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摘要：农村污水处理过程中，需要使用填料作为微生物的富集载体。本文采用免烧结工艺，制备规整填料。与常规填料相比，新型填料外形规整、比表面积大，安装方便，可提供生物载体功能，提高污水处理效率，可广泛应用于农村污水处理中。
关键词：规整；填料；农村污水
1 引言
随着我国农村地区经济的快速发展，在人们的日常生活中产生了大量农村污水。生物膜法处理系统因其具有单位体积活性微生物量大、耐冲击负荷能力强、运行维护方便等特点，在农村污水处理过程中得到了广泛的应用。
填料是微生物附着和生长的载体，它是生物膜法处理系统的核心组件，对污水污染物的去除效率将产生直接影响。目前，在生物膜法处理系统中使用较多的填料为无机填料。但现有的无机填料大多采用粘土为原料并通过烧结工艺制备而成，普遍存在微生物附着量不高且填料本体密度大等缺点。针对以上问题，本文制备新型规整生物填料。与常规无机填料相比，新型填料比表面积大，能够附着更多的微生物，安装后水流方向通道流畅、阻力小，不易堵塞等特点，可广泛应用于农村污水处理系统中。
2 填料制备
规整填料制备其步骤如下：（1）105℃烘干后的脱水污泥经球磨粉碎机粉碎后，过100目筛，将脱水污泥、氧化钙、水泥、粉煤灰、添加剂等原材料按照15：5：25：55比例混合，其中添加剂为铝粉，其添加量为0.02%，铝粉添加剂用于改善填料的空隙结构，增大比表面积。单位质量原料添加30%~35%的水，搅拌均匀；（2）使用模具将搅拌好的混合原料压制成预制形状，包括外围轮廓和内部孔状通道一次成型；（3）成型后的填料在室温（25℃）下用湿纱布养护12小时，使填料内部各原料成分继续进行水化反应，产生更多的胶凝水化产物，提高填料早期强度；（4）将经过初步养护后的填料移入压力蒸汽容器内进行蒸汽养护，蒸汽温度设定为90℃，养护时间为12小时，最终制得填料成品。
填料的配比为：脱水污泥15、氧化钙5、水泥25、粉煤灰55，添加剂（铝粉）0.02。加水混合后经过室温养护，使得填料内各原料组分原料持续进行水化反应，养护12小时最佳。
填料的有效成分为脱水污泥和粉煤灰，水泥和氧化钙为支撑作用，添加剂铝粉改善填料的孔隙结构，增大比表面积。
填料的常温养护时间为12小时，蒸汽养护温度为90摄氏度，养护时间为12小时。
填料的制备原料中，脱水污泥提供微生物原料；氧化钙和水泥提供支撑结构；粉煤灰提高填料的表面粗糙度，为微生物富集提供有利条件；添加的铝粉在填料的反应过程中，会产生气泡，进而使填料产生多孔结构，提高填料的比表面积。经多次试验，脱水污泥、氧化钙、水泥、粉煤灰按照质量比例15：5：25：55进行混合，填料的结构强度、表面粗超度及生物量都较为理想；铝粉添加量为0.02时，填料可产生较为理想的多孔结构。
填料的养护分为常温养护和蒸汽养护，养护都是为了填料中的水泥与水产生水化反应，使填料硬化，产生结构强度；蒸汽养护可以利用蒸汽加热混凝土，使填料加速硬化；同时蒸汽提供了水泥硬化过程中需要的水分，保证了多孔的填料的硬化过程均匀进行，不易发生开裂、碎块等情况。
制备成品的填料如下：
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图1 规整填料外形图
3 填料应用
3.1 规整填料对生物膜量的影响
生物挂膜量是检验规整填料效果的第一指标，经过新型填料和传统填料的对比实验，挂膜前5天，填料挂膜速度缓慢。5天之后两种填料挂膜量均开始逐渐上升，到第15天时新型规整填料和传统填料挂膜量分别达到65mg/g和48mg/g；反冲洗后规整填料生物膜量为58mg/g，传统填料生物膜量为32mg/g，随后又稳步上升。反冲洗对规整填料挂膜量影响较小，这是因为规整填料提供了通畅的水力流道，反冲洗时，生物膜不易被清洗水冲刷带走。这也证实了规整填料阻力小、不易堵塞的特点。
3.2 规整填料对曝气量的影响
适宜的气水比可以保证好氧微生物对污染物高效去除的活性，还能降低运行能耗，同时可以避免气量过大造成的生物膜脱落现象的发生。
经过新型填料和传统填料的对比实验，同样在汽水比为7：1时，规整填料的COD及氨氮的去除效率要明显高于传统填料。经反应后检测填料特性，发现传统填料上已生长的生物膜在曝气状态下发生了较为严重的脱落现象，这导致了填料无法继续提供填料的生长基础，填料在无法及时更新的情况下，导致COD及氨氮的去除效率下降。规整填料则很好地避免的这样的不利情况，规整填料在曝气状态下，气体通过规整填料的通道排出，对填料的冲刷有限，无法将生物膜冲刷带走，生物膜可以在填料提供的基础上正常代谢，保证了对污染物的去除效率。
3.3 规整填料对填料板结的影响
填料发生板结，比表面积就会急速下降，进而无法提供生物生长的有效场所；同时填料板结还会造成板结的填料微生物得不到养分而大量死亡，严重影响系统的稳定运行。
规整填料由于其自带的空隙结构，不会发生板结，因此规整填料还可以有效避免板结带来的不利影响。
3.4 规整填料对经济性的影响
规整填料由于其自身的多孔结构，其单位体积重量约为普通填料的2/3，制备同样体积的填料，规整填料可比传统填料节省1/3的原料成本。
规整填料由于不易发生板结，填料的更换周期远大于传统填料。且规整填料堵塞后，更容易清洗恢复，实际使用成本会远低于传统填料。
4 结论
作为生物膜法处理污水的核心组件，填料的性能对系统去除效率至关重要。规整填料由于其水流方向通道流畅、阻力小，不易堵塞等特点，在实际使用中，有着传统填料无法比拟的优势，可以作为传统填料的升级替代产品。
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