生物载体的应用现状与发展
姓名：朱泽敏 学号：02130111 专业：市政工程 摘要：生物载体填料在生物膜工艺中起着关键作用，近年来，国内外学者对生物载体填料从多方面做了深入的研究开发工作并取得了相应的成果。本文结合近年来国内外学者的研究成果概述了生物载体填料的应用现状，并就其发展方向给出一些见解。
关键词：生物膜技术；生物载体；活性炭；海绵铁；多孔陶瓷 前言
目前最常用的污水的生物处理方法是活性污泥法和生物膜法。活性污泥法与1914年在英国曼彻斯特建成试验场开创以来，已有将近90年的历史，它是污水生物处理领域内使用最早、最为成熟的工艺。但是活性污泥工艺在使用过程中存在诸多问题，如：占地面积大、剩余污泥量大、脱氮效果差、管理费用高、易发生污泥膨胀和污泥流失等。而生物膜法有机负荷较高，接触停留时间短，减少占地面积，节省投资。此外，运行管理时没有污泥膨胀和污泥回流问题，且耐冲击负荷。因此在我国受到了广泛重视。
生物载体填料是生物膜处理工艺的的关键，它直接影响生物反应的处理效果，而且，填料的费用在生物反应处理系统的建设投资中也占较大的比重，所以，填料的选择决定了污水的处理效果及工程的运行管理等问题。
一、 生物载体的概念和历史概况
为生物膜提供附着生长固定表面的材料成为生物载体（或填料）。
在生物膜法的发展和性能特征方面生物载体有着重要影响。最早采用的生物膜法构筑物是以碎石为填料的滴滤池，碎石的比表面积小，能够为微生物附着生长的表面积小，因而滴滤池的负荷也不大，导致其占地面积较大，加之废水以喷洒方式在滴滤池表面布水，卫生状况也不好。所以，在20世纪50年代以前，生物膜法一直未被重视。随着塑料工业的发展以及塑料填料被引入生物膜处理系统，生物膜法得到了进一步的发展。
早在十九世纪二、三十年代，英国就有人以碎石、卵石为填料建造生物滤池来处理生活污水。十九世纪末和本世纪初，韦林(Waring ),迪特(Ditter)等人先后以碎石、炉渣为填料进行了生物接触氧化法的试验。其后德国的韦加得(Weigand)以烧结渣为填料发明了旋转生物接触器。本世纪二十年代，德国的贝奇(Bach)和美国的布斯维尔(Buswell)又对生物接触氧化法进行了应用化试验。布斯维尔等人在1929年以栅网胶合板为生物载体填料，在容积为7.72m3，进水BOD浓度为112.0mg/L，日平均处理水量为74 m3的条件下进行试验，结果BOD出水浓度为69.5mg/L，去除率为41.4%。当时，美国和德国若干地方都采用以碎石、卵石、焦炭、软木塞、木片、木板、波形铝板等为填料的生物接触氧化法处理废水，BOD去除率最高为69%，低的只有28%，效果不太理想。1951年，德国化学工程师舒尔兹应用气体洗涤塔原理，以炉渣、瓷环等为填料，创立了塔式生物滤池。1954年前后，美国学者应用基本的化学工程原理(物料平衡和一级反应动力学)建立了生物载体填料的数学模型以解释污水的净化过程。生物滤池的
运行原理促进了塑料树脂制造的合成填料的迅速发展。1975年威尔福德(Wilford)、康伦(Conlon)报导了美国新泽西州11家处理厂采用以石棉水泥板等为填料的生物接触氧化法处理污水，取得了BOD的平均去除率为87.5%的好效果，但当时的进水BOD浓度低，通常只有几百mg/L。
然而以往的生物膜法处理效果都不理想，BOD去除率低，其主要原因是处理构筑物内大都采用石、渣、炭、板、片等无机填料，以致使填料的比表面积小，固定生物膜量不大，使BOD负荷过高，填料的构造不合理，易于堵塞，停留时间过短，一般只有0.5小时左右。这样，有机物氧化分解不彻底，BOD去除率低，出水BOD值高。
