污水处理填料堵塞的形成机理及控制措施

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2023-0394

工业水处理 ›› 2024, Vol. 44 ›› Issue (5): 1-13. doi: 10.19965/j.cnki.iwt.2023-0394

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污水处理填料堵塞的形成机理及控制措施

刘建国¹^,²(), 门颖欣¹^,³, 魏敬铤⁴, 李文凯⁵, 朱畅¹^,³, 曹英楠¹, 杨晓霞²(), 刘俊新³^,⁶, 郑天龙³^,⁶()

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收稿日期:2024-03-15 出版日期:2024-05-20 发布日期:2024-05-21
作者简介:
刘建国（1980— ），博士，教授。E-mail：jgliu_yxc@163.com
杨晓霞，硕士，讲师。E-mail：595607848@qq.com。
郑天龙，博士，副研究员。E-mail：tlzheng@rcees.ac.cn
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(51838013); 内蒙古自治区直属高校基本科研业务费项目(JY20220104); 内蒙古自治区“草原英才”工程创新创业人才团队; 内蒙古科学技术研究院创新团队(CXTD2023-01-016)

The formation mechanism and control measures of sewage treatment filler blockage

Jianguo LIU¹^,²(), Yingxin MEN¹^,³, Jingting WEI⁴, Wenkai LI⁵, Chang ZHU¹^,³, Yingnan CAO¹, Xiaoxia YANG²(), Junxin LIU³^,⁶, Tianlong ZHENG³^,⁶()

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^6. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Received:2024-03-15 Online:2024-05-20 Published:2024-05-21

摘要/Abstract

摘要：

污水处理填料能够提高污水处理效果，但其堵塞问题会降低处理能力、恶化运行工况，亟待解决。为提高污水处理填料的抗堵塞能力，综述了污水处理填料堵塞的相关研究，从填料特性、应用场景、物质分类、堵塞特点、发展机制和影响因素等方面总结了污水处理填料堵塞的形成机理，从事前、事中、事后三个方面讨论了针对污水处理填料堵塞问题的7项常用控制措施，并根据研究现状提出了堵塞形成机理、堵塞控制措施、填料设计优化等方面的研究建议，以期为污水处理填料及配套工艺的后续研究和技术开发提供支撑，提高污水处理填料的应用效益。

关键词: 污水处理填料, 堵塞, 发展机制, 控制措施

Abstract:

Sewage treatment filler can improve the effect of sewage treatment, but its clogging problem will reduce the treatment capacity and deteriorate the operating conditions, which needs to be solved urgently. In order to improve the anti-clogging ability of sewage treatment filler, this paper reviewed the relevant research on the clogging of sewage treatment filler. The formation mechanism of clogging for sewage treatment filler was summarized from the aspects of filler characteristics, application scenarios, material classification, clogging characteristics, development mechanisms and influencing factors. Seven common control measures for clogging of sewage treatment filler were discussed from three aspects:pre-event,in-event and post-event. According to current studies, the research suggestions on clogging formation mechanism, clogging control measures and filler design optimization were proposed to provide support for the subsequent research and technology development of sewage treatment fillers, and improve the application of sewage treatment fillers.

Key words: sewage treatment filler, clogging, development mechanism, control measures

中图分类号:

X703

刘建国, 门颖欣, 魏敬铤, 李文凯, 朱畅, 曹英楠, 杨晓霞, 刘俊新, 郑天龙. 污水处理填料堵塞的形成机理及控制措施[J]. 工业水处理, 2024, 44(5): 1-13.

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https://www.iwt.cn/CN/Y2024/V44/I5/1

图/表 8

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121	YE Jianfeng， XU Zuxin， CHEN Hao，et al. Reduction of clog matter in constructed wetlands by metabolism of Eisenia foetida：Process and modeling［J］. Environmental Pollution，2018，238：803-811. doi:10.1016/j.envpol.2018.03.062

