（环境工程专业论文）光合细菌psb处理明胶废水中填料挂膜性能的实验研究.pdf

1 一 t h e p r o p e r t yo f b i o f i l m so nd i f f r e n tc a r r i e r si nt r e a t i n gg e l a t i nw a s t e w a t e rb y p h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i a ( p s b ) r e nr u i f a n g b e ( t a i y u a ni n s t i t u t eo ft e c h n o l o g y ) 2 0 0 8 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o r t h ed e g r e eo f m a s t e ro f e n g i n e e r i n g e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f l a n z h o uu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rk o n gx i u q i n a p r i l ，2 0 1 1 卜 兰州理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律后果由本人承担。 作者签名：以翌嘶为 日期：山i ，年歹月确日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和 汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密l - - i ，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密d 。 ( 请在以上相应方框内打“) 日期：跏i f 年岁月弼日 日期： 7 , 1 , 1 1 年石月 日 】 k ， 硕+ 学位论文 目录 摘要 a b s t r a c t 第l 章绪论1 1 1 课题研究的背景与意义l 1 2 水处理用生物填料概述l 1 2 1 生物填料的分类及特点一2 1 2 2 生物填料的发展方向5 1 3 明胶废水概述7 1 3 1 明胶废水及磷钙水的来源及特点7 1 3 2 明胶废水常用处理方法8 1 4 光合细菌概述一9 1 4 1 光合细菌简介9 1 4 2 光合细菌处理有机废水的应用研究现状1 0 1 4 3 光合细菌处理明胶废水研究现状1 1 1 5 课题研究目标、研究内容和拟解决的关键性问题1 l 1 5 1 研究目标。1 1 1 5 2 研究内容1 2 1 5 3 拟解决的关键性问题1 2 1 6 论文创新点1 3 第2 章实验材料及方法1 4 2 1 实验设备及化学试剂1 4 2 1 1 主要实验设备14 2 1 2 化学试剂1 4 2 2 实验材料及来源1 5 2 2 1p s b 来源及培养15 2 2 2 磷钙废水来源及水质指标1 5 2 2 3 挂膜用混合水来源及水质指标1 6 2 2 4 挂膜用营养液配制1 6 2 3 相关指标监测方法1 6 2 3 1c o d 16 2 3 2b o d 5 1 7 2 3 3 p h 18 2 3 4 总磷18 2 3 5 氨氮18 2 3 6 钙离子浓度测定1 9 2 3 7 微生物生长特性镜检1 9 2 3 8psb 计数19 第3 章光合细菌膜法工艺条件研究及挂膜驯化2 0 3 1 实验工艺条件的研究2 0 3 1 1 实验方法2 0 3 1 2 工艺条件研究2 1 3 2 填料挂膜启动与驯化一2 4 3 2 1 挂膜方式选择与确定2 4 3 2 2 不同填料挂膜效果2 6 3 3 挂膜结果分析2 7 3 3 1 电镜分析结果2 7 3 3 2 挂膜机理分析2 9 3 4 挂膜影响因素3 0 3 4 1c a 2 + 的影响3 0 3 4 2p h 的影响3 0 3 4 3c l 。的影响：3l 3 5 本章小结31 第4 章光合细菌膜法处理磷钙水动力学分析一3 3 4 1 光合细菌膜法处理磷钙废水动力学模型研究3 3 4 1 1 生物接触氧化法动力学模型3 3 4 1 2 光合细菌膜法工艺处理磷钙水动力学常数测定3 7 4 2 本章小结4 0 结论4 1 参考文献4 3 s c谢4 9 附录a 攻读学位期间所发表的学术论文目录一5 0 附录b 填料表面生物膜元素相对含量分析图5 1 硕士学位论文 摘要 生物膜废水处理是近年发展起来的废水处理新技术，具有生物量高、优势菌种 明显、处理效率高、装置占地少及产泥量低等优点。