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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已經(jīng)成為我國社會、經(jīng)濟發(fā)展的重要制約因素，為了使廢水作為水資源進一步回用于生產(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。
自20世紀(jì)80年代以來，曝氣生物濾池(BAF)受到人們的廣泛關(guān)注，現(xiàn)已成為國內(nèi)外研究的熱點。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捕食作用，實現(xiàn)去除水中污染物的目的，同時利用反應(yīng)器內(nèi)好氧、缺氧區(qū)域的存在，實現(xiàn)脫氮除磷的功能。
2、曝氣生物濾池(BAF)——特點
BAF特點：該技術(shù)具有出水水質(zhì)好、水力停留時間短、占地面積小、投資及運行費用低、抗沖擊負(fù)荷能力強和管理方便等優(yōu)點，是一種環(huán)保、經(jīng)濟、高效、節(jié)能的污水處理新技術(shù)，能實現(xiàn)水資源可再生及持續(xù)利用，非常適合于我國污水處理方面所面臨的水資源短缺、資金不足、技術(shù)相對落后的現(xiàn)狀，應(yīng)對其加大研究和開發(fā)力度。同時可以查看中國污水處理工程網(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，其對曝氣生物濾池處理效果和運行控制極為重要。
首先，填料作為微生物的載體，影響著生物膜的生長、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所，且能對水流有強制性的紊動作用，使廢水能夠再分布；
另外，填料作為去除懸浮物的介質(zhì)，其過濾性能又影響著曝氣生物濾池對懸浮物的去除效果。
二、生物濾料的種類及特點
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，可分為無機填料、有機高分子填料。
常用的無機填料有：陶粒、焦炭、石英砂、活性炭、膨脹硅鋁酸鹽等)；
有機高分子填料有：聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯PE、各類樹脂，塑料(包括各類泡沫材料)，纖維
2.生物填料的特點
①粒狀填料：這是最早出現(xiàn)沿用至今的填料，材質(zhì)為無機的陶?；蚴⑸?。這類填料的主要特點是表面粗糙，易于附著生物，截留懸浮污染物的能力強，缺點是阻力大，容易堵塞。
②不規(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，特點是結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，但流體分布不均；
③玻璃鋼或塑料填料：表面光滑，生物膜附著力差，易老化，在實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，進而在結(jié)球的內(nèi)部產(chǎn)生厭氧作用，影響處理效果；
④活性炭粒：比表面積大，孔隙多，但價格昂貴，且由于表面孔隙尺寸太小，大多數(shù)微孔微生物不能利用；
⑤塑料纖維類填料：質(zhì)輕，堅硬，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；
⑥蜂窩狀或波紋板狀填料：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)點是空隙率高，結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)輕但強度高，防腐性能好，衰老生物易于脫落等主要的缺點是生物在填料表面的生長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；
⑦球形輕質(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：強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。
三、填料對曝氣生物濾池效能的影響
1、填料粒徑的影響
填料粒徑對曝氣生物濾池的處理效能和運行周期都有重要影響，填料粒徑越小時處理效果越好，但填料粒徑較小時，濾池容易堵塞，運行周期相對較短，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考慮濾池的處理效能和運行周期，根據(jù)濾池進水水質(zhì)和處理要求進行優(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度的大小，密度越大，反沖洗強度越大，則需要的能量消耗越大；因此在選擇生物濾池填料時，需測定各種填料的密度。有廢水需要處理的單位，也可以到污水寶項目服務(wù)平臺咨詢具備類似污水處理經(jīng)驗的企業(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)，但同時增加的污水提升揚程和反沖洗強度，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
①球形輕質(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，掛膜快，與廢水中營養(yǎng)物質(zhì)接觸后，傳遞速率高，吸附氧化速度快，處理效率高。
②粉煤灰陶粒：粉煤灰陶粒一般呈球形，表面粗糙堅硬，內(nèi)有許多微孔，呈蜂窩狀。粉煤灰陶粒及制品的優(yōu)勢主要在于性能優(yōu)良、經(jīng)濟效益好、施工適應(yīng)性強和應(yīng)用范圍廣等四個方面。
③納米改性陶粒：納米粉末顆粒分散相具有大的比表面積和強的界面效應(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。
④韓國EPP填料：該填料是通過把聚丙烯樹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，因此具有較強的有機物吸附能力以及適合微生物生長的多孔性。
⑤污水廠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、對廢水的處理效率高的特點。
另外，由于在污泥中含有多種微量元素，對微生物的生長具有很好的促進作用，因此易于掛膜，對工業(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，同時存在骨架之間的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)上進一步證明了符合BAF的填料的要求。
該項科研成果已經(jīng)在山東東信環(huán)保設(shè)備工程有限公司成功地實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，其生產(chǎn)能力達到了兩條生產(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。