污水处理反应填料和载体的应用现状及发展前景(提纲)

污水处理反应填料和载体应用现状及产业化前景序言近年来，随着城市化进程的加快和国民经济的快速发展，人口规模和人口密度以超常规的速度增长，城市污水量大幅度增加，水污染和缺水问题越来越严重。开发适合我国国情的简单、高效、低消耗的污水处理新技术是解决当前我国面临的水污染和水资源短缺问题的有效方法。生物接触氧化法是活性污泥工艺和生物过滤设备之间的生物处理技术，既有两者的优点，也可以说是具有活性污泥工艺特性的生物膜法，处理效率高，广泛应用于水处理领域。填料是生物接触氧化法的技术核心，直接决定了工艺的处理效果和投资效果。本文旨在对污水处理反应填料及载体的开发、应用现状及技术前景进行初步探讨。1、我国污水处理反应填料和载体技术的发展和应用现状生物接触氧化法、塔式生物滤池、生物流化床技术是在经典生物滤池的墓中开发的新型生物膜方法。随着新合成材料的大量生产，近30多年来国内外学者对生物接触氧化池塔生物滤池及生物流化床的组成和生物载体填料进行了多方面的研究，取得了新的进展。特别是生物填料的研究和开发工作近10多年来积极进行，依次研究和开发软纤维填料、半软填料、盾纤维填料、组装填料等生物膜膜间问题，新的生物膜废水处理技术迅速普及和应用。目前常见的污水处理反应填料包括：1.1蜂窝填充料蜂窝状填充物一般由超薄轻质玻璃钢或各种薄塑料瓶构成，安装时直接堆叠在布气体系统上。比表面积为133-360m2/m3，空置率高，质量轻，强度好，应用时累积高度达4-5m，表面光滑，老化生物膜因循环气流和气流侵蚀而下降。但是在实际应用中，迟滞填料水平不平顺，天机不均匀，容易堵塞，特别是不适合处理高浓度废水，费用高，运输也困难。1.2软包装柔软的填料通常用尼龙、维纶、涤纶等化学纤维编织束，用中心带连接，与蜂窝填料相比，有间隙可变性，避免了堵塞现象。柔软的填料理论比表面积大，微生物容易附着，容易挂膜，成本低，加工方便。但是，在一段时间内使用后，纤维束现象出现，不仅减少了有效比表面积，还会在接头中心发生厌氧发生，严重影响生物膜使用性能。软填料的使用寿命一般较短。1.3半软填料半软填料由改性聚乙烯塑料制成的填料单元组成，具有硬填料的刚度和软填料的灵活性，具有特殊的水力性。水流通过时产生明显的湍流流动，传质效率高。但是比表面积小，生物膜量小，表面挂得光滑的薄膜容易脱落，在生物接触氧化法中没有得到广泛应用。1.4组合填充组合填料是塑料半软填料和纤维软填料的优点，同时取了软填料和半软填料的优点，用中间的半软部分支撑周围的软纤维束，其成本、理论比表面积比软填料和半软填料更好，比软填料和半软填料工作更好。1.5弹性三维填充弹性三维填料是聚烯烃塑料，由增强亲水性、稳定性、吸附处理而成的弹性单丝组成，毛刺、波纹、着床容易，生物量大，氧气移动速度高，价格便宜。但是弹性三维填料的安装复杂，更换堵塞好的曝气装置更困难，中心绳有结现象，对布水均匀性要求高，比表面积小(20-30 m2/m3)。弹性三维填料现在被更多地使用。1.6载体生物陶粒生物陶粒是以粘土为主要生产原料，用一定比例的粘合剂、成孔剂、无机骨料为成分、粗粒制球、高温煅烧、筛分等一系列工艺制成的粒状材料。其主要成分是偏铝硅酸盐，深褐色或灰褐色，粒度可按要求生产。高效挂膜轻质陶粒在物理微结构方面起粗糙的微孔作用，由于这种特性，高效挂膜生物陶粒特别适合于在其表面生长和繁殖微生物。但是，由于已经建设的污水处理场场地和水头的限制，需要重建池形结构，提高泵站，BAF工艺运行繁琐，污水处理场标准的变更需要一定的条件。载体生物ceramsite需要在实际工程工作中每年增加10-20%的消耗，从而产生高运营成本。图1载体生物陶粒1.7悬挂填料1.7.1悬浮填料的应用现阶段，国内悬浮填料主要用于现有污水处理工艺的升级改造。使用的填料的规格为直径20-150mm，外观分类主要有两种：球形和圆柱形。填料的比表面积为每立方50 -500m2。利用国内悬浮填料的一级a级工程为无锡市芦村污水处理厂日处理规模10万吨，青岛烟台污水处理厂日处理10万吨。