固定化微生物型载体填料的 制备是该水处理新技术的关键之一。目前水处理用填料主要按安装方式分为以下 几类：固定式填料、悬挂式填料、分散型填料以及生物新型填料。传统填料均存 在不同程度的缺点，如布气不均匀、生物亲和性差等，故亲水填料、生物亲和填 料以及具有磁效应的填料成为未来填料的发展方向。 磷钙水是明胶生产过程中回收磷酸氢钙后的废水，废水量约5 0 t t 明胶，污染 量大，高氯、高钙、高蛋白、呈酸性是其主要特点，治理难度大，费用高。目前 明胶废水常用的处理方法有物理处理法、化学处理法和生物化学处理法3 大类。 磷钙水由于具有一定的酸性，故常常用于中和明胶生产工艺中其他工序产生的碱 性废水，较少清污分流，进行单独处理。但由于磷钙水所具有的特点，不进行单 独处理会给混合处理明胶废水增加一定的困难。 光合细菌( p h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i a ，p s b ) 由于其对高浓度有机废水较好的转 化分解能力，耐冲击能力，耐盐等优点，近年来在水处理领域的应用日渐广泛。 本文研究了实验室条件下，采用不同填料使光合细菌附着在填料表面形成生物膜， 利用生物接触氧化法单独处理磷钙水，并在实验过程中考察不同填料的挂膜性能。 研究结果表明： 由于磷钙水独特的水质，反应器在挂膜启动时单独用磷钙水启动驯化不能获 得成功，必须填加一定量的营养液，按比例增加废水含量，逐步驯化，才能实现 挂膜启动驯化。实验结果显示废水p h 值以及废水中钙离子浓度和氯离子浓度是 影响挂膜的主要因素。 在挂膜成熟后，毛刷填料反应器和纤维填料反应器对废水的处理结果表现出 如下特点：毛刷填料反应器出水c o d 可稳定在2 0 0 m g l 以下，纤维填料反应器 出水则不能够稳定在2 0 0 m g l 以下，有时会有较大幅度的波动。从其它出水指标 来看，毛刷填料填料反应器出水均优于纤维填料反应器出水。 填料本身所具有的性质导致两个反应器表现出不同的出水效果。从扫描电镜 分析结果得到，毛刷填料表面粗糙，比表面积大，有一定的生物亲和性，丝体具 有一定弹性，透光性好，易于微生物附着形成生物膜，而纤维填料表面十分光滑， 丝体纤细易缠绕，容易截留废水中的碳酸钙，这些特征不利于生物膜的形成和生 物间的传质。 本论文在实验的基础上进行了理论分析，研究了毛刷填料反应器的动力学， 光合细菌( p s b ) 处理明胶废水中填料挂膜性能的研究 得出反应器的反应动力学常数：毛刷填料反应器动力学常数为 u 一：8 2 5 0 1 m g ( h m z ) = 8 2 5 0 1 9 ( h m 2 ) ，k , = 1 0 7 8 m g l 关键词：磷钙水：光合细菌；填料；反应动力学 i i 硕士学位论文 a b s t r a c t w a s t e w a t e rt r e a t m e n tb yb i o f i l mi sa nn e ww a s t e w a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g y d e v e l o p e di nr e c e n ty e a r s ，f e a t u r e dw i t hh i g hb i o m a s s ，m u l t i p l ed o m i n a n ts p e c i e s ， h i g he f f i c i e n c y , s m a l le s t a b l i s h m e n ta r e aa n dl i t t l es l u d g e p r e p a r a t i o no ff i l l e r i m m o b i l i z i n gm i c r o o r g a n i s mi st h ek e yt ot h i sn e wt e c h n o l o g y a c c o r d i n gt ot h e i n s t a l l a t i o nm o d e ，f i l l e r su s e di nw a s t e w a t e rt r e a t m e n ta r ed i v i d e di n t ot h ef o l l o w i n g c a t e g o r i e s ：f i x e df i l l e r , s u s p e n d e df i l l e r , d i s p e r s e df i l l e ra n dn e wb i o l o g i c a lf i l l e r t r a d i t i o n a lf