摘要：生物(wu)(wu)陶粒(li)作為(wei)一種廣泛(fan)應用的材料(liao)(liao)，已經成為(wei)濾(lv)料(liao)(liao)研究(jiu)的熱門方向。介紹了(le)曝氣生物(wu)(wu)濾(lv)池中生物(wu)(wu)陶粒(li)濾(lv)料(liao)(liao)的種類和性能，并對生物(wu)(wu)陶粒(li)濾(lv)料(liao)(liao)的存(cun)在問題(ti)及發(fa)展(zhan)方向進行了(le)討論。
曝氣(qi)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)濾(lv)池(chi)是(shi)近年來(lai)受到(dao)廣泛關(guan)注的(de)(de)(de)污水(shui)(shui)處理(li)(li)技術(shu)，是(shi)集生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)降解(jie)、固(gu)液分離(li)于(yu)一體的(de)(de)(de)污水(shui)(shui)處理(li)(li)設備(bei)，具(ju)(ju)有(you)占地面積小(xiao)、處理(li)(li)效(xiao)(xiao)率高(gao)、運行(xing)(xing)管理(li)(li)方便等特點，主要是(shi)依(yi)靠濾(lv)料(liao)(liao)上固(gu)定生(sheng)(sheng)長的(de)(de)(de)微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)來(lai)分解(jie)有(you)機物(wu)(wu)，并對氨(an)氮進(jin)(jin)行(xing)(xing)硝化(hua)。因此(ci)，凡影響(xiang)微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)生(sheng)(sheng)長代謝活性的(de)(de)(de)因素(su)都會影響(xiang)到(dao)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)處理(li)(li)的(de)(de)(de)凈化(hua)效(xiao)(xiao)果(guo)，如進(jin)(jin)水(shui)(shui)水(shui)(shui)質(zhi)、水(shui)(shui)溫、pH、濾(lv)料(liao)(liao)類型，結構特點和濾(lv)料(liao)(liao)比表面積等。但眾(zhong)多影響(xiang)因素(su)中(zhong)，其核(he)心(xin)——濾(lv)料(liao)(liao)性能(neng)，一定程度上決定曝氣(qi)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)濾(lv)池(chi)的(de)(de)(de)處理(li)(li)成(cheng)效(xiao)(xiao)，因此(ci)濾(lv)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)研究在該(gai)工藝發展中(zhong)至關(guan)重要。陶粒作為(wei)濾(lv)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)一種(zhong)，具(ju)(ju)有(you)材料(liao)(liao)低廉易得、表面積大、孔隙率大、化(hua)學和物(wu)(wu)理(li)(li)穩定性好等優點，適合(he)在我國推廣。
1 生物陶(tao)粒的(de)種類及(ji)性能
生物陶粒采用天然礦物或工(gong)業(ye)廢(fei)棄物作為(wei)主(zhu)要(yao)原(yuan)料，經直接破(po)碎(sui)或加工(gong)成粒，再燒制(zhi)而成，內部(bu)多孔，比表面(mian)積(ji)較大，吸附能力強，化學(xue)穩定性好，其(qi)比表面(mian)積(ji)是石(shi)英砂(sha)的(de)6~8倍(bei)，孔院率是石(shi)英砂(sha)的(de)17~22倍(bei)。生物陶粒根(gen)據原(yuan)料成分的(de)不同，主(zhu)要(yao)分為(wei)以下(xia)幾種(zhong)：
(1)粘土陶粒。采(cai)用粘土為(wei)主要原料，加入適當化工原料作(zuo)為(wei)膨脹劑，經(jing)高溫燒(shao)制(zhi)而(er)成。此(ci)濾料強(qiang)度好(hao)、孔(kong)隙率大，比(bi)表面積大，化學穩定性(xing)(xing)好(hao)。與玻璃鋼等(deng)規則濾料相比(bi)，具有生物附著(zhu)性(xing)(xing)強(qiang)、掛膜性(xing)(xing)能(neng)好(hao)、水流流態好(hao)、截(jie)污能(neng)力強(qiang)等(deng)優點。