20世纪50年代是生物载体发展的分界线，在此 之前生物膜法却没有引起足够的重视，其主要原因是生产中最早采用的生物载体是碎石，其比表面积小，限制了生物量和浓度；之后，由于塑料工业的发展以 致大量的塑料生物载体的应用使生物膜法有了长足的发展，使生物载体的比表面积、密度、大小等均能根 据生产实际需要来定，开发出各类生物膜工艺，如生物滤池、生物流化床、生物接触氧化工艺等。
近十年来。国内外各种新型生物填料不断被推出。如日本工程与贸易公司开发的RINGLACE塑料纤维填料已在工程上获成功应用。该填料被固定在铝制的笼子里垂直置于曝气池中，受曝气冲力的影响而浮动摇摆，因而污泥不会矿化和沉积。在污水处理厂中对几种不同填料进行对比试验发现，投加RINGLACE塑料纤维填料的曝气池，
其BOD和COD的去除率可增加30%~50%。在新型悬浮填料方面，德国LINDE公司的LINPOR填料和英国的SIMONHARLIEY公司的CAPTOR填料，目前发展较为成熟，这2种填料均由聚氨酯泡沫塑料制成，具有很高的比表面积（5000~35000m2/m3）,可使系统的固定微生物质量浓度分别达10~18kg/ m3和7~10 kg/ m3，适用于高浓度工业废水的处理。
二、生物载体与固定化微生物技术
固定化微生物技术是现代生物工程领域中的一项新兴技术，它是通过化学或物理的手段将游离细胞或酶定位于限定的空间区域内, 使其保持活性并可反复利用的方法。固定化微生物的制备方法多种多样，废水处理中常用的方法主要有: 吸附法、包埋法和交联法三大类，其中以包埋法应用最为普遍。固定化微生物技术可以用于处理氨、氮废水，含酚废水，印染废水及脱色，及重金属废水
固定化微生物技术需要合适的载体，理想的微生物固定化载体应具备的条件：固定化过程简单，常温下易于成形；固定化过程及固定化后对微生物无毒；基质通透性好；物化稳定性好，机械强度高，抗微生物分解；沉淀分离性好；价格低廉，寿命长。
固定化微生物技术在废水生物处理领域中具有独特的优越性和巨大的潜力，引起了人们的普遍关注并获得了广泛的研究，但要实用化还有许多问题亟待解决：(1)寻找高效、廉价、抗毒性强的微生物，发展多种生物共生的固定化体系；(2)开发性能稳定、强度高、寿命长、费用低、传质阻力小的固定化载体；(3)开发高效的固定化反应
器；(4)高强度废水固定化处理和其他优化组合的处理工艺的开发；相信通过不断的研究，固定化微生物技术在废水处理中会成为一项高效而实用的废水处理技术，并获得广泛的应用。
三、生物载体应用现状
在污水生物处理中常用的生物载体主要有无机和有机两大类；无机生物载体常见的有沙子、玻璃材料、沸石、矿渣、陶瓷类、陶粒、活性炭、硅藻土、蒙脱石等；无机生物载体机械强度高、化学性质稳定、可提供较大的比表面积，但是其密度大，难以悬浮生长，而且反冲洗需要的动力消耗也大，限制了其应用范围，但是无机生物载体材料较为广泛、易得，是生物膜法中较为理想的生物载体；随着生物载体制作技术的发展，无机生物载体在生产过程添加一些添加剂使其密度减少、变轻将有利于无机生物载体的开发和应用。
有机生物载体是生物膜法中使用的主要载体， 主要有PVC、PE、PS、PP、各类树脂、塑料、纤维以及 明胶等。其中有机高分子生物载体适用于悬浮生长 完全混合工艺，而塑料类生物载体适用于固定床或混合型工艺
下面给大家介绍几种目前比较常用的生物载体
首先是大家都比较熟悉的活性炭，利用活性炭作为生物载体处理水的方法，也称为生物活性炭法。此方法的优点在于先吸附后降解的独特作用机理，使污染物停留时间与水的停留时间异值，在同等停留时间条件下，其污染物停留时间长，因而处理效果好。另外微生物活动对活性炭起到再生作用，能使20%~24%的活性炭得到再生，因此