悬浮填料生物反应器的研究现状与进展

　　随着社会经济的发展和城市化进程的加快，我国水环境污染与水体富营养化问题日趋严重。而目前应用广泛的常规二级生化处理工艺对污水中N、P等营养物质的去除率不高，很难适应社会发展的需求，因此，脱氮除磷工艺的研究与开发已成为水污染控制领域的研究重点。悬浮填料生物反应器(也称移动床生物膜反应器)是一种较新颖、高效的污水处理工艺。其通过细菌、微生物等附着在载体上，在反应器中随混合液回旋翻转，从而达到处理污水的目的。此工艺可以提高曝气池中的生物量，降低污泥负荷，对N、P有良好的去除能力。
1 悬浮填料生物反应器的工艺原理与技术特点
1.1 工艺原理
　　悬浮填料生物反应器实际上是传统活性污泥法与生物膜相结合而组成的双生物体组分反应器。其原理是通过向反应器中投加一定数量的悬浮载体，提高池中的生物量使处理效果得到大的提升。填料的比表面积大(200～500m2/m3)，易于微生物附着生长，同时其密度接近于水(0.9～0.98g/m3)，所以在曝气的时候，填料随着水流自由流动而呈完全混合态。这样微生物生长的环境由原来的气、液两相转变为气、液、固三相，为微生物提供了更丰富、更复杂的生态环境。此外，因为载体在水中的碰撞和剪切作用，使空气气泡变得更加细小，增大了传质面积，强化了传质过程。
1.2 悬浮填料生物反应器的特点
1.2.1 填料特性
　　悬浮载体是加强传质，改善反应器内水力条件、生化反应条件的基本手段，是提高负荷的根本途径。因此反应器处理效果的好坏很大程度上取决于填料的优劣。目前国内外所使用的填料多为聚乙烯、聚丙烯塑料或聚氨脂等，以圆柱体、球状体为主，形状规则，空隙率和表面积大，易于挂膜。载体在运行中不结团、不堵塞，老化的生物膜靠水力冲刷、搅动自动脱落。
1.2.2 良好的脱氮能力
　　生物膜固定在填料表面，具有稳定的生态条件，可以由外到里逐渐形成好氧、缺氧和厌氧的微生物环境。分别栖息着世代时间长、增殖速度慢的硝化菌，一些原生、后生动物以及反硝化菌等厌氧生物等。组成了一条较长的生物链，这样就为硝化、反硝化提供了良好的条件。
1.2.3 处理效果稳定
　　反应器单位体积内的生物量高，其反应器中的MLSS一般为8.4～10g/L。因此，有机负荷和水利负荷的波动对其影响较小，即便受到冲击，恢复也很迅速。
1.2.4 易于管理维护
　　填料悬浮在曝气池中，使用时靠水力和曝气搅动作用即可处于流化状态，无需填料支架，可节省投资。为防止填料流失，在出水处设置栅栏并用空气泵将填料吹回即可。与其他形式的生物滤池相比，该系统无需反冲洗，无堵塞之忧。
2 国内外悬浮填料生物反应器的研究与应用现状
2.1 生活污水处理的研究与应用
　　德国的Morper博士最早提出了一种悬浮填料处理系统(LINPRO工艺)，即把硬币大小、密度稍小于水的多孔聚氨脂泡沫塑料块以10%～30%的投加率，投加到曝气滤池中。根据不同的处理功能与对象，以不同的处理方式运行取得了良好的效果，现已有30多家污水处理厂采用了此工艺。
　　G.Andreottale等利用悬浮填料系统对一个小型污水厂进行了升级改造，没有增加或扩建任何构筑物，只把一个好氧池改造成了悬浮填料生物反应器，就满足了处理要求。且在水温为8℃时，氮的去除率仍能保持在70%左右。国内的夏四清等利用悬浮填料系统对黄浦江原水做了中试研究，其实验结果表明在水温20℃以上，HRT为1h的条件下，NH3-N的平均去除率为74%。
2.2 工业污水处理的研究与应用
　　挪威的Rusten等用悬浮填料系统对当地一家奶制品厂的废水处理进行了现场小试研究。结果表明，当COD负荷达到900gCOD/m3h时，其去除率可达60%。而Jahren等则研究了基于A/O工艺的悬浮填料系统对温度为55℃左右的造纸废水的处理，其厌氧与好氧段对SCOD(可溶性化学需氧量)的去除效果分别达到3.4kgSCOD/m3d和1.8kgSCOD/m3d。
　　澳大利亚的造纸厂应用LINPRO工艺处理废水，反应器的MLSS浓度保持在7.4g/L左右，平均进水COD为1407mg/L，BOD为600mg/L，其出水分别为144mg/L和11mg/L，均可达标排放。
　　国内的王学江、夏四清等人试验研究了悬浮填料处理系统处理石化废水，在HRT等于8h，回流比100%的条件下，对石化废水中COD、NH3-N、TN的平均去除率分别为81%、94%、57.3%。
　　另外，国内外的一些研究人员对悬浮填料生物系统正进行进一步的探讨与改进。如将该系统与SBR结合，就会具有生物膜的优点和有序批式操作的好处，适用性增强，更具发展前途。M.X.Loukidou等就用这样的联合工艺对成分复杂、有机物及氨氮含量高的垃圾渗滤液进行了处理，水利停留时间为20天，每天好氧、厌氧交替运行3次，COD、BOD的平均去除率分别为65%和95%，并且对色度、浊度也有较好的去除效果。王乾扬等用膜法SBR处理皮革废水，发现其比传统SBR运行周期短、降解速率大、效果稳定。
3 结语
　　悬浮填料生物处理系统运行稳定可靠，抗冲击负荷能力强，脱氮除磷效果好，是一种经济、高效的废水处理方法。该系统可以在不增加或扩建任何处理设施的情况下，显著提高处理效果，并可通过对运行方式及运行参数的调整而实现不同的处理要求。针对我国部分早期建设的老污水厂处理效果不理想、用地紧张、资金不足等问题，悬浮填料处理系统无疑是非常合适的解决方法，应大力推广应用。但目前关于该系统基础理论的研究还不多，对其反应机制尚无清晰的认识，所以在以后的研究与应用中需加快解决以下几个问题。
　　(1)反应动力学的研究。生物膜反应器的动力学研究比较深入，相关模型与部分动力学参数已被建立和测定，但对于悬浮填料这种兼有生物膜和悬浮生物特点的处理系统的动力学的研究还鲜见报道。所以应通过小、中、大等各种试验收集数据测定动力学常数，建立动力学表达式，为系统的设计运行提供依据。
　　(2)填料的相关研究。当前所使用的填料强度低、易磨损，需经常更换。以后应寻找价格更低廉、使用寿命长、易挂膜的材质来做填料。另外对填料的化学性质、生物膜的脱落机制也应进行更深入的研究，以期能在填料上设计不同的结构区域，来适应不同的微生物群体的生长。
　　(3)减少能耗。填料的完全流化需要增加曝气量，所以应试验优化填料的最佳投配率、气水比等，以尽量在满足使用要求的同时减少动力费用的投入。
　　(4)由于悬浮填料生物系统的生物相丰富、生物量大，因此在实际工程中应多组合其他工艺来处理成分复杂、难处理的废水。
参考文献:(略)