生物填料在污水处理中的应用及发展方向分析

陆泉清 沈国权 孙继芳

摘 要：文章针对生物填料在污水处理中的运用，首先介绍生物填料的常见类型，明确其在污水处理中的有效作用，其次从优化生物填料性能、生物填料表面改性、生物填料共混改性三个方面，论述生物填料的实际应用，并且总结在今后发展方向，认识到污水处理工作的必要性，以期能够发挥生物填料作用，提高污水处理效果。

关键词：生物填料;污水处理

0 引言

当前我国城镇化进程越来越深入，环保排放标准也越来越严格，并且城市中的污水处理工作也得到社会的广泛关注，尤其是污水处理中导致的恶臭污染问题。对此，当前主要采用掩蔽法、吸附法、吸收法等多种工艺，方法不同，使用范围与优势也存在差异。

为了满足污水处理绿色、环保的特点，采用生物填料方面需要考虑的因素比较多，下面也针对这一问题展开分析。

1 生物填料类型

生物填料属于一种微生物载体，气液传质介质在生物除臭系统中是非常重要的一部分，其性能决定生物除臭系统运行成效。质量高的生物填料应该同时具备如下条件：第一，比表面积大;第二，孔隙率高;第三，亲水保湿性能强;第四，酸碱缓冲性能好;第五，机械强度高;第六，耐酸碱腐蚀性、耐老化性能强，使用期限长;第七，成本低。根据生物除臭研究与污水处理一直以来的实践，生物除臭中采用的填料类型越来越多，按照不同的填料材质与营养源，主要有有机填料、无机填料、有机无机混合填料这三种类型。其中有机填料和有机无机混合填料在实际应用中，可以同时当作微生物载体与营养源，但是无机填料只能作为惰性填料，即微生物附着提供载体得到运用。

2 污水处理中生物填料的应用

2.1 优化生物填料性能

如果将填料当作生物载体使用，那么其本身并不具备去污性能，填料最为基本的功能是微生物附着生长表面积、悬浮生长空间中，有效截流所有的悬浮物质、切割气泡。因此，为了保证污水处理中生物填料的应用效果，需要注意以下几点：首先，水力特性角度，有效比表面积与孔隙率大，降低水流阻力，提高分布均勻性与流速的均一性;其次，外观形状角度，保证规范性、尺寸均一性，提高表面粗糙度与亲水性生物亲和性;再次，耐酸性与耐碱性强，避免化学物质严重侵蚀与微生物分解导致的破坏，以免在生物填料应用环节对周围环境造成二次污染;最后，经济性角度，除了具备持久耐用性外，还要对生物填料的货源、价格、运输、安装等因素予以考虑。

当前市场中的生物填料，更多是采用聚丙烯、聚乙烯、聚酯等制作而成，在污水处理中运用，塑料填料亲水性、生物亲和性欠佳，致使挂膜速度、挂膜量、膜与填料之间的紧密度需要优化。生物填料亲水、生物亲和改性处理，在其中掺加一些有利于微生物代谢活动的物质，能够有效提升生物填料传质、挂膜、水处理等诸多性能。

2.2 生物填料表面改性

2.2.1 表面亲水化

生物填料表面进行亲水化处理，一般是在填料表面掺加极性亲水基团，其中包括轻基和烷基硫酸酯，比较常用的方法为液相化学法。该方法氧化性溶液、填料表面之间会形成强烈化学反应，掺加亲水基团有利于提升填料表面极性，优化润湿性。除了液相化学法改性表面亲水化之外，也可以运用物理表面涂覆改性、原子力显微镜探针振荡这两种方法。

2.2.2 表面带电改性

微生物生长状态下表面存在负电荷，所以在污水处理中往往会采用生物膜载体表面处理技术，使得载体表面能够带上正电荷，尽可能的缩减微生物、载体之间形成的斥力作用，提高微生物附着、固定效率。第一，选择化学氧化--铁离子覆盖技术。该技术在实际应用中，完成处理的载体表面上附着的Fe/C原子比高达0.05，原子表面是正电性，在颗粒状载体表面处理领域比较常用，其中一次处理量至少可达到百公斤。另外，经过实践得知，Fe3+的改性填料在原本挂膜时间的基础上缩短，而挂膜量也得到提升;第二，化学氧化--表面接枝技术。通过实践应用发现该技术氧化之后PE表面的官能团数量增加。受到低温等离子体处理影响，载体表面负电子基团数量也相应增加。为了达到表面带正电的效果，采用FeCl3溶液进行处理，最终结果显示完成处理之后，载体表面的Fe/C原子比在0.O5～0.1区间范围内;第三，有机多价正离子吸附技术。有机正离子很容易被吸附至负电性填料表面上，并且转换成为弱键，因此被吸附有机多价正离子其余正电基团，和微生物表面带有的负电基团发生作用，使微生物附着与固定流程加快。

