关键词：立体网状填料；特性；应用
1概述
在活性污泥法污水处理中，最大的问题是具有良好沉降性的活性污泥之维护管理问题。为了使池内水中活性污泥的浓度>2100mg/l以上，大多数污水处理工艺中都选择污泥回流方式，回流量为50％～100％，此种方式无疑都消耗了很大能量。尽管如此，活性污泥的膨胀和流失仍时有发生，污泥随水排出，从而导致处理水质恶化。为了解决这一问题，长久以来人们就试图把液体中的浮游微生物(活性污泥)固定下来，固定载体(填料)随着时代的发展、科学的进步也在不停地改进。从载体的结构特征以及演变过程，可以分成以下几类：
1.1固定型填料
这是最早期的载体，在被处理的水体中载体处于固定不动状态。例如树枝、竹条、卵石、炉渣、重质陶粒等。有的由于堆积密度大，孔隙率小，易堵塞，清洗不便；有的比表面积小，挂膜量少。此种填料目前用量不多，仅在特殊的生物滤池中尚有使用。
1.2悬浮型填料
为了使载体的堆积密度小，比表面积大，易于清理，开发出了在被处理的水体中处于悬浮、流化状态的填料，以球形和短柱形居多。例如：多面球、齿面球、丝状球、桑德球、泡沫球、轻质陶粒、鲍尔环等等。这些填料的共同优点是结构简单，比表面积大，填充率一般为70％左右。悬浮球在水中上下左右滚动，不易堵塞，能使气、水和生物膜得到充分的混渗接触交换，且使生物膜有良好的新陈代谢和不粘连、不结团。但在运行中最大的缺点是悬浮球被空气吹浮的过程中往往挤成一堆，很难作到填料在池中均匀地悬浮。这样池内形成了许多死角，造成厌氧状态，生物膜变黑，不利于污水的硝化反应。设计中想用绳网将池分成小格，限制悬浮球乱跑，但实际应用中绳网安装制作均有困难，尚未见到成功范例。
1.3悬挂型填料
指安装时把填料两端分别拴扎在各种类型支架上使用的填料，例如软性填料、半软性填料、组合填料、弹性立体填料、自由摆动填料等。由于其结构简单、造价低、比表面积大，不易堵塞，耐冲击负荷等优点，几乎占领了目前绝大部分的污水生物处理填料市场。但是这些填料最大的问题是填料支架的腐蚀倒塌、填料中心绳的互挠断裂以及无法入池维修造成填料报废。市场上出售的产品如半软性填料的模片厚度，由最初的2mm改为现在的0.34mm，强度很弱，挂膜后弯曲下垂。中心绳在挂膜后弹性伸长，使得串片在鼓风吹动下摆动且缠绕在一起。原生产配套的钢支架、塑钢支架由于价位高，许多厂商改成一根钢筋或一根尼龙绳拉拽，一旦挂膜后，中心绳的挠曲更大，更促进了串片的缠绕直到断绳。
1.4整体型填料
指填料已加工成足够大的棱柱体，安装和检修时只需整体放入或取出的填料。这一类有蜂窝斜管、蜂窝直管、波纹板、立体网状填料等。其共同的优点是比表面积大，安装检修方便，不易堵塞，使用寿命长等。对于斜管、斜板等由于其表面光滑，生物膜易脱落，不易坐床，因此使用很少，多作为给水沉淀或循环水冷却降温用。而立体网状填料由于其特殊的结构，它的生物膜附着量特别大，且无短路区，是处理效果极佳的整体型填料。
2立体网状填料的特性
2.1结构特征
立体网状填料材质以聚丙烯高分子聚合物为主，并添加疏水性、亲水性、阻燃性、耐热性、抗冻性、抗老化性等不同助剂，以适应各种性质的污水和不同处理工艺的要求。填料的结构是将合成树脂加热溶融后，由喷丝头喷出，使丝条在不规则的旋转运动中重叠堆积，并将其相互交接点在冷却时融接成整体型立体网状结构。由于聚丙烯类合成树脂质量轻，且具有较高的机械强度，在水中不会变形。又因其不含可塑剂，故在水中不会分解或溶出有害物质。填料的形状可为棱柱体、圆柱体或扁平体，视不同需求而定。