i l l e r sh a v e v a r y i n gd e g r e e s o fd i s a d v a n t a g e ，s u c ha su n e v e na i r d i s t r i b u t i o n ，p o o rb i o c o m p a t i b i l i t y , t h u st h eh y d r o p h i l i ef i l l e r , b i o c o m p a t i b l ef i l l e r a n dm a g n e t i cf i l l e ra r ed e v e l o p i n gi nt h ef u t u r e p h o s p h o r i t ew a s t e r w a t e ri sg e n e r a t e di ng e l a t i np r o d u c t i o np r o c e s sa f t e rr e c y c l i n g c a l c i u mh y d r o g e np h o s p h a t e ( c a h p 0 4 ) ，t h ea m o u n ti sa b o u t5 0t o n p e r t o n g e l a t i n l a r g ea m o u n t ，h i g hc h l o r i d e ，h i g hc a l c i u m ，h i g hp r o t e i na n da c i d i ca r et h e m a i ne h a r a e t r i s t i e so ft h e w a t e r w a t e r , t h u s i t s t r e a t m e n ti sd i f f i c u l ta n d e x p e n s i v e c u r r e n t l yg e l a t i nw a s t e w a t e ri st r e a t e db yt h ef o l l o w i n gm e t h o d s ：p h y s i c a l t r e a t m e n t ，c h e m i c a lt r e a t m e n ta n db i o c h e m i c a la p p r o a c h p h o s p h o r i t ew a s t e r w a t e ri s a c i d i c ，s oi t i so f t e nu s e dt on e u t r a l i z et h ea l k a l i n ew a t e rp r o d u c e di no t h e rp r o c e s s a n d h a r d l y b e e nt r e a t e d s e p a r a t e l y f r o me f f l u e n t h o w e v e r t h a tp h o s p h o r i t e w a s t e r w a t e rm i x e dw i t hw a t e rp r o d u c e di no t h e rp r o c e s sw i l lb r i n gm o r ed i f f i c u l t i e s t og e l a t i np r o d u c t i o nw a s t w a t e rt r e a t m e n t p h o t o s y n t h e t i c b a c t e r i a s a p p l i c a t i o n i nw a s t w a t e rt r e a t m e n ta r e a sb e c o m e i n c r e a s i n g l yw i d e s p r e a db e c a u s eo fi t sb e t t e ra b i l i t yi nd e c o m p o s i t i o no fo r g a n i c w a s t ew i t hh i g hc o n c e n t r a t i o na n dr e s i s t a n c et os h o c k s ，s a l ta n da l s oi nr e c e n ty e a r s i n t h i sp a p e r ，u n d e rl a b o r a t o r yc o n d i t i o n s ，d i f f e r e