜时间短、处理效果好等优点。
新型材料。英国威立雅水务技术公司于2014年推出应用于移动床生物膜反应器(MBBRs)的新一代生物膜载体——AnoxKaldness Z-MBBR。与传统的MBBR载体不同，Z-MBBR具有*的三维轮廓结构，可在载体上预先确定的生物膜厚度，zui大限度提升传质效果。该Z-MBBR新载体生物膜厚度可在200~500微米范围内定制。
悬浮填料构型优化。即原来呈镂空球形或端面呈蜘蛛网状的套筒结构的塑料填料本体改为了片状结构，并通过拉毛机制造产生使填料表面产生绒毛，悬浮填料经过构型改造后，比表面积更大，吸附水体中的微生物和截留悬浮颗粒的效果更好，同时具有制造容易、清洗方便、循环使用次数多的特点。
以增强生物亲和性、材料稳定性、无害性为目的，对不同填料表面进行物理、化学修饰或者使用生物质材料、高分子材料将成为今后发展的趋势。目前，虽然学者对填料进行不同方面的改善，但是该领域仍存在以下几个问题：
(1)悬浮填料的性能亟需提高：应用于水处理的悬浮填料主要采用的材料为PP、PE和PVC等，在亲水性、生物亲和性及机械强度等方面存在着不足。尽管已有研究人员在悬浮填料改性方面取得了一定的成果，但是，大多数研究成果未达到规模化生产和市场化应用的水平，未在实际应用中进行检验。同时，随着悬浮填料应用范围的扩展，人们对悬浮填料的性能提出了更高的要求。
(2)工程实际应用困难：目前国内常用固定型填料在使用中常会遇到堵塞、结团、布气布水不均匀或传质效率低、挂膜速度慢等问题，影响了生物处理效果。且上述填料均需安装在辅助支架上，造成填料安装、更换、维护等诸多不便，使工程投资和运行管理费用相对提高。
亲水亲和性：为使填料悬浮，目前使用的大部分填料材料为塑料，但塑料的表面亲水亲和性不好，挂膜速度慢，影响处理效果。做了表面改性的填料能承受更高的气液比、污染物负荷及气流水流的冲击，并提高废水生物接触氧化效率。
生物、环境友好性：天然高分子材料一般对生物无毒性，传质性能好，但强度低。该种填料生物亲和性强，无毒害，可避免二次污染并提高挂膜速度和处理效率。所以，开发天然高分子降解材料，包括淀粉、壳聚糖、蛋白质、纤维素、木质素、天然橡胶型高分子材料、海藻酸钙、琼脂、角叉菜胶等具有重要意义。
工业固废利用：利用剩余污泥、粉煤灰与粘土按一定配比烧制陶粒填料就是工业固废的一种合理、无害化利用，既消耗了难于处置的活性污泥和粉煤灰，又降低了填料的生产成本，并产生了环境友好型填料，不会对环境造成二次污染。
作者：深圳合续环境科技有限公司
裴廷权 工程师博士后
黄健键、操艳兰、王志帅
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