2.2物理特征
根据纤维密度不同，填料孔隙率为95%～98％，纤维丝径ф0.8mm～ф1.5mm，纤维密度0.9～0.92g/cm3。填料容重随形状和空隙率不同而异，一般为9～20kg/m3。填料抗压强度较高，在水处理条件下一般不会变形，最大载荷400kg/m2条件下压缩变形不超过8％，且为弹性变形。适应温度范围为5℃～40℃，若温度在0℃以下时，填料硬度较大变脆，抗冲击性能差，必须加入特殊的添加剂，因此一般不用于冷冻水处理中。
2.3生物处理特征
(1)填料挂膜量：立体网状填料的结构为一种丝条多重交插的螺旋结构，污水在填料中呈三维流动状态，它必然成为最适宜微生物附着繁衍的温床。根据清华大学水污染控制实验室、中国地质大学水资源与环境工程实验室以及工程使用后实测数据，填料的挂膜量为：
好氧生物膜：190kg/m3～316kg/m3
厌氧生物膜：80.4kg/m3～133.1 kg/m3
(2)填料的容积负荷及处理效果
①在内循环接触氧化条件下，填料容积负荷4.43kgcod/m3·d时，cod去除率31.5％～43.2％。
②在折流板厌氧反应器中，进水cod=300～900mg/l，污泥负荷为0.06～0.18kgcod/kgmlss·d，厌氧cod去除率为60％～75％，产甲烷率可达250～300mlch4/gvss·d。
2.4填料的产品规格
3填料的技术经济比较
3.1技术经济比较表
现列举几种填料，将其性能比较列于表2中。
tse型蜂窝直管边距为35～50 mm；
tx型悬浮填料为ф50×50mm柱状；
tq型球形填料为ф50mm～ф150mm，球内填塑料丝；
sqc型丝状球形填料为ф150mm，球内有中心绳，其上装有横向丝条；
ta—ii型弹性立体填料为片式，截面呈x型，是改进后的原ydt型立体填料；
tp型半软性填料为串片式；
th型组合填料为半软性填料与纤维软性填料组合而成。
悬挂型支架为tk型全塑框式。
由于有些填料未能取得相关的测试数据，表2中仅列出了一部分性能参数。
3.2对比分析
(1)从结构特点分析：rc型立体网状填料由于其交插螺旋网状特点，可使污水，空气和生物膜得到充分混渗接触交换，生物膜不仅能大量地在丝条上均匀坐床，保持良好的活性和孔隙可变性，而且在运行过程中气体在三维流动的污水带动下，互相碰撞并被螺旋网不断切割成更小的气泡，增加了氧的利用率，可减少曝气量，同时可使生物膜有良好的新陈代谢作用，不致粘连结团，因此它具有气泡切割能力强、空间体积利用率大、无死区等特点，是当前污水处理中性能指标较好的填料。
(2)从安装方式上与悬挂型填料比较：立体网状填料安装方便，只需将其放在底部的格栅支架上，不需固定，装取都为整体式。并可随着水的性质与浓度及好氧、兼氧、厌氧等工艺不同，而采用相应的不同材质与形状的填料，充填率只需30%～40％。悬挂填料必须上下固定或装入笼形框架内，安装和取出十分不方便，填料与支架的摩擦以及被风吹动后中心绳摆动互相缠绕，致使其断裂倒塌，这是至今悬挂型填料刻意要求解决的问题。因此其寿命短，要求更新快，填充率一般为100％，故运行更新费用高工作量大。