n tf i l l e r sw e r eu s e da sc a r r i e r s t h e i r s u r f a c ew e r ea t t a c h e d b yb i o f il mm a i n l yc o m p o s i n go fp h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i a p h o s p h o r i t ew a s t e r w a t e rw a st r e a t e di n d e p e n d e n t l yb yb i o c o n t a c to x i d a t i o n ，t h e p e r f o r m a n c eo fd i f f e r e n tc a r r i e r s b i o f i l mw a si n v e s t i g a t e di nt h ec o u r s eo ft h e e x p e r i m e n t t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ： b e c a u s eo fi t sf e a t u r e s ，t h et r e a t m e n to fp h o s p h o r i t ew a s t e r w a t e rw a sn o t s u c c e s s f u lw h e nb i o f i l mr e a c t o rw a ss t a r t e da n dd o m e s t i c a t e do n l yw i t hp h o s p h o r i t e w a s t e r w a t e r s oac e r t a i na m o u n to fn u t r i e n ts o l u t i o nm u s tb ea d d e di n t or e a t o r ，a tt h e m e a n t i m e ，p r o p o r t i o no fp h o s p h o r i t ew a s t e r w a t e rc o n t e n ts h o u dg r a d u a l l yi n c r e a s e 1 1 i 光合细菌( p s b ) 处理明胶废水中填料挂膜性能的研究 a n db i o f i l mw a sa l s og r a d u a l l yd o m e s t i c a t e d o n l yi nt h i sw a yc a nb i o f i l mr e a c t o rb e s t a r t e da n dd o m e s t i c a t e d t h ee x p e r i m e n t sr e s u l t ss h o wt h a tt h ec o n c e n t r a t i o no f c a 2 + a n dc i a n dp hv a l u eo fw a s t e w a t e rw e t et h r e ed o m i n a n tf a c t o r st h a ti n f u e n c e t h ee f f e c to fm e m b r a n ec u l t u r i n gc a r r i e r a f t e rb i o f i l mw a sm a t u r e ，t h er e s u l t so fp h o s p h o r i t ew a s t e w a t e rt r e a m e n ts h o w e d t h ef o l l o w i n gt r a i t si nb r u s hc a r r i e rr e a c t o ra n df i b e rc a r r i e rr e a c t o rr e s p e e t l y ：c o d v a l u eo fe f f l u e n tw a ss t a b l eb e l o w2 0 0m g li nb r u s hc a r r i e r , w h i l ei tf a i l e di nf i b e r c a r r i e rr e a c t o r ，s o m e t i m e st h e r ew e r es u b s t a n t i a lf l u c t u a t i o n s a n a l