腐殖土活性污泥技术中的填料研究

摘 要：腐殖土活性污泥技术处理污水能力更强、效率更高，在日本、韩国得到广泛应用，但在国内鲜有报道，基于这项技术的日本、韩国的腐殖土反应器在国内推广还存在适应性的问题，本文通过对这项技术的核心腐殖土填料进行改进，满足这项技术在国内推广和应用的需要。本文采用岩相法、X-光射线衍射、差热分析、化学分析等技术手段，解析了韩国腐殖土反应器中腐殖土填料、轻石的结构、成分和其它性质。由于国内腐殖土价格昂贵、市场供应少，成分难以达到技术的要求，本文用腐殖土、硅藻土和浮石进行配比，制成腐殖土填料，经检测分析，在结构、成分上接近韩国的腐殖土填料，北京神力达环保设备有限公司采用这种改进后的腐殖土填料研制的土壤微生物反应器已获得国家专利，提高了有机物、营养盐类的去除率，使BOD的去除率达95%以上，TN、TP去除率达70%以上，从根源上消除硫化氢，氨氮等恶臭物质，污泥产率减少30%以上，解决了污泥的二次腐化和处理难的问题，同时这项技术易实现对原有污水处理厂进行升级改造，使处理能力可提高30%以上。

关键词：腐殖土填料；腐殖土反应器；污水处理；腐殖土活性污泥技术

腐殖土活性污泥法是模拟自然土壤环境，在活性污泥系统内培养并富集大量土壤微生物，从而使活性污泥菌群结构发生变化，强化了污水处理效果。

日本于20世纪80年代开发了腐殖土活性污泥工艺，并成功地应用于日本的岛内住宅小区污水净化站、山之内水质净化中心、鸟栖市饭田地区和永吉地区农田排水处理站等多个污水处理厂，90年代该工艺进入韩国后得到了广泛的应用和快速的发展。腐殖土活性污泥工艺在日本和韩国的运行实践表明，采用该工艺处理的污水无臭味产生，污染物的去除效率高，且污泥产率降低，使脱水性得以改善，这对我国新建污水处理厂的设计运行和污水厂的改扩建具有一定的借鉴意义。

腐殖土活性污泥技术虽然在日、韩两国已有较大规模和数量上的工程应用，但目前国内对该技术的研究与应用情况却鲜有报导。由于污水水质的不同，该技术在我国还存在适应性的问题，适合我国水质特性及运行条件的腐殖土活性污泥工艺还有待于深入研究和开发。为此笔者结合目前所开展的研究及工程实践，对腐殖土活性污泥技术中腐殖土填料进行了研究，并选择了腐殖土、浮石和硅藻土三种原料进行合成，研制出了物理、化学指标与性能和韩国腐殖土填料接近而成本更低的产品，以期为该技术在我国的研究、推广应用提供参考。

1 腐殖土活性污泥法原理与过程

腐殖土活性污泥法的基本原理是基于模拟天然土壤的生境特性，将生化反应过程中产生的化能异养型及化能自养型微生物通过微生物反应器培养成优势菌群，培养好的优势菌群（土壤微生物）通过回流系统，从污水流入处回流至整个系统中。污水中氨、硫化氢、二甲胺、甲硫醇、二甲二硫等有害物质被微生物分解吸收或被微生物活动代谢产生的有机物质产生吸附、凝聚、结合反应，然后经过缺氧池、好氧池产生重缩合、氧化、还原、分解等反应，最终去除污染物质。被吸附的有机污染物质又成为微生物及其代谢产物的增殖能源，从而在根源上达到去除污染物质的目的。污水处理流程如图1：

其中化能异养型微生物包括：芽胞杆菌属（Bacillus.sp），假单胞菌属（假单细胞细菌），微球菌属（微球菌），硝化菌属（Nitrobacter），节杆菌属（Arthobacter），放线菌属（Acinetobacter）；化能自养型微生物包括：硫杆菌（Thiobacillus）等。