(3)与悬浮型填料相比：立体网状填料不需用绳网拦截和分割池体，填充体积约为悬浮型填料的1/2，因此造价低。更重要的是tq型球形填料因其内部填入一团塑料丝或塑料条，比表面积大，挂膜快且多。但已生成的生物膜不易从球内部脱落出来，致使老化生物膜堵死在球内，产生厌氧状态。sqc型丝状球解决了生物膜脱落问题，但因其为辐射状的直线丝条定位在绳索上，丝条之间并末粘连，不仅挂膜量少，而且挂膜困难。另外悬浮填料共同的特点是易被鼓风吹起而堆积到一处形成死水区。取出时需用爪篱将数量众多的球体捞出，工作量大。特别在埋地式设备中，很难从入孔中取出。
(4)经济比较：立体网状填料由于其填充率小，支架简单，故单位池容积填料及支架总费用仅l00～150元/m3池容积，是其它填料价的l/2～l/3。因此立体网状填料是集中了悬浮及悬挂型的优点，而克服了其缺点的新型填料。
4安装与应用
4.1填料的应用范围
(1)用于各种污水的接触氧化二级处理或三级处理，容积负荷可在0.15～4.0kgbod/m3 ·d，可获得良好且稳定的处理水质。
(2)用于污水处理的水解池，厌氧生物滤池和复合厌氧反应器中，作为兼氧菌或厌氧菌的固定生物床。
(3)用于微污染给水生物处理中的固定生物床，去除有机物，利于后续的常规处理工艺。
(4)用于污水的深度处理，容积负荷0.15kgbod/m3·d，进水bod<15mg/l，处理后出水bod<3mg/l，可作为回用水。
(5)用于流动床生物滤池的悬浮填料 (采用圆柱形)。
4.2安装注意事项
(1)空气量：接触氧化设计中空气量可按去除每kgbod需注入空气70～90nm3计算，也可按水气比为1：8～1：12计算。运行中需维持曝气池中溶解氧浓度为do=2.5～4.0mg／l即可。
(2)在曝气池内由于水中有浮力作用，填料能在格栅支架上保持稳定，但是若将池内之水放空时，由于每m3填料上附着有约300kg的生污泥，为了不致将荷载全部加在填料上，引起填料弯曲或格栅支架变形等事故，需在放空污水的同时，用压力水冲洗填料，使粘附其上的生污泥随水排出。
(3)填料的适用水温为5℃～40℃，在其范围内材料有非常强韧的特性，不会变形。但在5℃以下工作时，由于其硬度增加，抗冲击性能变差，需选择有抗冷脆性添加剂的材料。另外长年在室外直射的日光曝晒下，填料会因紫外线而引起老化，致使强度降低。如必须在室外曝晒下使用，需特别注明使用耐气候、防老化型产品。一般填料应贮存在有遮阳蓬的堆场上，防止长期日晒，且避免冰冻。
(4)填料进行挂膜时，一般需往池内接种一部分活性污泥，或适当增加水体的营养物含量，以利加快挂膜速度。在18℃～20℃条件下，可按接触氧化池总容积的l%～2％接种活性污泥进行细菌培养。开始运行时经1d的闷曝后，再逐渐进水运转。在最初的5～7d内，需将空气量控制在1／2左右，这样可使微生物在立体网状填料表面很好地坐床，并粘附繁殖起来，肉眼可见填料表面有白色菌团粘附，此时方可按正常情况曝气。若一开始就采用高强度曝气，会使生物膜的附着和增殖减慢，且需要较长的稳定时间。
(5)若因生物膜量过大或由于ss过多且粘附在生物膜上，致使填料有堵塞时，只需用压力水(p：0.3mpa)将中心孔冲洗，很快可清通。填料中止使用时，可用水冲洗填料，而后浸泡于水池中，勿使阳光强烈曝晒，更不可使池水冰冻，而影响填料的使用寿命。作者：邬象牟