y z i n go t h e rw a t e r i n d i c a t o r s ，e f f l u e n to fb r u s hc a r r i e rr e a c t o rw a sb e t t e rt h a nt h a to ff i b e rc a r r i e rr e a c t o r t h en a t u r eo fc a r r i e r sh a dl e dt od i f f e r e n tt r e a t m e n te f f e c t so ft w or e a c t o r s a n a l y z i n gr e s u l t so ft w oc a r r i e r sb ys e m ，w ef o u n dt h a tb r u s hc a r r i e r so w nr o u g h s u r f a c e ，l a r g es u r f a c ea r e a ，c e r t a i nb i o l o g i c a la f f i n i t ya n di t sf i l a m e n t sh a dc e r t a i n f l e x i b i l i t ya n de x c e l l e n tl i g h tp e n e t r a t i o n ，t h e s ep h y s i c a lt r a i t sw e r eb e n e f i tf o r m i c r o b i a la t t a c h m e n tt oc a r r i e rs u r f a c e ，a n dt h e nb i o f i l mf o r m a t ee a s i l y w h i l e ，f i b e r c a r r i e rs u r f a c ew a sv e r ys m o o t h ，i t sf i l a m e n t sw a ss l e n d e ra n de a s yt ot w i n e ，t h e s e t r a i t sn o to n l ye a s i l y i n t e r c e p tc a c 0 3p a r t i c l e sa m o n gw a s t e w a t e rb u ta l s ow o r k a g a i n s tb i o f i l mf o r m a t i o na n dm a s st r a n s f e rb e t w e e nm i c r o b e s i nt h i sp a p e r , t h e o r e t i c a la n a l y s i si nk i n e t i c so fb r u s hc a r r i e rr e a c t o rw a sm a d ea n d k i n e t i cc o n s t a n to ft h er e a c t o rw a so b t a i n e do nt h eb a s i so ft h e e x p e r i m e n t r e s u l t s ：u m 缸= 8 2 5 0 1 m g ( h m 2 ) = 8 2 5 0 1 9 ( h m 2 ) ，k = 1 0 7 8 m g l k e yw o r d s ：p h o s p h o r i t ew a s t e r w a t e r ；p h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i a ；c a r r i e r ； k i n e t i c s 水资源的紧缺和水质污染严重是制约我国国民经济发展的瓶颈问题。青海省 地处我国大西北的内陆，年降水量只有几十甚至十几毫米，年蒸发量达2 0 0 0 毫米 以上。青海水资源总量只有6 2 0 亿立方米，不足全国平均水平的l 3 。全省每平 方公里占有的水量仅为8 7 2 万立方米，属于国内的贫水省份【lj 。随着省内人口的 增加，工业化的迅速发展，全省水资源供需矛盾会进一步加剧。如果不采取相应 有效地措施，其社会经济可持续发展的自然资源物质基础将出现危机。 工业的发展带来了严重的环境污染问题，大量未经处理的城市污水和工业污 水排入天然水体，造成水体中有毒有害污染物的含量正逐年上升。水质的污染严 重影响了人民的身体健康和生活质量，限制了工农业及城市的可持续发展。因此 治理污水问题刻不容缓。 