酶促填料与某些多孔填料
挂膜特性对比试验研究
龙腾锐张勤郭劲松成一知
提要 对酶促填料、陶粒和高炉渣!种多孔填料的小型动态对比试验研究表明：酶促填料比陶
粒和高炉渣挂膜迅速、微生物生长快、附着生物量大；且具有有利于结构致密的菌胶团及絮凝性能良
好的微生物生长的特性，是一种理想的水处理生物载体填料。
关键词 酶促填料 多孔填料 挂膜特性
前言
在废水及微污染水的处理工艺中，生物膜法是
一种高效处理工艺。填料作为该工艺的核心部分，
其性能直接影响和制约着工艺的处理效率。较好的
生物学特性是填料作为生物膜反应器内微生物载体
所应具备的主要性能［&］。
本试验选取酶促生物填料、炼钢废弃物———高
炉渣以及普通陶粒!种多孔填料，以重庆市渝北区
城南污水厂的城市污水为试验污水，进行了常温下
的缺氧挂膜试验，比较了酶促填料与其它两种多孔
填料的挂膜特性。
试验材料与方法
试验装置
试验滤柱由有机玻璃制成，其内径为&%%))，
填料名称有效孔
有效
图& 试验装置流程
表# 填料物理特性
松散 促进剂氦密度 空隙率
平均 每克填
填料层厚#%%))，总有效容积为*(+#,。共设置!
表面积孔容
容重
含量／/／), ／0
粒径 料所含
组相同的装置，分别装填陶粒（!"）、某钢铁公司的
工业废弃物———高炉渣（#"）及酶促填料（$"）。
陶粒
／)’／/／),／/ ／/／), ／&/／/
—
／1)
颗粒数
以上三种填料粒径均为-%&%))。试验滤柱各部
分主要尺寸见表&，试验流程如图&所示。
表" 试验装置主要参数
（!"） %(&%’*%(%*!’%(.#"
高炉渣
（#"）%(%&+!%(%-!#&(&+*
酶促填料
—
’(!%% +&(+%(!!* +
!(&.. +#(*%(!!! !
名 称
配水区
填料层
沉淀区
保护高度
总计
高度／))
’%%
#%%
&-%
-%
&%%%
有效容积／,
&(-*
+(*&
&(&.
*(+#
（$"） %(&.#&%(&.#&%(#-!’- ’(+.* ++(#%(!!" -
物处理中厌氧微生物的大小一般为%(-%&2%&)，为
有利于**在填料表面的附着生长，填料表面的微
孔尺寸应当在保证**自由出入的同时，还留有供
细胞与基质之间扩散和交换的空间［’］。因此本文所
&(’ 填料基本物理特性
!种填料的物理特性如表’所示。废水厌氧生
!国家“九五”科技攻关子专题资助项目（"#$"%"$%&%’$%&）部分内
容。
统计的填料有效孔表面积和有效孔容均为***小
尺寸’倍以上（即"&%&)）的微孔所对应的部分填
料总孔表面积和总孔容。
&(! 污水水质
挂膜初期（!!!"#）采用重庆市城南污水厂初沉
池出水与化粪池污水混合液（$"污水），挂膜后期
（!%!&%#）的试验污水采用初沉池出水（’"污水），
两种污水的水质指标见表(。试验阶段进水)*+
变化见图&。
表! 试验污水水质
接种污泥分成(等份，每份加入$"污水并配成混合
液浸没反应器中的填料，静态接触&"A后连续进水，
连续运行"5A后将悬浮污泥排出，镜检发现#"填
料表面已出现生物膜附着特征。启动初期采用$"
污水，运行!6#后逐步降低进水 )*+ 浓度，*终采
用 ’"污水。再经!%# 运行后)*+去除率超过
指标 )*+),
／-.／/
00
／-.／/
12(31
／-.／/
1*!331
／-.／/
碱度
／-.／/
42
%6B，同时对填料进行微生物镜检，发现酶促填料表
面已形成较为稳定的生物膜，说明填料已挂膜成功，
$"污水5(&!!6%7(7"!%!!"789!%78( — &9:!"!%786!78"
’"污水 !:%!&"% 79!&6:&"8:!((8%58%!!&8%&(9!"&7:85!78&
而陶粒和高炉渣分别还需运行&"#及(6#才完成挂
膜过程。
! 试验结果与分析
(8! 试验结果
试验测试结果列于表%，填料的挂膜情况见图
(，表:及图 " 反映了挂膜率沿填料高度的变化情
况，试验结束时对(种填料进行了电镜扫描观测，陶
粒和酶促填料生物膜照片见图%，试验期间滤柱的
各项管理指标见表7。
表$试验测试结果
图& 试验期间进水 )*+变化
编号 )*+去除率 平均1*(331 开始挂膜时间
*大挂膜率
膜厚
!8" 接种污泥
／B
去除率／B
／#
／.00／.填料
／$-
城南污水厂活性污泥处理系统的间歇曝气池有
良好的有机物去除效率和脱氮效果，兼氧菌活性高、
繁殖较为迅速，在重力浓缩池的缺氧环境中厌氧与
兼氧微生物得到进一步增长，用这种污泥接种可为
缺氧状态下的快速驯化挂膜打下良好的基础。因
此，本试验采用城南污水厂重力浓缩池中的污泥作
为反应器接种污泥。污泥浓度!%8!7.／/，;00／00
为68%&，每组装置的接种污泥量约为!896/。
［
!8% 测试项目及方法(］
测试项目及方法列于表"。
表" 测试项目及方法
项目 测定方法 频率 项目 测定方法 频率
%"&%8(!::8! %"8:
&"&68!!(78& (%85
#"&78:!7%8" :"8%
%
%
(
686"%& 7785
686&5( :%8(
6867:( !6:8"
)*+ 美国 2$)2测试仪 !次／# 生物相 光学显微镜镜检(次／<</span>
+* =0>型溶氧仪 !次／# 碱度 中和滴定法 !次／#
?/00 标准重量法 &次／< 1*(331 戴氏合金法 !次／<</span>
填料号
图( 填料挂膜情况
表%不同填料高度的挂膜率
填料高度／--
6 !%6 (66
:66
?/;00 灼烧减量法&次／< 12(31 纳氏试剂比色法&次／<</span>
%"
686"(% 686((! 686&79 686!6:
42值
42仪
!次／# 温度 *小刻度68!@温度计!次／#
&"
686&77 686&&% 686!%: 6866:&
注：<</span>为周。
# 试验过程
#"
注：单位为.00／.填料。
6867"" 686:9& 686%96 686&&(
本试验采用“快速排泥法”［"］挂膜。将驯化好的
(8& 试验结果分析
阶段
指标
时段
／!
