生物滤料的选择原则

生物滤料是曝气生物滤池中微生物膜的载体，是微生物栖息、繁殖的场所。同时在运行过程中又起着截留悬浮物质的作用。因此.生物滤料是曝气生物滤池的核心，直接影响着曝气生物滤池的运行效能；同时，由于生物滤料在曝气生物滤池的建设投资中占有相当大的比重，所以滤料的价格又关系到曝气生物滤池技术的经济合理性。
对于曝气生物滤池而言，其生物滤料应具备以下基本要求：有较好的生物膜附着力，同时具有较大的比表面积。孔隙率大，截污能力强；水流流态良好，有利于发挥传质效应；阻力小，强度大，化学和生物稳定性好。经久耐用，形状规则，尺寸均一，使之在滤料间形成均一的流速。货源充足，价格便宜，运输和安装施工方便。上述基本要求归纳起来为四个方面，即生物滤料的物理特性、物理化学特性、水力学特性及其经济性。

一、生物滤料的物理特性

生物滤料的物理特性主要指滤料的外观形状和强度要求。
(1)外观形状；为了提高滤料的水力学特性，一般要求生物滤料具有较规则的形状，以球形为佳。过去国内生物滤池所用的滤料均为不规则状，如碎石、矿渣、焦炭、无烟煤等，不规则滤料的水流阻力大，易堵塞，布水布气不易均匀，因而限制了生物滤池在国内污水处理中的应用。同时，生物滤料表面必须粗糙，以利于挂膜。因为表面粗糙度一方面是能否很快形成初期生物膜的主要原因，另一方面在反冲洗时又可减少生物膜的脱落程度。表面粗糙度大，初期挂膜快。表面粗糙度小，初期挂膜慢，同时反冲洗时微生物膜容易脱落。
(2)多孔性；滤料表面的多孔性为菌胶团提供最佳的生长条件。
(3)机械强度；曝气生物滤池的运行过程中，存在着不同强度的水力剪切作用以及滤料之间的滚动摩擦过程，所以生物滤料必须具有可以满足在不同强度的水力剪切作用以及滤料之间摩擦碰撞过程中破损率低的机械强度要求。如果生物滤料本身不具有一定的机械强度，那么在运行过程中势必引起不同程度的破损而丧失其功能，使滤池内的生物量呈现不规律变化，其直接后果会导致出水水质扰动，布水布气短路。
(4)密度；滤料密度过大，造成在反冲洗时滤料悬浮困难或使反冲洗时能耗增加；密度过小，又不易于滤料在反应器中的运行工况.且易引起跑料，因此滤料密度需在一定范围之内。

二、生物滤料的物理化学特性

(1)生物稳定性；生物膜在新陈代谢过程中会产生各种各样的代谢产物，这些产物有些会对滤料产生腐蚀作用，所以滤料必须具有较好的生物化学稳定性。滤料必须具备抗腐蚀性强；具有惰性，不参与生物膜的生物化学反应；本身是不可生物降解的。
(2)化学稳定性；微生物生存的介质是由各种化学成分组成的，所以滤料置于这样的介质中时，必须对环境中所发生的化学反应表现为最大的惰性，并具有抗环境的化学腐蚀能力。
(3)表面电性和亲水性；根据物理化学中体系自由能最小原则，亲水性微生物易于在亲水性滤料表面附着、固定，而疏水性滤料有利于疏水性微生物在其表面固定。微生物一般带有负电荷，而且亲水，因此滤料表面应带有正电荷将有利于微生物固着生长，载体表面的亲水性同样有利于微生物的附着，使附着的生物膜数量尽可能地多。
(4)对生物膜活性的影响；作为生物膜载体，其本身必须对所固定的微生物无害、无抑制性作用，不能影响微生物的活性。

三、水力学特性

(1)空隙率；空隙率影响污水在生物滤池中的实际停留时间和生物膜量。空隙率越高，生物滤池阻力越小，同时需用滤料也少，降低造价。但空隙率高时滤料的比表面积较小，粒径较大，影响单位体积滤料的生物膜量。
(2)比表面积；滤料一般应选用比表面积大、开孔孔隙率高的多孔情性载体，这种载体有利于微生物的接触挂膜和生长，保持较多的微生物量，有利于微生物代谢过程中所需氧气和营养物质以及代谢产生的废物的传质过程。
在曝气生物滤池运行过程中，影响处理效能的主要因素是载体滤料的比表面积。若载体滤料比表面积大，则不仅对溶解性底物，而且对悬浮物质的去除效果较好；但是，若载体滤料比表面积大，带来的问题是流经滤料层时的水流阻力增大。能耗随之增加，易堵塞滤料层。为了防止堵塞，就需提高反冲洗强度。这样便使滤料上的微生物膜受到冲刷，特别是原生动物、后生动物，使微生物的食物链变短，产生的剩余污泥量就大，所以在工程中要选择适宜比表面积的生物滤料。
(3)滤料形状与水的流态；滤料的形状尺寸除了同空隙率和比表面积密切相关以外，也是影响滤料间水的流态的重要因素，一般用雷诺数Re表示：Re=v*D/γ=pvD/μ
式中，v为水的流速，cm/；D为水力半径，cm；γ为水的动力黏滞性系数，c㎡=/s；p为水的密度，g/cm3；μ为水的黏度，g/(cm·s)。
Re小于2000为层流，大于2000为紊流。滤料间紊流越大，则污水与微生物膜接触效率越高，生物膜更新则越快，生物膜的活性也越好，增大了系统去除有机污染物的能力。但为了提高Re，就必须增大水的流速，从而增大能量消耗。
水力半径D相当于滤料空隙率与比表面积之比。若比表面积小，则Re增大，单位生物膜表面积的净化效率就高。若从这一点考虑.选用比表面积小的滤料是有利的。
影响滤料层中的水流阻力的因素主要是滤料的空隙率、比表面积和形状尺寸。若空隙率大、比表面积大、形状尺寸均一，则水流阻力小，反之亦然。从节省能耗来看，滤料间的水流阻力越小越好，而从布水均匀性来看，阻力越大，滤料内流速分布比较均匀。

四、滤料的经济性

由于生物撼滤料在整个曝气生物滤池的造价中占有较大的比例，所以在选用生物滤料时，除了要重视其物理特性、物理化学特性、水力学特性外，其价格因素也是必须考虑的。影响滤料成本的主要因素是材质、滤料形状和加工工艺过程。对于整块烧结后再粉碎、筛选的不规则滤料，如页岩陶粒等。其价格比较低廉，而对于先成型后烧结的规则滤料，如球形生物陶莉莉等，则价格相对较高。所以在工程设计中选择滤料时，必须在滤料的性能及价格间做出优化的选择，设计时做到在满足设计要求和不影响出水水质的前提下，选用价格相对低廉的滤料。

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