生物膜法废水处理是近年发展起来的废水处理新技术，具有生物量高、优势菌 种明显、处理效率高、装置占地少及产泥量低等优点。固定化微生物型载体填料 的制备、选择和性能研究是该技术的关键。 针对青海明胶公司生产过程中产生的高氯、高钙的磷钙废水，通过实验室小 试，利用优选工艺及特殊膜填料，使废水达标处理，降低处理成本，解决公司面 临的环保困境，在行业中进行推广示范，具有较大的经济效益、社会效益和环境 效益。明胶生产企业产生的高浓度有机废水，c o d 高达1 0 0 0 - 5 0 0 0 m g l ，这些废 水利用传统的物理化学或生物法处理难度大，不易达标排放，对环境造成严重污 染。本课题中采用近年来在水处理领域应用日渐广泛的光合细菌处理高氯、高钙、 高蛋白的磷钙水，就是利用了光合细菌对高浓度有机废水较好的转化分解能力， 耐冲击能力，耐盐的优点。光合细菌受到自身特性的限制无法更广泛的推广应用， 如光合细菌在废水处理中易流失，沉降分离困难，良好生长需光照，难保持废水 处理中的优势性，本实验则是利用优选工艺及特殊膜填料，实现污染物降解的同 时为消除光合细菌处理有机废水的缺陷提供参考以及用于微生物固定化的有效载 体。 1 2 水处理用生物填料概述 在废水处理领域，生物膜法是应用较为广泛的一种水处理技术。填料作为微 生物的载体直接影响着微生物的生长、繁殖、脱落和形态，因而对反应器的运行 光合细菌( p s b ) 处理明胶废水中填料挂膜性能的研究 效果及能耗都产生十分重要的影响1 2 】。填料表面越粗糙，其比表面积越大，为微 生物的挂膜提供的附着点越多，越有利于微生物的生长繁殖。利用微生物在固体 表面的附着生长对废水进行生物处理，则生物填料的材质、比表面积的大小、布水 布气性能、强度、密度和造价等因素，将直接影响废水处理的效果和运行的可行性。 1 9 世纪2 0 - 3 0 年代，英国人d i t t e r 和w a r i n g 【3 】首先建造了生物接触氧化池处理 生活污水，用碎石、炉渣作为生物填料。经过一百多年的发展，生物填料的发明研 制及相关性能的研究也取得了大量重要的研究成果，特别是近半个世纪以来，在高 生物浓度、高氧气传质效率和高降解能力等方面，国内外学者进行了大量的相关研 究【4 5 】。以下是生物填料的研究进展、存在问题和发展方向的综述。 1 2 1 生物填料的分类及特点 生物填料的种类及分类方法有很多，但较常见分类方法是按填料安装方式分 类，生物填料大致可分为固定式、悬挂式、分散型和新型生物填料等几种类型。 1 2 1 1 固定式填料 固定式填料主要有波纹板状和蜂窝状等硬性填料。波纹板状填料中最具代表 性的是英国的“f l o e o r ”填料和法国的“c l o i s o n y l e ”填料【6 j 。这类填料具有孔径大、 不易堵塞、流程长、处理效率较高、安装运输方便等特点，但存在水在波纹通道内 流动不均，不利于生物膜更新等缺陷。硬性蜂窝填料最大的特点是在不发生堵塞的 情况下，处理效果稳定，使用寿命长，一般为5 8 年；它最大缺点是易堵塞。一旦 发生堵塞，处理效率急剧下降，严重时甚至会毁坏构筑物，同时其造价也很高。 今年来此类产品很少采用，一些原有项目的改造也基本被其他填料所替代。邬象 牟【7 】介绍了一种由日本新光尼龙股份有限公司在1 9 9 2 1 9 9 5 年开发和生产的网 状蜂窝填料。这种填料的特点是空隙率大，污水在填料中三维流动，充填材料质轻， 韧性强，长期使用不会变质，而且网状蜂窝填料相互交融，具有长久的稳定性。b o d 容积负荷为0 1 5 1 2 k g b o d m 3 - d 的范围内，往曝气池中装入外观容积为4 0 6 5 的网状蜂窝填料，能够取得良好且稳定的处理水质，尤其能够降低处理水中的 s s ；当用于污水的深度处理时，b o d 容积负荷在0 1 5 k g m 3 d 以下，原水b o d 为 1 5 m g l 处理水b o d 可以在3 m g l 以下。 1 2 1 2 悬挂式填料 这类填料于2 0 世纪7 0 年代末8 0 年代初产生，应用比较广泛，具有使用寿命长，价 格适中的特点，是非常具有市场竞争力的一类填料。这类填料经过逐步改进完善， 使用寿命可高达5 1 0 年。悬挂式填料一般分为软性填料、半软性填料、组合填料 和弹性填料等几类。 2 硕士学位论文 丰幸 黪 黪 bc a 一软性填料b 一半软性填料 c 一盾式组合填料d 一弹性立体填料 图1 1 悬挂式填料的几种结构形式【3 1 ( 1 ) 软性填料 上海石油化工总厂环境保护研究所于2 0 世纪8 0 年代初期研制出软性纤维填 料，应用到上海石化总厂涤纶厂进行废水处理。当处理装置的容积负荷达 3 2 8 k g m 3 时，c o d 去除率可达到8 0 。正常负荷下使用1 2 年，c o d 去除率能 达7 5 - - 8 0 ，b o d 5 去除率能达8 0 - - 9 0 6 1 。