摘要：生物陶粒作為一種廣泛應(yīng)用的材料，已經(jīng)成為濾料研究的熱門(mén)方向。介紹了曝氣生物濾池中生物陶粒濾料的種類(lèi)和性能，并對(duì)生物陶粒濾料的存在問(wèn)題及發(fā)展方向進(jìn)行了討論。
曝氣生物濾池是近年來(lái)受到廣泛關(guān)注的污水處理技術(shù)，是集生物降解、固液分離于一體的污水處理設(shè)備，具有占地面積小、處理效率高、運(yùn)行管理方便等特點(diǎn)，主要是依靠濾料上固定生長(zhǎng)的微生物來(lái)分解有機(jī)物，并對(duì)氨氮進(jìn)行硝化。因此，凡影響微生物生長(zhǎng)代謝活性的因素都會(huì)影響到生物處理的凈化效果，如進(jìn)水水質(zhì)、水溫、pH、濾料類(lèi)型，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和濾料比表面積等。但眾多影響因素中，其核心——濾料性能，一定程度上決定曝氣生物濾池的處理成效，因此濾料的研究在該工藝發(fā)展中至關(guān)重要。陶粒作為濾料的一種，具有材料低廉易得、表面積大、孔隙率大、化學(xué)和物理穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，適合在我國(guó)推廣。
1 生物陶粒的種類(lèi)及性能
生物陶粒采用天然礦物或工業(yè)廢棄物作為主要原料，經(jīng)直接破碎或加工成粒，再燒制而成，內(nèi)部多孔，比表面積較大，吸附能力強(qiáng)，化學(xué)穩(wěn)定性好，其比表面積是石英砂的6~8倍，孔院率是石英砂的17~22倍。生物陶粒根據(jù)原料成分的不同，主要分為以下幾種：
(1)粘土陶粒。采用粘土為主要原料，加入適當(dāng)化工原料作為膨脹劑，經(jīng)高溫?zé)贫伞４藶V料強(qiáng)度好、孔隙率大，比表面積大，化學(xué)穩(wěn)定性好。與玻璃鋼等規(guī)則濾料相比，具有生物附著性強(qiáng)、掛膜性能好、水流流態(tài)好、截污能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
(2)粉煤灰陶粒。粉煤灰是燃煤電廠(chǎng)排放的固體廢棄物，粉煤灰陶粒以固體廢棄物為主要原料，加入輔料，加工成球，燒制而成。此陶粒表面粗糙堅(jiān)硬，內(nèi)有許多微孔，呈蜂窩狀，其性能優(yōu)良、經(jīng)濟(jì)效益好，施工適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣。
(3)韓國(guó)EPP填料。該填料是把聚丙烯樹(shù)脂粉和粉末活性炭按一定比例混合后形成含活性炭的母料，再將該母料經(jīng)擠壓膨脹制造出膨脹聚丙烯填料。由于填料中含有粉末活性炭，因此具有較強(qiáng)的有機(jī)物吸附能力及適合微生物生長(zhǎng)的多孔性。
(4)頁(yè)巖陶粒。又稱(chēng)膨脹頁(yè)巖，采用天然巖石頁(yè)巖為原料，經(jīng)高溫焙燒精制而成。其無(wú)毒、無(wú)味、抗壓耐磨、耐腐蝕，并具有良好的吸附性能和強(qiáng)度，適用于各類(lèi)水質(zhì)的凈化處理。
(5)硅藻土陶粒。其由較細(xì)的硅藻殼聚集，經(jīng)生物化學(xué)沉積作用形成的沉積巖，呈疏松狀。其吸水和吸附能力強(qiáng)，熔點(diǎn)高，具有多孔結(jié)構(gòu)。目前生產(chǎn)硅藻土陶粒有兩種方法：焙燒法和免燒法。
(6)煤矸石陶粒。煤矸石是采煤過(guò)程中排出的含碳量較少的黑色廢石，化學(xué)成分與粘土比較相似。是我國(guó)排放量大的固體廢棄物，其排放與堆積不僅占用大量耕地，同時(shí)對(duì)地表、大氣等造成很大的污染。煤矸石生物陶粒以煤矸石為主要原料，具有材料低廉易得，掛膜快，易于反沖洗等特點(diǎn)。
(7)鋁礦廢渣——赤泥陶粒濾料。赤泥是制鋁工業(yè)提取氧化鋁時(shí)排出的污染性廢渣，主要成分有SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3等氧化物，是制備陶粒濾料的主要原料。
(8)納米改性陶粒。納米粉末顆粒分散相具有大比表面積和強(qiáng)界面效應(yīng)，附著于陶粒填料表面和內(nèi)部孔隙表面，為反應(yīng)器的掛膜和啟動(dòng)提供高的粗糙度，從而提高細(xì)菌的增殖速度和生物膜的形成速度。