(2)粉(fen)煤灰陶粒(li)(li)。粉(fen)煤灰是(shi)燃煤電廠排放(fang)的(de)固(gu)體廢(fei)棄物，粉(fen)煤灰陶粒(li)(li)以固(gu)體廢(fei)棄物為主要原料(liao)，加入輔料(liao)，加工成(cheng)球，燒制而成(cheng)。此陶粒(li)(li)表面粗糙堅硬(ying)，內有(you)許多微孔，呈蜂窩狀(zhuang)，其(qi)性(xing)能優(you)良、經濟效益(yi)好，施(shi)工適應(ying)(ying)性(xing)強、應(ying)(ying)用范圍廣。
(3)韓國(guo)EPP填料(liao)。該填料(liao)是(shi)把聚丙(bing)(bing)烯樹脂粉(fen)和粉(fen)末活(huo)(huo)性炭(tan)按一定比(bi)例混合(he)后形成(cheng)含活(huo)(huo)性炭(tan)的母(mu)料(liao)，再(zai)將該母(mu)料(liao)經擠(ji)壓膨(peng)脹制(zhi)造出膨(peng)脹聚丙(bing)(bing)烯填料(liao)。由于填料(liao)中(zhong)含有粉(fen)末活(huo)(huo)性炭(tan)，因此具有較強的有機物吸附能(neng)力及(ji)適合(he)微生物生長的多孔性。
(4)頁巖(yan)陶粒。又稱膨脹頁巖(yan)，采(cai)用天然巖(yan)石頁巖(yan)為原料，經高溫焙燒精制而成(cheng)。其無(wu)毒、無(wu)味、抗壓耐磨、耐腐(fu)蝕，并具有良(liang)好的吸附(fu)性能和強度(du)，適(shi)用于各類水質的凈化處理。
(5)硅藻(zao)土陶(tao)(tao)粒(li)。其(qi)由(you)較(jiao)細(xi)的硅藻(zao)殼(ke)聚集，經(jing)生(sheng)物化學沉積(ji)作用形(xing)成的沉積(ji)巖，呈疏松狀。其(qi)吸水和吸附能力強(qiang)，熔點高，具有多(duo)孔結構。目前生(sheng)產硅藻(zao)土陶(tao)(tao)粒(li)有兩(liang)種方法：焙(bei)燒(shao)法和免燒(shao)法。
(6)煤矸石(shi)(shi)陶(tao)粒(li)。煤矸石(shi)(shi)是采煤過(guo)程中排(pai)出的(de)含碳量較(jiao)少的(de)黑(hei)色廢石(shi)(shi)，化學成(cheng)分與(yu)粘土比(bi)較(jiao)相似。是我國排(pai)放(fang)量大的(de)固(gu)體(ti)廢棄物(wu)，其排(pai)放(fang)與(yu)堆積不僅占用大量耕(geng)地(di)，同時對(dui)地(di)表、大氣等造成(cheng)很(hen)大的(de)污染。煤矸石(shi)(shi)生物(wu)陶(tao)粒(li)以煤矸石(shi)(shi)為(wei)主要原料(liao)，具有(you)材料(liao)低廉(lian)易得，掛膜快(kuai)，易于反沖洗(xi)等特點(dian)。
(7)鋁礦廢渣——赤泥陶粒濾料。赤泥是制鋁工業提取氧化鋁時排出的污染性廢渣，主要成分有SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3等氧化(hua)物，是制備(bei)陶粒濾料的主(zhu)要原料。
(8)納(na)米改(gai)性陶(tao)(tao)粒。納(na)米粉末顆粒分散相具有大比表面(mian)(mian)積和(he)(he)強界面(mian)(mian)效(xiao)應(ying)(ying)，附著于陶(tao)(tao)粒填料(liao)表面(mian)(mian)和(he)(he)內部(bu)孔隙(xi)表面(mian)(mian)，為(wei)反應(ying)(ying)器的掛膜(mo)(mo)和(he)(he)啟(qi)動提供高(gao)(gao)的粗糙度(du)，從而提高(gao)(gao)細(xi)菌的增(zeng)殖速度(du)和(he)(he)生物膜(mo)(mo)的形成速度(du)。
(9)河道(dao)底泥類陶粒(li)。大量的江(jiang)河湖水經過多年的沉(chen)積形成了很多泥沙，利(li)用河底泥替代粘土(tu)，經挖(wa)泥、自然干燥、生料成球(qiu)、預(yu)熱(re)、焙燒(shao)、冷卻制成的陶粒(li)為河道(dao)底泥類陶粒(li)。
(10)生物(wu)污(wu)泥陶(tao)粒(li)。污(wu)水(shui)處理廠處理完(wan)污(wu)水(shui)后(hou)產(chan)生大(da)量(liang)的生物(wu)污(wu)泥。以生物(wu)污(wu)泥為主(zhu)要原(yuan)材料，采用烘干(gan)、磨碎、成(cheng)球、燒(shao)結(jie)成(cheng)的陶(tao)粒(li)。用生活污(wu)泥代替(ti)部分(fen)粘土(tu)來燒(shao)制陶(tao)粒(li)既節省粘土(tu)，又保護農田(tian)。