这种填料应用比较广泛，挂膜容易， 不堵塞，但容易缠结、结块、断丝，中心绳易断，影响使用寿命，特别是废水化学需氧 量高时，缠结在一起的纤维中心很容易产生厌氧，从而大大缩短使用时间。废水悬 浮物较大时填料丝结团将大大减少实际利用的比表面积。 ( 2 ) 半软性填料 为弥补硬性填料的易堵和软性填料的缠结和断丝两方面不足，半软性填料应 用而生，具有较强的布水布气能力，挂膜脱膜容易，不堵塞的优点。国内最早的 半软性填料于1 9 8 5 年由北京纺织科学研究所开发出变性聚乙烯塑料制成【6 】。这种 填料用于生物接触氧化池中处理纺织废水，当进水水质及有机污染物选择合适时， 其有机物去除率( 以c o d 计) 一般为6 0 7 0 ，b o d 5 去除率在8 5 - - 9 5 之间【8 】。 其缺点在于比表面积相对较小，表面光滑，微生物附着性能相对较差，造价偏高。 ( 3 ) 组合填料 组合填料一定程度上兼有软性和半软性填料的优点，适合处理较低污染物浓 度和较差生化性的废水。周池谷【9 】在1 9 9 1 年报道的盾式组合填料，利用了软性纤维 填料中醛化维纶纤维具有耐酸碱、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，也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。在2 0 c 处理啤酒废水【1 0 】，盾式纤维填料反应器 的最大负荷达8 0 k g c o d m 3 - d ，相应最小水力停留时间为5 1 h ，c o d 去除率在8 5 以上；在c o d 去除率芝9 0 条件下，负荷率为7 k g c o d m 3 - d 。 ( 4 ) 弹性填料 3 光合细菌( p s b ) 处理明胶废水中填料挂膜性能的研究 鲁翼_ ! = ：搴- 一2 碍 震、吨 譬苎摹三蚕! 篡；考 耸 _ - p _ l - 、一上1 m n r r h 誊写宣毫一 一1 仃耳矗一。 誊、a 爿：、墨瓣i 霎串3 赫 垂车赫 = 主羞誊- 牛铺 i i i h i 霎鼍巴一1 需韶，1 豢器麟 y i ) ri j ，lf w t 1 填料支架2 栓接绳 3 填料丝4 中心环5 套管 图1 2 弹性填料3 种类型结构示意图1 弹性填料主要包括y d t 型弹性立体填料、t a 型弹性波形填料、p w t 型立体网 状填料以及自变形弹性立体填料。这类填料具有一定的柔性和刚性，回弹性好， 使用寿命长，氧传递系数高，挂膜脱膜容易，比表面积大，可满足大型工程的需 要，得到更广泛的应用。有报道称【1 2 】，在生物接触氧化反应器正常运行情况下，用 y d t 型弹性立体填料( 浙江玉环东方环保设备器材厂) 处理涂料工业废水，c o d 去 除率可达8 0 - - 9 0 ，b o d s 去除率达8 5 9 5 。 1 2 1 3 分散型填料 分散型填料主要分堆积式和悬浮式填料，如拉西环、鲍尔环、空心球和悬浮粒 子等。这类填料无需上述填料的安装工作，应用时只需置于反应器中即可，使用 方便，更换简单。北京桑德环境技术发展公司研制开发的s n p 悬浮型生物填料引， 即是一种典型的分散型填料，它由纤维丝球体、网络状外壳和通心多孔柱体三部分 组成。纤维丝球体是微生物主要附着场所，网络状外壳起固定填料形状的作用，通 心多孔柱体为球体内部微生物与周围环境交流提供通道。该悬浮式填料不需固定， 不用安装，具有大的比表面积，容易脱膜，不断运动中能够被连续不断的冲洗，故不 易堵塞。在水中运行时对气泡的重复切割作用很明显，因此水中的溶氧值提高快， 氧转移效率大，微生物代谢旺盛。应用此填料的生化装置具有处理效率高、产泥量 少的特点，去除每千克b o d 5 产污泥o 1 o 2 k g 。s n p 填料氧化池所需空气量为半软 性填料氧化池相应曝气方式的9 0 。 1 2 1 4 新型生物填料 近十几年来，国内外不断有各种新型生物填料被推出。成功应用的有日本工程 与贸易公司开发的r i n g l a c e 塑料纤维填料【1 4 】。该填料被固定在铝制的笼子里垂 直置于曝气池中，受曝气冲力的影响而浮动摇摆，因而污泥不会矿化和沉积【l5 1 。在 污水处理厂中对几种不同填料进行对比实验发现【1 6 】，投加r i n g l a c e 塑料纤维填 料的曝气池，其b o d 和c o d 的去除率可增加3 0 5 0 。在新型悬浮填料方面，目前 发展较为成熟的是德国l i n d e 公司的l i n p o r 填料和英国s i m o n h a r t l e y 公司 4 试验研究表吲1 8 】：酶促填料表面在试验开始后第3 d 出现生物膜附着特征，第2 5 d 完 成挂膜，挂膜成功时间比陶粒快9 d ，比高炉渣快1 5 d ，最大生物膜厚度分别为陶粒、 高炉渣的1 3 7 倍和1 6 3 倍。