生物膜技术中的填料.doc

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1、生物膜技术中的填料在生物膜法水处理中，填料是微生物赖以栖息的场所，影响着微生物的生长、繁殖、脱落和形态。填料有切割、阻挡气泡和吸附的作用，加快氧的转移速率，提高传质效果。填料选型研究关系到污染物的去除效果和投资费用。生物填料是生物膜水处理技术的核心之一，目前生物填料种类繁多，按常用的安装方式分为固定式(主要有蜂窝状和波纹板状硬性填料)、悬挂式(包括软性填料、半软性填料、组合填料和弹性填料)和分散式(散堆式和悬浮式填料)等几种类型。生物填料主要以聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯或聚酯等高分子材料为原材料而制成。在实际应用中，人们发现以这些材质制成的填料，其亲水性能(材料表面吸附水分的能力)

2、和生物亲和性(生物相容性与生物活性)较差，导致生物填料表面润湿、传质性能和微生物附着生长特性欠佳，在微生物挂膜启动速度、挂膜量、膜与填料的紧密度及微生物细胞活性和氧利用率等方面存在不足。近年虽有对聚丙烯材质的化工塔填料进行表面氧化腐蚀或糙化处理等来改善填料表面润湿性能的报道，但对水处理用的生物填料来说，其生物亲和性等仍未得到明显改善。而聚丙烯为非极性高聚物，表面自由能低，液体在其表面较难成膜，故其润湿性能差。聚乙烯醇和硬脂酸(硬脂酸具有良好的生物相容性，除同时改善生物亲和与亲水性外，还起类似于偶联剂的作用)中含有亲水基团，将它们添加到聚丙烯填料中后，可明显改善其亲水性能。但是不同

3、的填料其价格差异很大(见下表)，高价的原因致使一些效果好的填料无法在天然大水体中广泛应用。表2-1国内各种填料的价格参考表填料规格(mm)材质参考价格(元/m2)玻璃钢蜂窝填料D20～D36玻璃钢400～600软性填料束距60～80纤维长120～160维纶70～80半软性填料单片直径120～160变性聚乙烯250～300塑料蜂窝填料D20～D30硬聚氯乙烯450～700组合式填料束距60～80纤维长120～200聚乙烯150～250无纺布悬浮填料直径11聚丙烯200～250填料的大小、孔隙率、均匀性和浸润性以及力学、化学和生物稳定性都有严格的要求。一种良好的填料必须具有大的比表面

4、积，大的吸附容量，易于传送氧气和营养物质等优点，同时也应具价廉、耐磨和易装卸等特点。因此，对于制成悬浮填料的材料有如下要求。(1)密度应接近于水填料密度过大，造成其悬浮困难或能耗过高；但若密度过小，又不易维持其在反应器中的一定流态；而密度接近于1的填料在正常的曝气强度下极易全池流化，能耗较低。悬浮填料的密度在0.95～0.998g/cm3之间比较适合)。(2)优良的稳定性由于布设后在水体中发生的污染物转化过程涉及物理化学、生物化学及能量传递的错综复杂的过程，其反应过程所涉及的也是一个复杂的多元体系。因而，做悬浮填料的材料必须具备足够的稳定性，以免发生溶解或参与其中的各种反应，导致

5、自身的消耗。填料材料的稳定性主要包括生物稳定性、化学稳定性和热力学稳定性等几个方面。常用材料聚丙烯、聚乙烯等聚烯烃类材料都能达到这些要求。生物挂膜试验表明聚丙烯比聚乙烯挂膜快且均匀，且膜生物量大。(3)无毒性污水处理系统中，由细菌、霉菌、酵母菌、藻类等大量微生物和一些原生动物(如盖纤虫、变形虫等)和小型后生动物(如小口钟虫、等枝虫、轮虫、线虫等)构成的生物膜网状结构，具有很强的吸附和氧化分解有机物的能力。细菌多数以菌胶团的形式存在，只有少数以游离态存在，菌胶团是主体，具有黏性，能使水中的有机物黏附在颗粒上，然后加以分解利用。为菌胶团原生物及丝状细菌提供了栖息和生活场所，其中的细菌

6、具有很强的分解有机物的能力，而且由于菌体细胞包埋在胶质中，可避免被原生动物吞噬。该工艺中细菌类群随不同污水而呈现不同的优势菌群，如菌胶团属、假单孢菌属、芽孢杆菌属、八球菌属、螺菌属等。污水中丝状细菌有球衣细菌、放线菌、白硫细菌属、球衣细菌附着在菌胶团上或菌胶团交织在一起成为其骨架，球衣细菌在含有机物较低的污水中出现，对有机物有很强的分解能力。(4)良好的表面带电特性填料表面的带电特性是否合适主要表现在其表面所带电荷是否有利于微生物的固定化过程。由于在一般的生物处理过程中，所处的环境的pH值多在7.0左右，此时的微生物表面带负电荷，因而若选择表面带有正电荷的材料作载体，则不仅有利于

7、附着或固定化过程的快速完成，也有利于提高微生物与填料之间的结合的强度。目前常用的填料材料大多是PE、PP等，表面倾向于带负电，不利于微生物附着。若对这些物质的表面进行适当的表面处理(化学氧化，低温等离子转型处理)，使其表面带有正电荷，则可以达到提高固定化速率的目的。(5)具有一定的亲水性在生物膜反应器中，填料的亲水性对微生物的挂膜性能及挂膜后生物膜的性能有影响：填料的亲水性越强，其污水好氧处理效率越好，抵抗气流的冲击能力越强，挂膜越牢固，生物膜越不容易脱落，从而使反应器内能保持更