烟台甜湾污水处理厂每天处理5万吨。青岛柳村河污水处理厂每天处理15万吨。保定营定庄污水处理厂每天处理16万吨等。以上升级工程可以投入填料，稳定地达到一级a标准。由于填料的结构不同，氨氮去除、总脱氮运行所需的运行条件各不相同。其中，较好的填料结构可以实现低碳源中的同步硝化和脱硝，部分填料结构形式必须投入外部碳源，才能达到更好的脱硝效果。由于建设的污水处理厂池类型结构不同，在运行过程中对填料规格模型的要求也不同，对于道路推流池类型，最好选择50-150mm悬浮填料。必须将栅格孔和线段添加到道路，以确保悬挂的铺装层在本地道路段上保持均匀。对于氧化沟等循环池样式，建议选择20-40mm悬挂填料，增加进出水格栅的量，以确保悬浮填料在道路中良好循环。悬浮填料的投资比例取决于水质和工艺状态，通常选择有效池体积的30-50%填充率。总之，填料的规格模型和填充率是根据当地污水处理厂的实际运行效果来确定的。1.7.2悬浮填料的分类(1)从国外进口的悬挂填料悬浮载体用于MBBR，工艺原理是在反应器中投入一定量，提高反应器中的生物量和生物种类，提高反应器的处理效率。填充物密度接近水，所以曝气时与水完全混合，微生物生长的环境是气体、液体、固体三相。水中载体的碰撞和剪切作用使空气气泡变小，氧气的利用率提高。另外，各载体内、外各有不同的生物种，内有几种厌氧或氧菌生长，外是良好的阳菌，因此各载体是硝化和反硝化反应同时存在的微反应器，提高了处理效果。MBBR工艺是结合现有流化床和生物接触氧化法优点的新型高效污水处理方法，依靠曝气池内曝气和水流上升，使载体进入流化状态，附着生长的活性污泥和生物膜，移动床生物膜充分发挥附着相和悬浮生物的优越性，相互补充。悬浮填料与污水多次接触，因此与传统填料不同，被称为“可移动生物膜”。典型产品如图2所示。但是从海外进口的悬浮填充物价格高，很难承受一般中小型污水。此外，由于填料孔大小小，在包含污水(尤其是工业网络污水)的家庭污水处理中，填料容易堵塞填料，沉入填料底部，影响处理效果。国内外很多工程力证明，为了在污水处理中获得总氮去除效果，该填料需要额外的碳源。图2悬浮填料的国外引进(2)国内已有悬浮填料悬浮填料表面经过特殊处理，提高了表面的粗糙度和亲水性，使薄膜悬挂比较容易，克服了一般塑料填料表面光滑米酒困难的危害。产品耐磨，抗拉强度高，寿命长。填料的比表面积为100/m3，是弹性思想填料的4倍。生物膜成熟时可形成厚度为2 8mm的生物膜，生物膜具有良好的生长条件，微生物种类丰富，活性高，能显着提高处理效果。图3国内已有悬浮填料该填料在曝气池中流化状态和冲突频繁，大大提高了生物处理三要素之间的传质效率。现有的生物载体填充物或卡纸容易，膜去除困难，膜去除容易，米酒难，工程运行不稳定。悬浮填料采用特殊的表面粗糙度处理，挂膜比较容易。不需要设置污泥排放系统。(3)新开发的国内同步脱硝悬浮填料新一代齿轮流态化生物载体填料具有生物量高、表面积大、生物膜分布更合理、后生动植物不粘且不易破碎、运行管理简单、使用寿命长的特点。填料结构独特，表面积不大，米酒容易，一般投入1 2周后，填料表面可以形成厚度3 15毫米的生物膜，生物膜生长状态良好，膜上微生物种类丰富，活性高，体积负荷可以明显增加。填料的内外角具有不同的空气水冲击强度，形成不同厚度的生物膜，生物膜厚度的变化导致膜好氧、缺氧和厌氧发生不同的分裂，许多工程实例证明，在低碳源条件下，相应的填料同时硝化、反硝化效果良好。立方体填料能培养9-10公斤的生物膜，因此可以投入不同比例的填料，将污泥浓度提高到6000-10000 mg/L。填充物在曝气池中流态化，冲突频繁，大大提高了生物处理三要素(微生物、溶解氧、有机污染物)之间的传质效率。填料经过特殊的表面粗糙度处理和结构形式，挂膜比较容易。由于特殊比重结构，可以随着水流持续通过曝气和非曝气区，交替完成生物膜的生长和退出过程，保证生物膜数的稳定性和活性，保证工程的稳定运行。填料在水中处于流态化状态，气泡在上升过程中反复切割，改变气泡上升的途径和速度，使填料表面的微生物与水的空气充分接触，提高氧气的利用率，节约能源消耗。