张洁辉等【1 9 1 合成t h p ( m a v a e m m a ) 多孔载体，有人【2 0 】 将这种多孔载体与人工废水、活性污泥盛于固定化瓶内，用排水集气法收集甲烷气 体，以产生气体的多少来表征载体固定化效果的理想程度，结果同一时间内多孔 载体产甲烷量较活性炭显著增多，4 d 后前者是后者的2 倍。l i n 等1 2 1j 利用海藻酸钙凝 胶联合包埋固定p h a n e r oc h a e t e c h r y s o s p o r i u m ( 黄孢原毛平革菌) 和粉末活性炭用 于降解五氯酚( p c p ) ，并与非固定化体系和单独固定化体系进行了比较，结果表明， 海藻酸钙凝胶包埋固定黄孢原毛平革菌和粉末活性炭的联合体系能更加有效地降 解p c p ，但这类复合填料的材料价格比较高，实际放大生产还有一定的困难。 1 2 2 生物填料的发展方向 填料是生物膜水处理技术的核心之一，目前市场上常见的生物填料主要由聚 乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯及聚酯等为原材料制成，对填料的开发侧重于填料的物理 特性的改进，如比表面积、填料结构与布水、布气性能及生物膜更新等方面。然 而在实际应用中，人们发现由这些原料制成的填料在挂膜速度、挂膜量及微生物在 填料上的附着性和紧密度方面还存在不足，有待改进。如对填料的制备材料进行 有效的亲水与生物亲和改性，则可大大提高填料上生物膜的传质、挂膜和水处理的 效率。用磁粉修饰填料的制备材料，使填料具有一定磁性，可望有利于处理特殊 废水。因此废水处理用生物亲和亲水磁性填料的研究代表了生物填料的发展方向， 属生物、环境、化学、材料和物理等学科的交叉研究领域，有关填料制备过程中的 粉体偶联成型技术以及填料应用时的废水强化生物降解作用机理尚须进一步深入 研究。在不久的将来，生物亲和亲水磁性填料将在废水生物降解处理中发挥重要的 作用。 1 2 2 1 亲水性填料 当水与塑料等材料接触时，如材料分子与水分子之间的作用力大于水分子之 间的作用力，材料表面吸附水分，即被水润湿，表现出亲水性。 填料的亲水改性主要有两种方法：一是在填料表面涂抹具有亲水基团的材料， 二是对填料表面改性以增加其表面的亲水基团或在原材料中引入亲水基团。据文 献报道【2 2 1 ，在表面结构改性时，有研究者将填料浸入含氧酸等化学腐蚀液中，从而 除去填料表面的弱界面层，糙化表面：有的研究者在填料表面涂抹亲水材料，表面 5 光合细菌( p s b ) 处理明胶废水中填料挂膜性能的研究 接枝带有亲水基团的高聚物单体：也有用紫外线辐照塑料填料，使其表面氧化而形 成极性基团；还有的研究者采用强氧化性溶液，如重铬酸钾一硫酸、高锰酸钾一硫酸， 与塑料生物填料表面进行化学反应，从而改变填料的表面分子结构。这些技术处理 过的填料表面润湿性能有很大的提高，但也存在不少缺陷。应用溶液浸泡或者表面 接枝处理过的填料在运行过程中由于水流的作用很容易发生表面磨损和脱落，使 用紫外线处理，往往难以均匀辐照填料的内外表面，故使填料内外表面的亲水性产 生差异，也影响其使用效果。还有研究者开始研究制备用于生物填料制作的亲水改 性塑料，如在聚丙烯和聚氯乙烯中引入亲水物质进行亲水改性。汪晓军等【2 3 j 在塑 料中混入水性高分子材料聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，改善材料表面亲水性能，制造出 具有亲水性表面的塑料材料，从而发明了水处理亲水性弹性填料。用这种亲水填料 与外形和结构完全相同、材料不同的普通填料进行亲水实验，利用称重法分别称量 浸泡1 m i n 、3 0 m i n 、l d 、8 d ，结果发现，专利填料比普通填料在相同浸泡时间下 对水具有更大的持重量；用模拟废水对两种填料进行厌氧和好氧生物膜法实验， 发现亲水性填料生物膜反应器对c o d 。，的去除率比普通填料生物膜反应器效果好 得多，对厌氧膜进行电镜观察发现，亲水填料上的膜比普通填料上的密实度高；对 厌氧生物膜进行负荷冲击和恢复实验，发现亲水性填料反应器内的生物膜具有更 强的耐负荷冲击能力，受冲击后恢复所需时间短 2 4 , 2 5 】。 1 2 2 2 生物亲和( 活性) 填料 材料生物亲和性的涵义通常指该材料与生物相容、不会对生物有任何损坏或 有任何副作用。生物医学中的人工骨材料( 含羟磷灰石) 就具有极高的生物亲和性 ( 或生物活性) 。目前，虽未有关于生物填料的生物亲和性研究的专门报道，但已有研 究者【2 6 j 认识到生物亲和物质对生物填料发展的重要性。如微生物固定化包埋材料