2 韩国腐殖土填料和轻石的成分与结构分析

2.1 腐殖土填料简介

北京神力达环保设备有限公司从韩国引进了腐殖土活性污泥技术中的腐殖土反应器（图2）。它是一种内部填充腐殖土填料（图3）和轻石的生物培养装置。腐殖土填料是以大分子土壤有机物质和土壤微生物等为主要成分的棒状物，是将含有腐殖质的土壤经熬炼使之凝固、风干后制成；轻石为质轻多孔的天然块石，又称浮石或浮岩。

2.2 岩相法分析

2.2.1 填料岩相法分析

该填料颜色为褐色，柱状，质轻，气孔多（属开放型），硬度低。

镜下观察（图4）：该填料成分以非晶质和有机质为主约占95%，褐铁矿4-5%，石英、方解石

2.2.2 轻石岩相法分析

该轻石颜色为黄白色，块状，质轻，气孔构造，硬度中等。

镜下观察（图5，图6）：该轻石具斑状玻璃质结构，气孔构造。由长石、角闪石斑晶约30%，玻璃质及火山灰、铁质集合体占30-40%和气孔30%，磁铁矿2-3%组成。斑晶：长石无色，棱角状，可见环带；角闪石绿色，柱状，阶梯棱角状（图3）。玻璃质：浅黄色，并混有火山灰及铁质集合体，呈黑色尘点状，具均质体，似有流动构造，显示定向性。磁铁矿：黑色不透明，四边形粒状，尘点状。岩石中有较多气孔，大小不一，形状不规则，并拉伸呈定向分布。

2.3 差热分析

在腐殖土填料差热图谱中（图7），289℃放热峰为有机质燃烧所致，由此可见，该样品中含有大量的有机质。轻石不具有热效应。

2.4 X-射线衍射分析

X-射线衍射分析是对填料和轻石进行物相分析（矿物成分）的一种手段，结果如下：

填料还应耐酸碱盐，耐生物腐蚀，抗老化，价廉易得等，还要求填料堆砌形态、结构能为气、液、固三相提供充分的接触，尽量强化填料表面上流体的湍流程度，提高传质效率。

3.2 原料的选择

在前文的分析基础上，笔者首先选择了高质量的腐殖土和浮石，但在我国腐殖土价格昂贵，市场供应少，为了节约成本和达到韩国腐殖土填料的性能要求，另一种原料选择了改性的硅藻土。

作为亲水物质加入的硅藻土是一种新型的水处理剂，是由不导电的非晶质二氧化硅组成的硅藻壳体，其比表面积50-60m2/g，孔体积0.6-0.8m3/g，孔半径2000～4000nm。吸水率为自身重量的3-4倍，具有较强的吸附力，能把细微物质吸附到硅藻表面，形成链式结构。

3.3 原料成分分析

三种原料的X-射线衍射图谱见图10、图11、图12，矿物成分见表2。

通过三种原料的X-射线衍射分析，与韩国的腐殖土相比，我国的腐殖土非晶质物质的含量低，难以达到应有的污水处理效果，而硅藻土和浮石的非晶质物质含量很高，所以加入硅藻土和浮石弥补了我国腐殖土非晶质物质不足的缺陷。

4 结语

4.1 腐殖土活性污泥法是模仿自然生态环境，主要利用腐殖土反应器中腐殖土填料附带的菌类和菌类活动产生的有机质来净化污水，使得污水无臭味产生，具有有机污染物和重金属的去除效率高，污泥产率低等特点。

4.2 对韩国腐殖土反应器中的腐殖土填料和轻石采用了岩相分析、差热分析、X-光衍射分析、化学分析等手段进行分析，结果表明：腐殖土填料富含菌类和有机质，腐殖土和轻石中非晶质SiO2含量高，在结构上具有孔隙率高，吸附能力强的特点，在成分上具有较高的Ca、Mg、Fe、Al等元素的含量，能配合微生物的活动，增强对污水处理的效果。

4.3 由于国内腐殖土价格昂贵，市场供应少，且非晶质SiO2含量低，难以满足制作填料的要求，笔者针对这些不利因素，选用国内的腐殖土、硅藻土和浮石进行适当的配比和压制成型，成品的填料在成分、结构以及微生物与有机质、有益元素、非晶质SiO2含量等方面接近韩国腐殖土填料，且成本更低廉，适合我国污水处理的需要。