类型	性质/分类	名称	优点	缺点	应用场景	参考文献
定型固定式	酚醛树脂、玻璃纤维、固化剂	蜂窝状硬性填料、波纹板硬性填料	填充质轻，韧性强，长期使用不会变质	生物膜量较少，表面光滑，生物膜容易滑落，易堵塞	生物滤塔中应用较多	〔13，21-22〕
悬挂式	软性填料	LINPOR填料、RINGLACE塑料纤维填料	布水、布气均匀，挂膜速度快，污水处理效果好，造价低，适用范围广	长时间使用会出现结团现象，结团中心出现厌氧区，影响出水效果	广泛用于食品、制药、造纸、医院等废水处理	〔2-3，23-24〕
	半软性填料		不易结团，气水分布能力强于软性填料	比表面积相对较小，表面较为光滑，微生物附着能力较差，价格稍高	与接触氧化塔、氧化池、氧化槽等配套使用	〔2，25-26〕
	组合填料	盾形填料、笼式填料	耐老化、耐生物降解、比表面积大、质量轻、生物膜附着性能佳	价格较贵、后期也会结团	广泛应用于各种污水及废水处理	〔2，27-28〕
	弹性填料		初期挂膜快，生物膜代谢均匀，水气双接触，生物活性增强，污水处理效果较好	要求布水、布气均匀，安装复杂	广泛应用于印染纺织以及医院污水和生活污水处理工艺	〔2，29-30〕
悬浮式		无纺布	体积传氧系数大，微生物产生种数多，在水流作用下膜的活性维持较高水平，不堵塞，操作简单，易维护	比表面积适中，价格高，生物膜分布不均匀	化工、制药、造纸等工业废水以及生活污水处理	〔2，4，12，31〕
	聚丙烯及添加剂	空心球形填料
	（改性）聚丙烯、聚乙烯	圆柱填料
	聚丙烯、聚乙烯等	鲍尔环
		悬浮粒子
		阶梯环
废弃物填料		建筑废弃物	具有较大表面积、相对发达的孔隙度以及一定的强度，部分物质粗糙的表面也可为生物膜提供附着位点		生活污水、工业废水、人工湿地等	〔17，32〕
		秸秆	产量大，价格低廉，为反硝化提供碳源，渗透系数高	普通玉米秸秆吸附能力较差，需进行一定条件的改性处理	养殖废水	〔33-34〕
		腐殖垃圾	阳离子交换容量大，吸附交换能力强，生物相丰富，具有较大的污染物容纳能力		垃圾渗滤液、畜禽废水的处理	〔35-37〕

类型	性质/分类	名称	优点	缺点	应用场景	参考文献
定型固定式	酚醛树脂、玻璃纤维、固化剂	蜂窝状硬性填料、波纹板硬性填料	填充质轻，韧性强，长期使用不会变质	生物膜量较少，表面光滑，生物膜容易滑落，易堵塞	生物滤塔中应用较多	〔13，21-22〕
悬挂式	软性填料	LINPOR填料、RINGLACE塑料纤维填料	布水、布气均匀，挂膜速度快，污水处理效果好，造价低，适用范围广	长时间使用会出现结团现象，结团中心出现厌氧区，影响出水效果	广泛用于食品、制药、造纸、医院等废水处理	〔2-3，23-24〕
	半软性填料		不易结团，气水分布能力强于软性填料	比表面积相对较小，表面较为光滑，微生物附着能力较差，价格稍高	与接触氧化塔、氧化池、氧化槽等配套使用	〔2，25-26〕
	组合填料	盾形填料、笼式填料	耐老化、耐生物降解、比表面积大、质量轻、生物膜附着性能佳	价格较贵、后期也会结团	广泛应用于各种污水及废水处理	〔2，27-28〕
	弹性填料		初期挂膜快，生物膜代谢均匀，水气双接触，生物活性增强，污水处理效果较好	要求布水、布气均匀，安装复杂	广泛应用于印染纺织以及医院污水和生活污水处理工艺	〔2，29-30〕
悬浮式		无纺布	体积传氧系数大，微生物产生种数多，在水流作用下膜的活性维持较高水平，不堵塞，操作简单，易维护	比表面积适中，价格高，生物膜分布不均匀	化工、制药、造纸等工业废水以及生活污水处理	〔2，4，12，31〕
	聚丙烯及添加剂	空心球形填料
	（改性）聚丙烯、聚乙烯	圆柱填料
	聚丙烯、聚乙烯等	鲍尔环
		悬浮粒子
		阶梯环
废弃物填料		建筑废弃物	具有较大表面积、相对发达的孔隙度以及一定的强度，部分物质粗糙的表面也可为生物膜提供附着位点		生活污水、工业废水、人工湿地等	〔17，32〕
		秸秆	产量大，价格低廉，为反硝化提供碳源，渗透系数高	普通玉米秸秆吸附能力较差，需进行一定条件的改性处理	养殖废水	〔33-34〕
		腐殖垃圾	阳离子交换容量大，吸附交换能力强，生物相丰富，具有较大的污染物容纳能力		垃圾渗滤液、畜禽废水的处理	〔35-37〕