(9)河道底泥類(lèi)陶粒。大量的江河湖水經(jīng)過(guò)多年的沉積形成了很多泥沙，利用河底泥替代粘土，經(jīng)挖泥、自然干燥、生料成球、預(yù)熱、焙燒、冷卻制成的陶粒為河道底泥類(lèi)陶粒。
(10)生物污泥陶粒。污水處理廠(chǎng)處理完污水后產(chǎn)生大量的生物污泥。以生物污泥為主要原材料，采用烘干、磨碎、成球、燒結(jié)成的陶粒。用生活污泥代替部分粘土來(lái)燒制陶粒既節(jié)省粘土，又保護(hù)農(nóng)田。
(11)新型活性炭陶粒濾料。活性炭是制做濾料的理想原料，但活性炭自身特點(diǎn)及價(jià)格偏高并不適合用于曝氣生物濾池濾料，所以長(zhǎng)久以來(lái)沒(méi)有活性炭陶粒濾料的研究。但隨著近年來(lái)許多自來(lái)水廠(chǎng)紛紛采用臭氧活性炭工藝去除水中有機(jī)污染物，產(chǎn)生大量的廢活性炭，廢活性炭再生將大大降低活性炭?jī)r(jià)格，這使得活性炭在曝氣生物濾池濾料中的應(yīng)用出現(xiàn)了轉(zhuǎn)機(jī)。將廢活性炭回收做再生處理，既節(jié)約了資源又減少了污染，再生活性炭?jī)r(jià)格是新活性炭?jī)r(jià)格的40%~60%。利用價(jià)格低廉的再生活性炭治成適合曝氣生物濾池的免燒陶粒濾料將會(huì)是曝氣生物濾池發(fā)展的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
青島理工大學(xué)李海寧研制的活性炭陶粒濾料以再生活性炭和水泥為主要原料，加入適量外加劑，混合后加水免燒制成。結(jié)果表明：所制備活性炭陶粒濾料用于曝氣生物濾池處理生活污水是可行的。
2 現(xiàn)有生物陶粒濾料存在的問(wèn)題
曝氣生物濾池選擇生物陶粒的主要依據(jù)是：粒徑3mm以:（粒徑越小，越產(chǎn)生堵塞）；堆積密度一般在500~800kg/m3，吸水率越高越好，有一定的抗壓強(qiáng)度，球度系數(shù)在0.95以上，比表面積是8m2/g（越大越好），掉渣率小于0.5%，鹽酸可溶率小于1%。
現(xiàn)有陶粒濾料的缺點(diǎn)主要有：
(1)經(jīng)破碎的陶粒作濾料時(shí)磨損破碎率較高、易掉沫、堵塞濾池影響過(guò)濾周期和出水水質(zhì)。
(2)顆粒不規(guī)則濾料過(guò)濾時(shí)水流阻力較大。
(3)所用原料大部分為粘土和頁(yè)巖等，浪費(fèi)土地資源，破壞山林。
(4)生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)中很少考慮生成粗糙的表面結(jié)構(gòu)，而和做骨料的陶粒等同考慮，這樣既使燒成溫度偏高，浪費(fèi)熱量，又使陶粒表面結(jié)釉，不利于增加比表面積。
3 發(fā)展方向
水資源短缺和污水處理問(wèn)題在全世界都受到高度重視，我國(guó)水處理工藝和效率相對(duì)落后。所以，加大這方面研究力度，尋求適合我國(guó)國(guó)情的工藝和相關(guān)材料尤為重要，生物陶粒濾料的研究發(fā)展將有助于加速曝氣生物濾池工藝在我國(guó)的推廣應(yīng)用。濾料的研究是朝著物化性能穩(wěn)定、孔隙率高、比表面積大、吸附能力強(qiáng)、反沖洗方便且節(jié)水的方向發(fā)展。
新型濾料需圍繞以下幾方面進(jìn)行改進(jìn)：
(1)采用的原材料，傳統(tǒng)陶粒主要是粘土、陶土等原料，大量生產(chǎn)浪費(fèi)土地資源，新型原材料應(yīng)以固體廢棄物為主，減少天然礦物質(zhì)和粘土的開(kāi)采。利用工業(yè)廢料等新型原料制備陶粒有重要意義，如用自來(lái)水廠(chǎng)廢活性炭、粉煤灰、煤矸石等。研究以新型原料代替粘土為主要原料的陶粒濾料是勢(shì)在必行的。
(2)改進(jìn)生產(chǎn)工藝，優(yōu)化各項(xiàng)性能參數(shù)，使陶粒生產(chǎn)過(guò)程中人力，物力得到節(jié)約，如采用礦化劑降低燒成溫度、研制免燒型陶粒或采用工業(yè)廢料作添加劑改善陶粒的各項(xiàng)性能等。我國(guó)陶粒濾料的生產(chǎn)仍然以焙燒陶粒為主，焙燒陶粒能耗高，污染嚴(yán)重，不符合節(jié)能和環(huán)保的要求，免燒陶粒是今后陶粒的發(fā)展方向。
(3)改善陶粒濾料形狀和表面結(jié)構(gòu)，如生產(chǎn)球形超輕陶粒或均粒陶粒等。
(4)對(duì)傳統(tǒng)陶粒濾料進(jìn)行表面改性。
(5)系統(tǒng)研究陶粒濾料的污染物去除機(jī)理。
