流化床填料的特征

流化床填料在MBBR处理工艺中,反应器中填料是其重要部分。填料选择得当,就可以达到反应器高效运行,否则一旦选用了不适宜的填料,可能导致整个处理过程的失败。流化床生物填料一般应满足下列要求:

(1)良好的水力学特性

流化床填料的水力学特性包括比表面积、空隙率和结构形状等。填料表面是生物膜形成和固着的部位,较大的比表面积是反应器保持高浓度生物量的首要条件,是影响生物膜法处理效果的首要因素。一般来说,大的比表面积是有利的,但比表面积越大,反应器越易堵塞,流经填料内的水流阻力也越大。填料的空隙率越大,其容积利用率越高,水流阻力小,从而减少了反应器堵塞和短流的可能性,同时,填料用量减少,基建投资降低。但是空隙率越高,比表面积和机械强度就越小,填料的结构形状不仅影响笔表面积和空隙率,而且会影响填料之间的水流流态,进而影响废水与生物膜之间的传质和生物膜的更新。填料的形状也影响水力学特性,选择填料的形状时应注意几个方面的因素:对固定化微生物有较好的保护作用,具有较好的传质特性,减少反应器的运行能耗。

(2)机械强度

流化床填料在大多数生物过程中都存在着不同强度的水力剪切作用以及填料之间的摩擦碰撞过程,特别是MBBR中,这些作用更为明显。因此作为生物膜填料必须具有与所使用生物技术相应的机械强度,如果生物膜填料本身不具有一定的机械强度,那末在其运行过程中势必引起不同程度的破损。这将使得生物膜反应器中所持有的生物量呈不规律变化,导致出水水质的波动。

(3)稳定性

填料必须具有较好的生物、化学及热力学稳定性,这样才能使得填料本身不参与系统内生物化学反应。生物膜在代谢过程中会产生各种各样的代谢产物,这些代谢产物有些会对填料产生腐蚀作用。在实际应用中,填料应具有惰性,不参与生物膜的生物化学反应。填料本身是不可生物降解的,对环境中所发生的化学反应表现出较大的惰性,对环境具有抗腐蚀能力。同时,生物膜填料应对周围温度变化产生惰性,在温度变化时不发生反应和变形。

(4)生物膜的附着性

生物膜在填料上的附着性取决于填料表面的物理化学特性。

首先是填料表面的孔隙度及粗糙度大小,表面粗糙度的大小决定着能否快速形成生物膜,粗糙度越大,挂膜越快。填料表面的孔隙大小也影响生物膜的附着性,较小的孔隙对微生物具有较强的持留作用,只有当填料表面70%以上的孔径大小分布处于反应器内较大微生物尺寸的1~5倍范围内时,才能获得较大生物积累。

其次是填料的表面静电作用和亲水性。微生物在其生存环境的pH值条件下,一般带有负电荷,载体表面若带有正电荷将有利于生物固定过程的进行。根据物理化学中体系自由能较小原则,亲水性微生物易于在亲水性填料表面附着,而疏水性填料有利于疏水性微生物在其表面的固定,填料表面的亲疏水性及电性可以通过对填料表面的改性来完成,或直接在填料原料加工过程中得以实现。

(5)比重适中

填料的比重与水比值宜接近于1。MBBR工艺要求附着有生物膜的填料在曝气条件下能随水流一起动,所以要求其比重与水接近。

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