2.3 生物填料共混改性

2.3.1 亲水改性

聚丙烯内部掺加亲水性物质，如聚乙烯醇，普通塑料内掺加水溶性高分子物，而PP填料内部则掺加表面活性剂，达到降低PP表面接触角、提升亲水性的效果。亲水改性方法的应用，使得弹性填料在污水处理期间的处理效率得到提升，尤其是厌氧生物处理中与好氧生物处理两个方面，采用亲水改性的方法也可以提升生物填料挂膜的效率。

2.3.2 生物亲和改性

这种生物亲和改性主要为生物本身所具有的相容性，生物亲和性能极佳的物质，对于生物体而言并不含毒，经过新陈代谢实现生物的吸收与降解。例如可以在生物填料内掺加轻基磷灰石与海藻酸钙等物质，便可以达到生物亲和改性的效果。

2.3.3 磁化改性

受到弱磁场的影响，反应器内部所有有机污染物利用磁力键、磁力与磁致胶体效应，采用磁聚、吸附等形式，可以出现在磁性生物填料的表面。氧本身属于一种顺磁性物质，如果在曝气状态下，会受到磁场作用的影响，被吸附至生物填料周围，导致填料表面氧浓度提升，对于好氧生物繁殖有一定的促进效果。

3 污水处理生物填料的发展方向

第一，亲水亲和性能得到提升。为了达到填料悬浮的效果，在当前的污水处理中填料材料主要是以塑料为主，但是塑料这一材质的表面亲水亲和性能较差，且挂膜速度不高，会对最终处理效果造成影响。在表面改性之后，填料承受气液比、污染物负荷、气流水流冲击不断提升，废水生物接触氧化的效率也随之提高;第二，生物与环境友好性得到优化。针对天然高分子降解材料进行研发的过程中，发现了以淀粉、蛋白质等为代表的材料，这种天然高分子材料具有较好的传质性，并且无毒，但是强度较低。填料生物亲和性能极佳，不会带来毒害的问题，可以规避污水处理中的二次污染现象;第三，工业固废利用率更高。污水处理的过程中，固体废弃物产量难免会提升，对于这种固体废弃物的处理，是环境污染的重要原因之一。通过研究发现，固体废弃物配比之后烧制成为陶粒填料，可以实现工业固废的二次利用，不仅不会对周围环境造成污染，还可以大量消耗处理难度大的活性污泥、粉煤灰等，使得生物填料生产成本降低。

4 结束语

综上所述，生物填料在污水处理中的应用，可以将生物填料进行表面改性处理，通过化学、物理方法，填料的表面接枝运用官能团，可以优化填料挂膜性。另外，生物填料具有本体改性的特征，其中涵盖共混、氯化与共聚等几种形式，比较常见的为共混改性。由此可见，污水处理中应用生物填料，可以有效提升处理效果与效率，避免污水处理对周围环境的影响。

参考文献：

[1]张杨明稼，谯华，方振东，郑雅伟，谢应权.基于填料技术的村镇生活污水脱氮处理研究进展[J].当代化工，2019， 48（01）：107-110.

[2]李亚峰，李旭光，单连斌，赵勇娇，魏春飞，张磊，王允妹.不同填料对AA-MBBR系统处理效果及菌群多样性影响[J].工业水处理，2019，39（01）：73-77.

作者简介：

陆泉清（1966- ），男，汉族，浙江平湖人，本科学历，桐乡市小老板特种塑料制品有限公司，常务副总，工作及研究方向：企业管理。

沈国权（1982- ），男，汉族，浙江桐乡人，大专学历，桐乡市小老板特种塑料制品有限公司，技术副总，工作及研究方向：技术管理、开发。

孙继芳（1978- ），男，汉族，浙江桐乡人，桐乡市小老板特种塑料制品有限公司，人事行政部经理，研究方向：技术开发。