立體網(wǎng)狀填料的特性與應(yīng)用
摘要：填料是污水處理工藝中常用的生物膜載體，其性能好壞直接關(guān)系到污水處理的效果與成本，本文 著重介紹了整體安裝型立體網(wǎng)狀填料的性能，并與其它型填料進行比較，列出了試驗及實際運行參數(shù)，供 使用中參考。
關(guān)鍵詞：立體網(wǎng)狀填料；特性；應(yīng)用
1概述
在活性污泥法污水處理中，最大的問題是具有良好沉降性的活性污泥之維護管理問題。為了使池內(nèi)水中活性污泥的濃度>2100mg/L以上，大多數(shù)污水處理工藝中都選擇污泥回流方式，回流量為50％～100％，此種方式無疑都消耗了很大能量。盡管如此，活性污泥的膨脹和流失仍時有發(fā)生，污泥隨水排出，從而導(dǎo)致處理水質(zhì)惡化。為了解決這一問題，長久以來人們就試圖把液體中的浮游微生物(活性污泥)固定下來，固定載體(填料)隨著時代的發(fā)展、科學(xué)的進步也在不停地改進。從載體的結(jié)構(gòu)特征以及演變過程，可以分成以下幾類：
1.1固定型填料
這是最早期的載體，在被處理的水體中載體處于固定不動狀態(tài)。例如樹枝、竹條、卵石、爐渣、重質(zhì)陶粒等。有的由于堆積密度大，孔隙率小，易堵塞，清洗不便；有的比表面積小，掛膜量少。此種填料目前用量不多，僅在特殊的生物濾池中尚有使用。
1.2懸浮型填料
為了使載體的堆積密度小，比表面積大，易于清理，開發(fā)出了在被處理的水體中處于懸浮、流化狀態(tài)的填料，以球形和短柱形居多。例如：多面球、齒面球、絲狀球、桑德球、泡沫球、輕質(zhì)陶粒、鮑爾環(huán)等等。這些填料的共同優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，比表面積大，填充率一般為70％左右。懸浮球在水中上下左右滾動，不易堵塞，能使氣、水和生物膜得到充分的混滲接觸交換，且使生物膜有良好的新陳代謝和不粘連、不結(jié)團。但在運行中最大的缺點是懸浮球被空氣吹浮的過程中往往擠成一堆，很難作到填料在池中均勻地懸浮。這樣池內(nèi)形成了許多死角，造成厭氧狀態(tài)，生物膜變黑，不利于污水的硝化反應(yīng)。設(shè)計中想用繩網(wǎng)將池分成小格，限制懸浮球亂跑，但實際應(yīng)用中繩網(wǎng)安裝制作均有困難，尚未見到成功范例。
1.3懸掛型填料
指安裝時把填料兩端分別拴扎在各種類型支架上使用的填料，例如軟性填料、半軟性填料、組合填料、彈性立體填料、自由擺動填料等。由于其結(jié)構(gòu)簡單、造價低、比表面積大，不易堵塞，耐沖擊負荷等優(yōu)點，幾乎占領(lǐng)了目前絕大部分的污水生物處理填料市場。但是這些填料最大的問題是填料支架的腐蝕倒塌、填料中心繩的互撓斷裂以及無法入池維修造成填料報廢。市場上出售的產(chǎn)品如半軟性填料的模片厚度，由最初的2mm改為現(xiàn)在的0.34mm，強度很弱，掛膜后彎曲下垂。中心繩在掛膜后彈性伸長，使得串片在鼓風(fēng)吹動下擺動且纏繞在一起。原生產(chǎn)配套的鋼支架、塑鋼支架由于價位高，許多廠商改成一根鋼筋或一根尼龍繩拉拽，一旦掛膜后，中心繩的撓曲更大，更促進了串片的纏繞直到斷繩。
1.4整體型填料
指填料已加工成足夠大的棱柱體，安裝和檢修時只需整體放入或取出的填料。這一類有蜂窩斜管、蜂窩直管、波紋板、立體網(wǎng)狀填料等。其共同的優(yōu)點是比表面積大，安裝檢修方便，不易堵塞，使用壽命長等。對于斜管、斜板等由于其表面光滑，生物膜易脫落，不易坐床，因此使用很少，多作為給水沉淀或循環(huán)水冷卻降溫用。而立體網(wǎng)狀填料由于其特殊的結(jié)構(gòu)，它的生物膜附著量特別大，且無短路區(qū)，是處理效果極佳的整體型填料。
2立體網(wǎng)狀填料的特性
2.1結(jié)構(gòu)特征
