陶粒滤料在生物曝气滤池中的基本原理及特点

资源性短缺和水环境污染造成的水资源危机已经成为我国社会、经济发展的重要制约因素，为了使废水作为水资源进一步回用于生产或生活之中，工业废水和生活污水的深度处理技术成为水处理界研究的热点。
自20世纪80年代以来，曝气生物滤池(BAF)受到人们的广泛关注，现已成为国内外研究的热点。它作为一种新型的生物膜污水处理技术，在污水有机物去除、脱氮除磷及工业废水处理等方面都有很好的应用。

一、曝气生物滤池(BAF)
1、曝气生物滤池(BAF)——基本原理
BAF基本原理在于以颗粒填料为介质，通过附着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链分级捕食作用，实现去除水中污染物的目的，同时利用反应器内好氧、缺氧区域的存在，实现脱氮除磷的功能。
2、曝气生物滤池(BAF)——特点
BAF特点：该技术具有出水水质好、水力停留时间短、占地面积小、投资及运行费用低、抗冲击负荷能力强和管理方便等优点，是一种环保、经济、、节能的污水处理新技术，能实现水资源可再生及持续利用，非常适合于我国污水处理方面所面临的水资源短缺、资金不足、技术相对落后的现状，应对其加大研究和开发力度。同时可以查看中国污水处理工程网更多技术文档。
3、曝气生物滤池(BAF)——填料
在曝气生物滤池中，填料是核心组成部分，其对曝气生物滤池处理效果和运行控制为重要。
首先，填料作为微生物的载体，影响着生物膜的生长、繁殖、脱落、形态及空间结构，为微生物提供栖息和繁殖的稳定环境，并能保持较多的微生物量；
其次，填料是反应器中生物膜与废水接触的场所，且能对水流有强制性的紊动作用，使废水能够再分布；
另外，填料作为去除悬浮物的介质，其过滤性能又影响着曝气生物滤池对悬浮物的去除效果。
二、生物滤料的种类及特点
1、生物滤料的种类
曝气生物滤池所用填料，根据其采用原料的不同，可分为无机填料、有机高分子填料。
常用的无机填料有：陶粒、焦炭、石英砂、活性炭、膨胀硅铝酸盐等)；
有机高分子填料有：聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯PE、各类树脂，塑料(包括各类泡沫材料)，纤维
2.生物填料的特点
①粒状填料：这是早出现沿用至今的填料，材质为无机的陶粒或石英砂。这类填料的主要特点是表面粗糙，易于附着生物，截留悬浮污染物的能力强，缺点是阻力大，容易堵塞。
②不规则粒状填料：早期有拉西环(RaschingRing)鲍尔环(PallRing)，目前常用的有哈凯登球(Hacketten)和多面空心球等，可用陶瓷石墨、塑料或金属制成，特点是结构简单，价格低廉，但流体分布不均；
③玻璃钢或塑料填料：表面光滑，生物膜附着力差，易老化，在实际使用中往往容易产生堵塞。软性填料中的水流流态不理想，易产生结球现象，使其表面积大为减小，进而在结球的内部产生厌氧作用，影响处理效果；
④活性炭粒：比表面积大，孔隙多，但价格昂贵，且由于表面孔隙尺寸太小，大多数微孔微生物不能利用；
⑤塑料纤维类填料：质轻，坚硬，但表面光滑，空隙率小，不易挂膜；纤维类填料一般都存在易结块及装填困难等不足；
⑥蜂窝状或波纹板状填料：材质通常为玻璃钢或塑料(聚乙烯聚苯乙烯和聚丙烯等)，其主要的优点是空隙率高，结构简单，质轻但强度高，防腐性能好，衰老生物易于脱落等主要的缺点是生物在填料表面的生长与脱落平衡不易控制，填料内难以得到均一的流速球形轻质陶粒；
⑦球形轻质陶粒：是采用粘土为原材料，加入适当的化工原料作为膨胀剂，经高温烧制而成。它具有其它传统填料所不具有的诸多优点：强度大孔隙率大比表面积大、化学稳定性好、密度适宜、生物附着性强。