(11)新(xin)型活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)陶粒濾(lv)(lv)料(liao)。活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)是制做(zuo)濾(lv)(lv)料(liao)的(de)理想原料(liao)，但(dan)活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)自身特點(dian)及價格(ge)(ge)偏高并不適合(he)用于曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)生(sheng)(sheng)(sheng)物濾(lv)(lv)池(chi)濾(lv)(lv)料(liao)，所以(yi)長久以(yi)來沒(mei)有活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)陶粒濾(lv)(lv)料(liao)的(de)研究。但(dan)隨著(zhu)近年來許多自來水(shui)廠紛紛采(cai)用臭氧活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)工藝去除水(shui)中(zhong)有機污染物，產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)大(da)量的(de)廢活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)，廢活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)再生(sheng)(sheng)(sheng)將(jiang)大(da)大(da)降低(di)活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)價格(ge)(ge)，這使得活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)在曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)生(sheng)(sheng)(sheng)物濾(lv)(lv)池(chi)濾(lv)(lv)料(liao)中(zhong)的(de)應用出現(xian)了轉機。將(jiang)廢活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)回收做(zuo)再生(sheng)(sheng)(sheng)處理，既節約(yue)了資源又減少了污染，再生(sheng)(sheng)(sheng)活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)價格(ge)(ge)是新(xin)活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)價格(ge)(ge)的(de)40%~60%。利用價格(ge)(ge)低(di)廉的(de)再生(sheng)(sheng)(sheng)活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)治成適合(he)曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)生(sheng)(sheng)(sheng)物濾(lv)(lv)池(chi)的(de)免燒陶粒濾(lv)(lv)料(liao)將(jiang)會是曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)生(sheng)(sheng)(sheng)物濾(lv)(lv)池(chi)發展的(de)轉折點(dian)。
青島理工大學李(li)海寧研(yan)制(zhi)的(de)活(huo)(huo)性(xing)炭陶(tao)粒(li)濾(lv)料(liao)以再生活(huo)(huo)性(xing)炭和水泥為主(zhu)要原料(liao)，加入適量外加劑，混合后加水免燒(shao)制(zhi)成。結果表明(ming)：所制(zhi)備活(huo)(huo)性(xing)炭陶(tao)粒(li)濾(lv)料(liao)用于曝氣生物濾(lv)池處理生活(huo)(huo)污水是可(ke)行的(de)。
2 現(xian)有生物陶粒(li)濾(lv)料(liao)存在的問題
曝氣生物濾池選擇生物陶粒的主要依據是：粒徑3mm以:（粒徑越小，越產生堵塞）；堆積密度一般在500~800kg/m3，吸水率越高越好，有一定的抗壓強度，球度系數在0.95以上，比表面積是8m2/g（越(yue)大(da)越(yue)好），掉渣(zha)率小(xiao)于0.5%，鹽酸可溶(rong)率小(xiao)于1%。
現有(you)陶粒濾料的缺(que)點主要有(you)：