立體網(wǎng)狀填料材質(zhì)以聚丙烯高分子聚合物為主，并添加疏水性、親水性、阻燃性、耐熱性、抗凍性、抗老化性等不同助劑，以適應(yīng)各種性質(zhì)的污水和不同處理工藝的要求。填料的結(jié)構(gòu)是將合成樹脂加熱溶融后，由噴絲頭噴出，使絲條在不規(guī)則的旋轉(zhuǎn)運動中重疊堆積，并將其相互交接點在冷卻時融接成整體型立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。由于聚丙烯類合成樹脂質(zhì)量輕，且具有較高的機械強度，在水中不會變形。又因其不含可塑劑，故在水中不會分解或溶出有害物質(zhì)。填料的形狀可為棱柱體、圓柱體或扁平體，視不同需求而定。
2.2物理特征
根據(jù)纖維密度不同，填料孔隙率為95%～98％，纖維絲徑Ф0.8mm～Ф1.5mm，纖維密度0.9～0.92g/cm3。填料容重隨形狀和空隙率不同而異，一般為9～20kg/m3。填料抗壓強度較高，在水處理條件下一般不會變形，最大載荷400kg/m2條件下壓縮變形不超過8％，且為彈性變形。適應(yīng)溫度范圍為5℃～40℃，若溫度在0℃以下時，填料硬度較大變脆，抗沖擊性能差，必須加入特殊的添加劑，因此一般不用于冷凍水處理中。
2.3生物處理特征
(1)填料掛膜量：立體網(wǎng)狀填料的結(jié)構(gòu)為一種絲條多重交插的螺旋結(jié)構(gòu)，污水在填料中呈三維流動狀態(tài)，它必然成為最適宜微生物附著繁衍的溫床。根據(jù)清華大學(xué)水污染控制實驗室、中國地質(zhì)大學(xué)水資源與環(huán)境工程實驗室以及工程使用后實測數(shù)據(jù)，填料的掛膜量為：
好氧生物膜：190kg/m3～316kg/m3
厭氧生物膜：80.4kg/m3～133.1 kg/m3
(2)填料的容積負荷及處理效果
①在內(nèi)循環(huán)接觸氧化條件下，填料容積負荷4.43kgCOD/m3·d時，COD去除率31.5％～43.2％。
②在折流板厭氧反應(yīng)器中，進水COD=300～900mg/L，污泥負荷為0.06～0.18kgCOD/kgMLSS·d，厭氧COD去除率為60％～75％，產(chǎn)甲烷率可達250～300mlCH4/gvss·d。
2.4填料的產(chǎn)品規(guī)格
3填料的技術(shù)經(jīng)濟比較
3.1技術(shù)經(jīng)濟比較表
現(xiàn)列舉幾種填料，將其性能比較列于表2中。
TSE型蜂窩直管邊距為35～50 mm；
TX型懸浮填料為Ф50×50mm柱狀；
TQ型球形填料為Ф50mm～Ф150mm，球內(nèi)填塑料絲；
SQC型絲狀球形填料為Ф150mm，球內(nèi)有中心繩，其上裝有橫向絲條；
TA—II型彈性立體填料為片式，截面呈X型，是改進后的原YDT型立體填料；
TP型半軟性填料為串片式；
TH型組合填料為半軟性填料與纖維軟性填料組合而成。
懸掛型支架為TK型全塑框式。
由于有些填料未能取得相關(guān)的測試數(shù)據(jù)，表2中僅列出了一部分性能參數(shù)。
3.2對比分析
(1)從結(jié)構(gòu)特點分析：RC型立體網(wǎng)狀填料由于其交插螺旋網(wǎng)狀特點，可使污水，空氣和生物膜得到充分混滲接觸交換，生物膜不僅能大量地在絲條上均勻坐床，保持良好的活性和孔隙可變性，而且在運行過程中氣體在三維流動的污水帶動下，互相碰撞并被螺旋網(wǎng)不斷切割成更小的氣泡，增加了氧的利用率，可減少曝氣量，同時可使生物膜有良好的新陳代謝作用，不致粘連結(jié)團，因此它具有氣泡切割能力強、空間體積利用率大、無死區(qū)等特點，是當(dāng)前污水處理中性能指標(biāo)較好的填料。
(2)從安裝方式上與懸掛型填料比較：立體網(wǎng)狀填料安裝方便，只需將其放在底部的格柵支架上，不需固定，裝取都為整體式。并可隨著水的性質(zhì)與濃度及好氧、兼氧、厭氧等工藝不同，而采用相應(yīng)的不同材質(zhì)與形狀的填料，充填率只需30%～40％。懸掛填料必須上下固定或裝入籠形框架內(nèi)，安裝和取出十分不方便，填料與支架的摩擦以及被風(fēng)吹動后中心繩擺動互相纏繞，致使其斷裂倒塌，這是至今懸掛型填料刻意要求解決的問題。因此其壽命短，要求更新快，填充率一般為100％，故運行更新費用高工作量大。
