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方向。介紹了曝氣生物濾池中生物陶粒濾料的種類和性能，并對生物陶粒濾料的存在問題及發(fā)展方向進(jìn)行了討論。
曝氣生物濾池是近年來受到廣泛關(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的微生物來分解有機(jī)物，并對氨氮進(jìn)行硝化。因此，凡影響微生物生長代謝活性的因素都會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)，適合在我國推廣。
1 生物陶粒的種類及性能
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�。此濾料強(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EPP填料。該填料是把聚丙烯樹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的多孔性。
(4)頁巖陶粒。又稱膨脹頁巖，采用天然巖石頁巖為原料，經(jīng)高溫焙燒精制而成。其無毒、無味、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)河道底泥類陶粒。大量的江河湖水經(jīng)過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陶粒。
(10)生物污泥陶粒。污水處理廠處理完污水后產(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�；钚蕴渴侵谱鰹V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，所以長久以來沒有活性炭陶粒濾料的研究。但隨著近年來許多自來水廠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價(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，再生活性炭價(jià)格是新活性炭價(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、堵塞濾池影響過濾周期和出水水質(zhì)。
(2)顆粒不規(guī)則濾料過濾時(shí)水流阻力較大。
(3)所用原料大部分為粘土和頁巖等，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題在全世界都受到高度重視，我國水處理工藝和效率相對落后。所以，加大這方面研究力度，尋求適合我國國情的工藝和相關(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，如用自來水廠廢活性炭、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�；虿捎霉I(yè)廢料作添加劑改善陶粒的各項(xiàng)性能等。我國陶粒濾料的生產(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。