(1)經(jing)破碎的陶(tao)粒作濾(lv)料時磨損破碎率較(jiao)高、易掉沫、堵塞(sai)濾(lv)池(chi)影響(xiang)過濾(lv)周期和(he)出水(shui)水(shui)質(zhi)。
(2)顆粒不規則濾料過濾時水流阻力較大。
(3)所用原(yuan)料大(da)部(bu)分為粘土和(he)頁巖等，浪費土地(di)資源(yuan)，破(po)壞(huai)山(shan)林。
(4)生(sheng)產工藝設計中很少考(kao)慮生(sheng)成(cheng)粗糙的表(biao)(biao)面結(jie)構，而(er)和做(zuo)骨料的陶(tao)粒(li)等同考(kao)慮，這樣既使燒成(cheng)溫度偏高，浪費熱量，又(you)使陶(tao)粒(li)表(biao)(biao)面結(jie)釉，不利于增加(jia)比表(biao)(biao)面積。
3 發展方向
水(shui)(shui)資源短缺和污(wu)水(shui)(shui)處理問題在(zai)全世(shi)界都受(shou)到(dao)高度重(zhong)視(shi)，我(wo)國水(shui)(shui)處理工(gong)藝(yi)和效率(lv)相(xiang)對落后。所以，加(jia)大這方面(mian)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)力(li)度，尋(xun)求(qiu)適合我(wo)國國情的工(gong)藝(yi)和相(xiang)關材(cai)料尤為重(zhong)要(yao)，生物(wu)陶(tao)粒濾(lv)(lv)料的研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)發(fa)展將有助于加(jia)速曝氣生物(wu)濾(lv)(lv)池工(gong)藝(yi)在(zai)我(wo)國的推廣應用(yong)。濾(lv)(lv)料的研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)是(shi)朝(chao)著物(wu)化(hua)性能穩定、孔隙率(lv)高、比表面(mian)積大、吸附能力(li)強、反沖洗方便且節水(shui)(shui)的方向發(fa)展。
新型濾(lv)料需(xu)圍繞以下幾方面進行改進：
(1)采用的(de)(de)原(yuan)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)，傳統(tong)陶(tao)(tao)粒主要是(shi)粘土(tu)(tu)、陶(tao)(tao)土(tu)(tu)等原(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)，大量(liang)生產浪(lang)費土(tu)(tu)地資源，新(xin)型(xing)(xing)原(yuan)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)應以固體廢棄物為(wei)主，減(jian)少(shao)天然礦物質和粘土(tu)(tu)的(de)(de)開采。利(li)用工業(ye)廢料(liao)(liao)(liao)(liao)等新(xin)型(xing)(xing)原(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)制備(bei)陶(tao)(tao)粒有重(zhong)要意義，如(ru)用自(zi)來水廠廢活性(xing)炭、粉煤灰、煤矸石等。研究(jiu)以新(xin)型(xing)(xing)原(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)代替粘土(tu)(tu)為(wei)主要原(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)(de)陶(tao)(tao)粒濾料(liao)(liao)(liao)(liao)是(shi)勢在必行的(de)(de)。
(2)改進生產(chan)工藝，優化各項性能參數，使陶(tao)(tao)粒(li)生產(chan)過程中人力，物力得到節約(yue)，如采(cai)用礦化劑降低燒(shao)成溫度、研(yan)制免燒(shao)型陶(tao)(tao)粒(li)或采(cai)用工業廢(fei)料(liao)作添加劑改善(shan)陶(tao)(tao)粒(li)的各項性能等。我國陶(tao)(tao)粒(li)濾(lv)料(liao)的生產(chan)仍然以焙燒(shao)陶(tao)(tao)粒(li)為主，焙燒(shao)陶(tao)(tao)粒(li)能耗(hao)高，污染嚴重，不符合節能和環保的要求，免燒(shao)陶(tao)(tao)粒(li)是今后陶(tao)(tao)粒(li)的發展方向。
(3)改善陶(tao)粒濾料(liao)形狀和表面結(jie)構，如(ru)生產球形超輕陶(tao)粒或均粒陶(tao)粒等。
(4)對傳統陶(tao)粒濾料進行(xing)表面改性。
(5)系統研究陶粒濾料的污染物去除機理。
