生物膜復合填料在造紙廢水中的應用

引言

造紙工業(yè)是全球重要的工業(yè)之一，但其生產過程中產生的廢水含有大量的有機物、懸浮物、化學添加劑和色素等污染物，具有高COD（化學需氧量）、高BOD（生化需氧量）、高色度和低生物降解性等特點。傳統的物理化學處理方法雖然能夠有效去除部分污染物，但存在運行成本高、二次污染等問題。近年來，生物處理技術因其高效、經濟和環(huán)保等優(yōu)勢，逐漸成為造紙廢水處理的主流方法。其中，生物膜復合填料技術作為一種新型的生物處理手段，因其在處理效率、穩(wěn)定性和經濟性等方面的優(yōu)勢，得到了廣泛的應用。

生物膜復合填料的基本原理

生物膜復合填料是一種由多種材料（如塑料、陶瓷、纖維等）制成的多孔載體，表面具有較大的比表面積，能夠為微生物提供良好的附著環(huán)境。在廢水處理過程中，微生物在填料表面形成生物膜，通過吸附、降解和轉化等作用，將廢水中的有機物、氮、磷等污染物去除。

生物膜復合填料的核心在于其多孔結構和表面特性，這些特性能夠促進微生物的附著和生長，形成穩(wěn)定的生物膜。生物膜中的微生物主要包括細菌、真菌、原生動物和后生動物等，它們通過協同作用，將廢水中的污染物降解為無害的物質，如二氧化碳、水和氮氣等。

生物膜復合填料在造紙廢水處理中的優(yōu)勢

1. 高效去除污染物

造紙廢水中的有機物和懸浮物含量較高，傳統的活性污泥法在處理高濃度廢水時容易發(fā)生污泥膨脹等問題。而生物膜復合填料能夠通過物理吸附和生物降解的雙重作用，高效去除廢水中的COD、BOD和懸浮物。研究表明，采用生物膜復合填料處理造紙廢水，COD去除率可達80%以上，BOD去除率可達90%以上。

2. 抗沖擊負荷能力強

造紙廢水的污染物濃度和水質波動較大，傳統生物處理系統容易受到沖擊負荷的影響。生物膜復合填料由于具有穩(wěn)定的生物膜結構和較高的微生物濃度，能夠有效應對水質波動，保持較高的處理效率。

3. 運行成本低

生物膜復合填料技術不需要頻繁的污泥回流和曝氣，運行能耗較低。此外，填料的壽命較長，維護成本低，能夠顯著降低廢水處理的整體費用。

4. 減少污泥產量

傳統活性污泥法在處理造紙廢水時會產生大量的剩余污泥，增加了污泥處理的難度和成本。而生物膜復合填料技術由于微生物附著在填料表面，污泥產量顯著減少，降低了污泥處理的負擔。

5. 適應性強

生物膜復合填料可以應用于多種廢水處理工藝中，如生物濾池、生物接觸氧化池和移動床生物膜反應器（MBBR）等。其靈活的設計和安裝方式使其能夠適應不同規(guī)模和類型的造紙廢水處理需求。

生物膜復合填料在造紙廢水處理中的具體應用

1. 生物濾池

生物濾池是一種常見的生物膜處理工藝，通過在濾池中填充生物膜復合填料，利用微生物的降解作用去除廢水中的污染物。生物濾池具有結構簡單、運行穩(wěn)定等優(yōu)點，適用于中小型造紙企業(yè)的廢水處理。

2. 生物接觸氧化池

生物接觸氧化池是一種高效的好氧生物處理工藝，通過在池中設置生物膜復合填料，增加微生物的附著面積，提高處理效率。該工藝適用于處理高濃度造紙廢水，能夠有效去除COD、BOD和氨氮等污染物。

3. 移動床生物膜反應器（MBBR）

MBBR是一種新型的生物膜處理工藝，通過在反應器中投加懸浮的生物膜復合填料，利用填料的移動和微生物的降解作用處理廢水。MBBR具有處理效率高、運行穩(wěn)定、占地面積小等優(yōu)點，適用于大型造紙企業(yè)的廢水處理。

4. 厭氧-好氧組合工藝

對于高濃度造紙廢水，可以采用厭氧-好氧組合工藝，通過厭氧反應器中的生物膜復合填料降解大分子有機物，再通過好氧反應器進一步去除剩余的污染物。該工藝能夠顯著提高廢水的可生化性，降低處理難度。

生物膜復合填料的選型與優(yōu)化

1. 填料材料的選擇

生物膜復合填料的材料應具有良好的生物親和性、機械強度和耐腐蝕性。常用的材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯和陶瓷等。此外，填料的表面特性（如粗糙度、孔隙率等）也會影響微生物的附著和生長。

2. 填料形狀與尺寸的優(yōu)化

填料的形狀和尺寸會影響其在廢水中的流動性和微生物的附著效果。常用的填料形狀包括球形、圓柱形和蜂窩形等。填料的尺寸應根據處理工藝和水質特點進行優(yōu)化，以確保其在水中的懸浮性和處理效率。

3. 填料投加量的控制

填料的投加量應根據廢水的水質和處理工藝進行合理控制。過高的投加量會增加運行成本，而過低的投加量則會影響處理效果。通常，填料的投加量應占反應器有效容積的30%-50%。

結論

生物膜復合填料技術在造紙廢水處理中具有高效、穩(wěn)定、經濟和環(huán)保等優(yōu)勢，能夠有效去除廢水中的有機物、懸浮物和氮磷等污染物。通過合理的工藝設計和填料選型，生物膜復合填料技術可以廣泛應用于不同規(guī)模和類型的造紙廢水處理中，為造紙行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供技術支持。未來，隨著材料科學和生物技術的不斷進步，生物膜復合填料技術將在廢水處理領域發(fā)揮更大的作用。