三、填料对曝气生物滤池效能的影响
1、填料粒径的影响
填料粒径对曝气生物滤池的处理效能和运行周期都有重要影响，填料粒径越小时处理效果越好，但填料粒径较小时，滤池容易堵塞，运行周期相对较短，需频繁反冲洗，且不易发挥填料深层的作用因此曝气生物滤池选用填料需要同时考虑滤池的处理效能和运行周期，根据滤池进水水质和处理要求进行优化选择。
2、填料的密度
生物滤池填料的密度大小关系到生物滤池反冲洗强度的大小，密度越大，反冲洗强度越大，则需要的能量消耗越大；因此在选择生物滤池填料时，需测定各种填料的密度。有废水需要处理的单位，也可以到污水宝项目服务平台咨询具备类似污水处理经验的企业。
3、填料层高度
滤层高度与出水水质有关，在一定范围内，增加滤层高度可提高滤池的处理效果保证出水水质，但同时增加的污水提升扬程和反冲洗强度，将导致能耗升高。
四、新型填料——生物陶粒
1、生物陶粒的种类
①球形轻质陶粒：采用粘土(主要成分为偏铝硅酸盐)为主要原料，加入适当化工原料作为膨胀剂，经高温烧制而成。此陶粒易于微生物生长，挂膜快，与废水中营养物质接触后，传递速率高，吸附氧化速度快，处理效率高。
②粉煤灰陶粒：粉煤灰陶粒一般呈球形，表面粗糙坚硬，内有许多微孔，呈蜂窝状。粉煤灰陶粒及制品的优势主要在于性能优良、经济效益好、施工适应性强和应用范围广等四个方面。
③纳米改性陶粒：纳米粉末颗粒分散相具有大的比表面积和强的界面效应，附着于陶粒填料表面和内部孔隙表面，为反应器的挂膜和启动提供高的粗糙度，从而提高细菌的增殖速度和生物膜的形成速度。
④韩国EPP填料：该填料是通过把聚丙烯树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，再将该母料经过挤压膨胀制造出膨胀聚丙烯填料。由于填料中含有粉末活性炭，因此具有较强的有机物吸附能力以及适合微生物生长的多孔性。
⑤污水厂污泥及河道底泥类填料：以污水厂污泥或河道底泥为主要原料，以粘土、水玻璃为添加剂，制备的新型污泥填料。其对氨氮、COD、浊度等去除效果均优于普通陶粒，符合生物膜载体的要求，并开创了污泥资源化的又一途径。
2、适用于生物滤池填料的性能指标
一般应用于BAFs的陶粒，选择的依据是：
1、粒径5mm以上(粒径越小，越产生堵塞)；
2、堆积密度一般在500~800kg/m?之间(不可漂浮在水面上，并且取决于BAFs的上流速度)；
3、吸水率越高越好；
4、有一定的抗压强度(2.5Mpa以上即可)；
5、球度系数在0.95以上；
6、颜色不是确定陶粒质量好坏的标准；
7、比表面积好是8.0㎡/g(越大越好)；
8、掉渣率小于0.5%；
9、盐酸可溶率小于1%。
五、生物污泥陶粒
山东大学出了“污泥生物陶粒”生产技术，成功地制备出了新型曝气生物滤池填料——污泥生物陶粒。
在研究中发现，污泥生物陶粒同商业陶粒相比具有空隙率高、比表面积高、对废水的处理效率高的特点。
另外，由于在污泥中含有多种微量元素，对微生物的生长具有很好的促进作用，因此易于挂膜，对工业废水和生活污水等具有更高的脱氮除磷和COD的去除效率。
污泥生物陶粒内部孔隙异常发达，同时存在骨架之间的300~600μm的大孔和骨架内部的30~50μm的小孔。骨架之间的大孔可以为厌氧或者兼氧微生物的生长提供环境，并且提高陶粒的比表面积，骨架内部的小孔与外部大空基本上没有连通，主要起到降低陶粒自重的作用。
此种污泥生物陶粒在微观结构上进一步证明了符合BAF的填料的要求。
该项科研成果已经在山东东信环保设备工程有限公司成功地实现了工业化生产，其生产能力达到了两条生产线的规模，已经生产出了适用于曝气生物滤池的性能良好的污泥生物陶粒。