水处理中的高分子材料——环保生物填料

生物膜法

生物膜法最早起源于十九世纪九十年代的英国，由于其尝试将污水喷洒在粗滤料上进行污水净化实验，获得了良好的效果，并开始逐渐用于污水处理并在欧洲国家得到迅速应用，生物滤池法由此而来。

到了六十年代，由于新型合成材料的大量生产和环境保护对水质要求的进一步提高，生物膜法又获得了新的发展。生物转盘是由原联邦德国所开创的一种污水生物处理技术。生物转盘初期用于生活污水处理，后推广到城市生活污水污水处理和有机工业废水的处理，处理规模也不断扩大。当前，生物转盘处理技术已被认为是一种净化效果好、能源消耗低的生物处理技术。

20 世纪 70 年代初，生物接触氧化工艺在日本、美国得到了迅速的发展和应用，广泛应用于生活污水和食品加工等工业废水的处理，此外，还用于地表微污染水的生物预处理。生物接触氧化法处理技术可以分为两种：

(1)在池内填充填料，已经充氧的污水浸没全部填料并以填料充分接触，污水与填料上布满的生物膜广泛接触，在生物膜上微生物新陈代谢功能的作用下，污水中的有机物得到去除，因此又称为“淹没式生物滤池”;

(2)采用与曝气池相同的曝气方法，向微生物提供所需的氧气(O2)并起到混合搅拌的作用，这种方式相当于在曝气池内填充微生物栖息的填料，因此又称为“接触曝气法”。

生物膜的构造及其净化原理

在污水处理构筑物内设置微生物生长聚集的载体(一般称填料)，在氧气充足的情况下，污水接触填料表面一段时间后，微生物在填料表面附着形成生物，这是生物膜法处理污水的初始阶段，亦称为挂膜。对于不同生物膜法及处理不同类型的污水，挂膜的时间长短不一，通常需要15~30天;对于城市生活污水，在常温条件下，挂膜大约需 30 天。

生物膜的内部构造自滤料向外可分为厌氧层、好氧层、附着水层、运动水层。当污水以一定的流速流过填料时，生物膜中的微生物吸收分解水中的有机物，使污水得到净化，同时微生物也得到增殖，生物膜随之增厚。当生物膜增长到一定厚度时，向生物膜内扩散的 O2 受到限制，其表面仍是好氧状态，而内层则会呈缺氧甚至厌氧状态，并最终导致生物膜的脱落。随后，填料表面还会继续生长新的生物膜，周而复始，使污水得到净化。

生物接触氧化工艺

生物膜法中有生物滤池、生物转盘、生物流化床和生物接触氧化工艺等。生物接触氧化工艺是生物膜法中运用较为广泛的一种生物处理方法，其技术实质是在曝气生物反应池内添加填料，污水浸没全部填料，并与填料充分接触。在填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接触，利用生物膜上微生物的新陈代谢的作用下，高效地去除污水中的有机污染物。

接触氧化池是生物接触氧化的核心构筑物，共分为四部分，包括池体、填料、布水装置和曝气系统。这里面的填料就是我们常提到的生物填料。

生物填料

生物填料是污水处理中最常见的一种材料，可以作为微生物负荷的载体，对于氧的利用率、氧化池中微生物的数量、生物膜的接触状况好水流条件起着十分重要的作用。生物填料被安装在接触氧化池内为微生物提供栖息和生长的场所，同时能固定微生物的固体介质或载体。基于此，生物填料具备以下作用：

(1)为微生物的生长与繁殖提供稳定的生存环境;

(2)提供微生物和污/废水充分接触并降解污染物的场所;

(3)增大了污/废水和生物填料的接触面积，提高了污染物去除效果;

(4)生物填料大幅度提高了反应器内生物量，并保持微生物活性。

生物填料的特性及发展

综合各方面因素，理想化生物填料应尽量具备以下特性：

(1)具有优异吸附性能，即比表面积大、孔隙率丰富、传质效果好。优秀的吸附性能可以极大幅度的提高反应器内生物量，同时，丰富的孔隙率有利于营养物质的传输，进而保证了出水水质的稳定和剩余污泥量的减少;

(2)具备较高的拉伸强度、耐腐蚀性和化学稳定性。高拉伸强度有利于在使用过程中不发生断裂等现象。耐腐蚀性和化学稳定性的生物填料不易溶出有毒有害物质，无二次污染;。

(3)具备良好的亲水性和生物亲和性。生物亲和性的提升有利于微生物在生物填料的附着与生长。生物填料应用于污/废水中，亲水性有利于其表面保持湿润，进而利于微生物的富集;

(4)制作简单，原材料易获取，便于运输与安装。

生物填料的发展历史，从形状角度分析，生物填料的发展是从颗粒状向纤维状转变;从材质的选择角度，生物填料是从天然向合成转变的。

综上，使用生物亲和性好、亲水性、比表面积大和耐腐蚀的新型生物填料是大势所趋。