(3)與懸浮型填料相比：立體網(wǎng)狀填料不需用繩網(wǎng)攔截和分割池體，填充體積約為懸浮型填料的1/2，因此造價低。更重要的是TQ型球形填料因其內(nèi)部填入一團塑料絲或塑料條，比表面積大，掛膜快且多。但已生成的生物膜不易從球內(nèi)部脫落出來，致使老化生物膜堵死在球內(nèi)，產(chǎn)生厭氧狀態(tài)。SQC型絲狀球解決了生物膜脫落問題，但因其為輻射狀的直線絲條定位在繩索上，絲條之間并末粘連，不僅掛膜量少，而且掛膜困難。另外懸浮填料共同的特點是易被鼓風(fēng)吹起而堆積到一處形成死水區(qū)。取出時需用爪籬將數(shù)量眾多的球體撈出，工作量大。特別在埋地式設(shè)備中，很難從入孔中取出。
(4)經(jīng)濟比較：立體網(wǎng)狀填料由于其填充率小，支架簡單，故單位池容積填料及支架總費用僅l00～150元/m3池容積，是其它填料價的l/2～l/3。因此立體網(wǎng)狀填料是集中了懸浮及懸掛型的優(yōu)點，而克服了其缺點的新型填料。
4安裝與應(yīng)用
4.1填料的應(yīng)用范圍
(1)用于各種污水的接觸氧化二級處理或三級處理，容積負荷可在0.15～4.0kgBOD/m3 ·d，可獲得良好且穩(wěn)定的處理水質(zhì)。
(2)用于污水處理的水解池，厭氧生物濾池和復(fù)合厭氧反應(yīng)器中，作為兼氧菌或厭氧菌的固定生物床。
(3)用于微污染給水生物處理中的固定生物床，去除有機物，利于后續(xù)的常規(guī)處理工藝。
(4)用于污水的深度處理，容積負荷0.15kgBOD/m3·d，進水BOD<15mg/L，處理后出水BOD<3mg/L，可作為回用水。
(5)用于流動床生物濾池的懸浮填料 (采用圓柱形)。
4.2安裝注意事項
(1)空氣量：接觸氧化設(shè)計中空氣量可按去除每kgBOD需注入空氣70～90Nm3計算，也可按水氣比為1：8～1：12計算。運行中需維持曝氣池中溶解氧濃度為DO=2.5～4.0mg／L即可。
(2)在曝氣池內(nèi)由于水中有浮力作用，填料能在格柵支架上保持穩(wěn)定，但是若將池內(nèi)之水放空時，由于每m3填料上附著有約300kg的生污泥，為了不致將荷載全部加在填料上，引起填料彎曲或格柵支架變形等事故，需在放空污水的同時，用壓力水沖洗填料，使粘附其上的生污泥隨水排出。
(3)填料的適用水溫為5℃～40℃，在其范圍內(nèi)材料有非常強韌的特性，不會變形。但在5℃以下工作時，由于其硬度增加，抗沖擊性能變差，需選擇有抗冷脆性添加劑的材料。另外長年在室外直射的日光曝曬下，填料會因紫外線而引起老化，致使強度降低。如必須在室外曝曬下使用，需特別注明使用耐氣候、防老化型產(chǎn)品。一般填料應(yīng)貯存在有遮陽蓬的堆場上，防止長期日曬，且避免冰凍。
(4)填料進行掛膜時，一般需往池內(nèi)接種一部分活性污泥，或適當(dāng)增加水體的營養(yǎng)物含量，以利加快掛膜速度。在18℃～20℃條件下，可按接觸氧化池總?cè)莘e的l%～2％接種活性污泥進行細菌培養(yǎng)。開始運行時經(jīng)1d的悶曝后，再逐漸進水運轉(zhuǎn)。在最初的5～7d內(nèi)，需將空氣量控制在1／2左右，這樣可使微生物在立體網(wǎng)狀填料表面很好地坐床，并粘附繁殖起來，肉眼可見填料表面有白色菌團粘附，此時方可按正常情況曝氣。若一開始就采用高強度曝氣，會使生物膜的附著和增殖減慢，且需要較長的穩(wěn)定時間。
(5)若因生物膜量過大或由于SS過多且粘附在生物膜上，致使填料有堵塞時，只需用壓力水(P：0.3Mpa)將中心孔沖洗，很快可清通。填料中止使用時，可用水沖洗填料，而后浸泡于水池中，勿使陽光強烈曝曬，更不可使池水冰凍，而影響填料的使用壽命。
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