填料可以直接放置在生物反应池中，不需要安装填料支架。填料更换时可以停止曝气，填料可以浮在表面，捞出到口袋里，避免了其他类型的填料更换时需要清空生物氧化池的麻烦。工程应用案例与活性污泥工艺相比，泥浆年龄长，可以大大减少污泥生产，减少污泥处理成本。三种新开发的同步反硝化悬浮填料(4)其他类型的悬挂填料还有在上述多个市场上常见的填料和通过特殊工艺加工的填料。多红等以13X分本身为基本原料，使用三氯化铝和硅酸铝作为粘合剂、聚乙烯醇和可溶性淀粉作为增稠剂，硅藻土在100 110干燥后在260 300 焙烧，形成直径1 1.5厘米的球形悬浮填料，试验结果表明，这种悬浮填料对生物膜的生长形成非常有利。王小军等在普通塑料中添加水溶性高分子材料，经过亲水改性，制成亲水性塑料悬浮填料。陈月房等将现有悬浮填料和沸石有机结合，制作了表面为普通填料的2 3倍、易悬挂膜的新型沸石结合填料。天钢等以0.95 1.05g/cm3的非织造布为材料，提出了用圆、正多边形或圆柱形热熔法加固的新填料。2、中国污水处理反应填料和载体技术与国际先进水平的差距、主要问题和解决方案近10年来，悬浮填料生物膜工艺在生活污水、工业废水、微污染源水和其他处理领域几乎所有悬浮填料的外观都有了快速发展，可以说，悬浮填料可以引入到所有废水生物处理工艺中，悬浮填料的应用将越来越广泛。悬浮填料的主要问题是挂膜问题。米酒难或米酒不结实是很难解决的问题。因为目前国内市场的悬浮填料主要由聚乙烯、聚丙烯等材料制成。因为这两种材料的表面都倾向于电负性，微生物表面通常有负电，填充表面对微生物附着不利。此外，目前市场上的嵌入式填料存在挂膜堵塞问题，填料挂膜堵塞导致生物膜活性降低，影响了整个系统的处理效率。再一次，价格问题仍然是影响现行填料应用的主要因素。特别是性能优良的部分填料价格昂贵，一般中小型污水处理厂难以承受。因此，开发性价比适宜的包装产品将成为普及悬浮包装技术的关键。最后，由于悬浮填料的广泛市场前景，悬浮填料的开发变得活跃，各种新型悬浮填料的诞生继续进行。为了规范悬浮包装产品市场的有序发展，国家于2006年公布了悬浮包装产品技术标准，并规定了产品的定义、命名、分类及部分物理特性。但是，涉及悬浮填料产品性能的关键技术指标(如表面悬挂薄膜性能)没有直接的技术规定，缺乏对填料选择的技术指导，因此，迫切需要能够测量填料生物性能的评价指标和相关快速测量方法。3、国内外污水处理反应填料和载体技术发展趋势未来悬架填料的开发和包装技术的发展将主要集中在以下几个方面(1)填料的研究。目前使用的填料强度低，容易磨损，需要经常更换。今后要开发更便宜、寿命长、容易挂胶卷的材料，制作填料。此外，填料的化学性质、生物膜剥离机制也需要在填料中设计不同的结构区域，以适应不同微生物群体的生长，进一步研究，实现硝化和脱硝的高效运行。(2)减少能源消耗。填料的完全流态化需要增加曝气量，因此要优化填料的最佳渗透率、空气-水比等，优化配方装置，以满足使用要求，同时尽量减少电力成本投入。(3)悬浮填料生物系统具有丰富的生物相，生物量大，因此，为了优化处理，其他工艺在实际工程中需要结合很多。(4)反应动力学研究。悬浮填料既有生物膜又有悬浮液的生物学特性，需要通过小、中、大等各种实验收集数据来测量力学常数，并建立动态表达式，为系统的设计运行提供依据。(5)形成生物系统的大规模生产能力。城市污水处理场大规模升级改革开发的新产品及技术应用污水处理总规模达400万m3/d。4、中国污水处理反应填料和载体技术优势技术我国在部分大学、研究机关、企业的积极努力下，污水处理反应充电剂和载体领域也取得了巨大的成果。1991年，北京环境保护科学研究院的田刚发明了用于处理生物流化床的新生物载体的专利。上世纪90年代中期，北京桑德环境技术开发公司开发的SNP悬浮生物是更典型的悬浮生物。这种独特的立体结构在单位生物体中同时具有有氧、缺氧、厌氧三种微环境，可以进行有机物的有氧分解、氮化物的硝化、磷的吸收、厌氧水解、