分类	无机类	有机类
外源物质	无机悬浮物^{〔38，42-43〕}（部分大气降尘、填料床所含细颗粒）	有机类悬浮物质（纤维类物质、塑料制品^〔43-44〕）
外源物质	无机悬浮物^{〔38，42-43〕}（部分大气降尘、填料床所含细颗粒）	植物、微生物残体
内源物质	破碎填料碎屑^{〔42，45〕}	藻类
内源物质	化学沉淀物	生物膜（胞外聚合物）

分类	无机类	有机类
外源物质	无机悬浮物^{〔38，42-43〕}（部分大气降尘、填料床所含细颗粒）	有机类悬浮物质（纤维类物质、塑料制品^〔43-44〕）
外源物质	无机悬浮物^{〔38，42-43〕}（部分大气降尘、填料床所含细颗粒）	植物、微生物残体
内源物质	破碎填料碎屑^{〔42，45〕}	藻类
内源物质	化学沉淀物	生物膜（胞外聚合物）

缓堵方式		投加物质	进水水质	填料填充	堵塞参数	缓堵效果	参考文献
事前控制	进水预处理	硅藻土+PAM	生活污水以及海河水		出水SS、TP	出水效果达一级B	〔118〕
事前控制	进水预处理		城市废水+旅游废水	3~6 mm花岗岩+砾石	水力传导率	去除76%的TSS，运行2 a内未发生堵塞现象	〔119〕
事中控制	轮休、停休		初沉池出水	粗砂、瓜子片、大砾石	不可滤物质含量	堵塞物质以及污染物质都较轮休前有所下降	〔120〕
	间歇进水		初沉池出水	不同粒径废砖块	水力传导系数、孔隙率、堵塞物质积累量等	系统运行寿命从130 d延长至225 d	〔77〕
	生物调控	鼠李糖脂		石英、砾石	孔隙度	孔隙度和过滤效率提升50%	〔110〕
		本源微生物菌剂	工业废水	砾石、粗砂、特殊填料（石灰石、铁等混合物）	堵塞物质淤积含量	出水水质维持以及排放标准且从未出现堵塞现象	〔108〕
		蚯蚓	乡镇生活污水	石英砂	堵塞物质含量	有机物含量减少	〔121〕
	物理反冲		预处理后的生活污水	粗砂	水力停留时间、水力传导率	水力传导性基本可以恢复到运行初期	〔99〕
事后控制	化学解堵	抑制剂+多糖酶	乳品养殖废水		水力传导率	水力传导率提升2.8倍	〔117〕
		氢氧化钠、盐酸、次氯酸钠、洗涤剂	人工废水	碎石	渗透率和有效孔隙率	次氯酸钠效果最明显可恢复至初始参数的69%	〔114〕
		过氧化氢	生活污水	砾石	有机质含量	出水有机质含量升高	〔115〕

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污水处理填料堵塞的形成机理及控制措施

The formation mechanism and control measures of sewage treatment filler blockage

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[1]	刘家节, 姜宝安. 板框压滤机滤布清洗剂的研究及现场应用[J]. 工业水处理, 2019, 39(3): 107-108.
[2]	公彦猛, 姜伟立, 李爱民, 范亚民, 常闻捷. 高浓度有机废水湿式氧化处理的研究现状[J]. 工业水处理, 2017, 37(5): 20-25,49.
[3]	王国强, 张荣新, 傅金祥, 鲁勇朝, 苏杨. 人工湿地自改性基质用于污水深度处理技术研究[J]. 工业水处理, 2016, 36(1): 73-78.
[4]	肖飞, 敬加强, 杨露, 李业, 伍鸿飞. 含聚污水过滤罐堵塞及解决方法研究[J]. 工业水处理, 2013, 33(11): 71-74.
[5]	汪丁亮, 陈兴权, 殷礼文, 乔春生. 污水生化处理曝气系统的更新改造[J]. 工业水处理, 2013, 33(10): 89-91.
[6]	白佳琦, 张颖. 人工湿地防堵技术研究进展[J]. 工业水处理, 2011, 31(6): 5-9.
[7]	杨晓梅, 贺琼, 朱贻钧. 生物处理工艺处理工业废水[J]. 工业水处理, 2008, 28(1): 81-82.
[8]	张永亮, 刘凡清, 朱臻. 新型同向流斜板沉淀池试验研究[J]. 工业水处理, 2005, 25(1): 46-48.
[9]	雷明, 李凌云. 人工湿地土壤堵塞现象及机理探讨[J]. 工业水处理, 2004, 24(10): 9-12.
[10]	苏东辉, 郑正, 王勇, 唐登勇. 超临界水氧化技术[J]. 工业水处理, 2003, 23(2): 10-14.
[11]	黄加东. 三循板式换热器堵塞原因分析及对策[J]. 工业水处理, 2000, 20(12): 42-44.

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