填料的性能要求和参数

一.填料的性能要求
填料的性能直接影响滤池出水水质和滤池运行费用的高低，且填料购置费用在生物滤池 的基建费中占有较大比重，因此，在以生物膜法为主的工艺中，填料的选择是一个关键性的 环节。废水生物处理中采用的填料一般应满足下列要求。
①在使用过程中，具有化学和热稳定性，无毒、无有害成分，不溶出有害物质，不产 生二次污染，不影响水质和微生物处理有机物的过程。
②较大的比表面积，填料表面是生物膜形成和固着的部位，较大的比表面积可以提供 更大的生物挂膜面积和相接处面积，有利于附着更大的生物量和提高传质效率。
③填料表面易于微生物生长、挂膜，这要求填料具有活性表面、吸水率高、表面湿润 性好、有足够的粗糙度以利于微生物的附着生长。
④利于形成气相、液相的高湍流程度，以保证在浓度梯度的作用下气液相、固液相和 气固相之间的传质，这是生物处理效果的重要保证。
⑤有良好的布气布水性能，两相在反应器中的流动状况好坏、接触是否充分，与填料 的布气布水性能关系密切，布气布水均勻，可以避免反应器内形成堵塞、死角和短流，在正 常运行时影响传质过程。
⑥有较大的空隙率，填料的空隙率越大，气体通过的能力越大且压降低。这点对生物 反应器长期稳定运行，不易堵塞尤为重要，同时空隙率大，压降小，能耗低。
⑦重量轻，并具有一定的强度，耐磨、耐压、具有生物稳定性载体具有惰性，不参与 生物膜的生物化学反应，载体本身是不可生物降解的；有抗环境的化学腐蚀能力；力学性能 良好.在反应器运行过程中不需要时时更换。
⑧材料易得，价格便宜，易于购买。
⑨便于运输和安装。


软性填料
二.填料的性能参数
目前，已有一些国家制订了滤池填料标准，如美国自来水协会制订的滤料标准（1989 年）、印度标准协会制订的过滤设备要求（1977年）以及英国水和废水协会制订的滤池颗粒 填料标准（1993年）等。英国水和废水协会制订的滤池颗粒填料标准主要包括填料颗粒密 度、容积密度、机械强度（易碎性）、磨损率、溶解性、小流化速率、孔隙率、比表面积 等指标。所有这些标准初都是为饮用水的过滤处理制订的，为适用于废水处理的生物滤池 填料，必须对标准中指标的选择及具体参数的取值进行修订。
在我国有关填料的评价指标，目前没有统一的标准，除一些大家认可的常规参数，还有 很多无法量化的指标，针对这些无法量化的指标，在研究中只好自创一些概念。
本文认为填料的评价体系应包括以下一些指标。
1.常规技术参数
①规格，如填料的外形尺寸，如长、宽、高、直径等。
②密度（相对密度），填料密度与水密度的比，密度（相对密度）小，容易呈流化态， 动力消耗小。
③空隙率，指干燥状态下反应器内填料层中空隙部分所占的体积与填料层体积之比。
填料空隙率与填料颗粒形状、均匀程度以及压实程度等有关，粒径均匀和形状不规则填
料的空隙率较大。
④单位体积的填料个数。
⑤比表面积（填充后），比表面积指单位质量填料颗粒具有的表面积总和，也可以表示 为单位堆积体积填料所具有的表面积总和。填料表面是生物膜形成和固着的部位，一般而 言，填料比表面积越大，对微生物的附着越有利。
⑥填料因子。填料的比表面积与空隙率三次方的比值，即a/e3，称为填料因子，以/ 表示，其单位为1/m。填料因子分为干填料因子与湿填料因子，填料未被液体润湿时的a/ e3称为干填料因子，它反映填料的几何特性；填料被液体润湿后，填料表面覆盖了一层液 膜，<2和e均发生相应的变化，此时的a/e3称为湿填料因子，它表示填料的流体力学性能， /值越小，表明流动阻力越小。
填料性能的优劣通常根据效率、通量及压降三要素衡量。在相同的操作条件下，填料的 比表面积越大，气液分布越均勻，表面的润湿性能越好，则传质效率越高；填料的空隙率越 大，结构越开敞，则通量越大，压降亦越低。
⑦堆积重度，堆积重度=(1一空隙率）X材料重度。
2.填料的特定技术参数
①表面性质
填料的表面性质包括亲水性、粗糙度等。亲水性一般采用称重法对两种填料的亲水性进 行测定，具体的方法是，先称量两种填料的原来质量，将它们浸没在水中一段时间后再称量 它们的质量，通过两次称量的差求得填料的含水率，含水率越高亲水性越好。粗糙度直接影 响挂膜速度，粗糙度越大，挂膜越快。尽管人们普遍认为填料表面粗糙度是影响微生物固定 的重要因素之一。
但迄今为止，人们对表面粗糙度的认识还仅停留在定性描述的阶段，主要通过直观 的视觉观察来获取有关的信息。Harendranath等通过扫描电镜照片对24种填料的表观
特征，如表面粗糙程度、表面微孔尺寸及其分布进行了研究，粗略地将填料分为三大 类，即表面光滑、表面不平及表面多孔。虽然图像分析是一项快速、有效的技术，但 由此得到的表面粗糙度定量信息很少，使得给出的评价比较笼统，主观因素影响较大， 缺乏横向可比性。
分形是描述高度不规则物体的有力工具，运用分形理论对多孔填料的表面粗糙度进行探 讨。以表面分数维值定量表征填料表面粗糙度，并在对多孔填料分形特征进行深人分析的基 础上，结合具体的孔结构分布测试方法原理，推导出分数维值计算方法，进行了相应的计算 和结果分析，以期为多孔填料微观特征分析提供一种新方法。
②挂膜性能
一般包括挂膜速度、挂膜量和生物膜特性等指标，但这些指标的影响因素比较多，因此 只能采取填料之间的对比得出孰优孰劣，而无法量化。
③充氧性能
一般用溶解氧增长速度、饱和溶解氧值、氧转移系数等指标来衡量。但由于反应器结 构、污水性质、运行条件等因素对这些指标影响很大，因此孤立的数值往往没有说服力，同 样需要比较判断优劣。
④传质性能
传质性能包括布水均匀程度、切割气泡大小、水流紊动程度等。这些指标非常难以测 量，一般以肉眼观察为主，可以加人示踪剂辅助，一般只能定性描述，无法量化。
综上所述，随着生物接触氧化法应用范围的逐渐扩大，填料的品种也不断更新换代。但 目前国内生产的填料品种繁多，良莠不齐，因此对填料品种的归类、发展过程、趋势以及使 用性能的探讨就具有重要的实际指导意义。

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