"#$
／%
有机负荷
／&’()*／（+,・!）
-"值
(.(),碱度
／+’／/
挥发酸
／+’／/
溶解氧
／+’／/
水温
／0
挂膜静置期
挂膜流动期
1!,
2!13
11!45
15!23
—
673
873
—
4953!,93:
39;4!49:4
39;3!39:6
;93!;92
;93!;9,
896!;95
898!;94
,38!24,
4:8!256
455!241
4,:!24:
;2!:8
54!1,,
46!61
,1!68
391!39
1:!45
1:!4;
4,!,1
注：由于高炉渣的成份中以 (.)为主的金属氧化物占,3<</span>以上，因而在试验过程中使"#滤柱内-"太高（*高时-"值达到:75以上）。
影响微生物附着的关键因素。
,747171 孔表面积对填料挂膜的影响
填料丰富的内表面为微生物提供了附着的场所
和相对稳定的内部空间。因此，填料的孔表面积是
影响填料挂膜和滤柱启动的重要因素［8］。由表4可
知，酶促填料（$#）的有效孔表面积是陶粒（%#）的
1763倍，是高炉渣（"#）的 1,73倍，从而使酶促填
料具有明显优于另外两种多孔填料的微生物附着特
图2 微生物量随反应器高度的分布情况
图5 填料生物膜照片
,7471 ,种填料的挂膜特性分析
微生物在填料表面的附着受填料表面特性、微
生物特性及周围环境等诸多因素的影响，良好的挂
膜特性是废水生物处理填料应具有的重要性能［5］。
填料的孔表面积、表面粗糙度、生物生长促进剂等是
性。
（1）酶促填料挂膜速度比陶粒和高炉渣快。
$#填料表面于试验开始第,!挂膜，第45!生物膜
厚度便已达到*大值；而%#、"# 填料到第5!镜检
时才出现生物膜附着特征，且生物膜达到*大厚度
的时间比$# 填料分别长:!和15!。
（4）酶促填料表面微生物生长状况比另外两种
多孔填料好。从表,所示,组滤柱对有机物的去除
效果来看，挂膜期内$#滤柱的*大 ()*去除率比
同一天的%# 滤柱的高:75<</span>，比"# 滤柱的高
4:71<</span>；另外，$#滤柱还有着明显优于另外两组滤
柱的脱氮能力。挂膜期间，$#滤柱的=),>>= 去
除率分别比%#、"#滤柱的高:7:<</span>和467;<</span>。
（,）酶促填料表面生物膜厚度比陶粒和高炉渣
大。根据表 5所示试验结果，$#填料上的*大生
物膜厚度分别为%#和"# 填料的17,; 倍及178,
倍。
,747174 表面粗糙度对填料挂膜的影响
微生物本身具有非常大的孔表面积，容易受到
来自界面之间的相互作用。载体的表面粗糙度越
大，对微生物的捕捉能力也就越强［;］，所以填料的表
面粗糙度是形成初期生物膜的主要影响因素。图8
为陶粒和酶促填料净表面的电镜照片。
从图8电镜观测结果可以看出，酶促填料表面
孔隙发育比普通陶粒好，具有更大的表面粗糙度。
在!" 滤柱中，由于表面粗糙度较大的酶促填料对
水流具有更强的重分布能力，使滤柱内水流对生物
膜的剪切力减小，同时也为微生物与基质之间的混
合和接触创造了有利的内环境，促进了生物膜在填
料表面的积累。根据表!及图"显示的试验结果，
!"滤柱上部填料的挂膜率分别为#"、$"滤柱的
#$%&倍及’$!&倍。其底部填料的挂膜率为 #"滤
柱的%$(% 倍，是$" 滤柱的#$!) 倍。上述试验结
果充分体现了酶促填料优于另两种多孔填料的微生
物附着性能。
图! 填料净表面照片
’$#$# 不同填料表面的生物膜性状
挂膜试验结束时观测到，陶粒表面的生物膜为
黑色；高炉渣表面的生物膜较为稀薄，呈灰黑色；酶
促填料表面的生物膜呈棕黑色绒状。对’种填料进
行的电镜扫描观察结果显示：’种填料上均以球菌、
杆菌等为优势菌种。陶粒上的生物膜较酶促填料
薄，菌胶团大而稀薄，观测过程中偶尔可见到裸露的
陶粒表面；高炉渣上附着的生物膜更为稀薄，独立的
菌胶团遍布其表面；酶促填料表面完全被生物膜所
覆盖，生物膜结构致密，以菌胶团为主，这种结构不
仅对微生物自身具有保护作用，而且能增强生物膜
对水中有机物的吸附氧化性能；微生物中以单球菌、
杆菌为优势菌种，填料间隙的微生物也以上述菌群
为主，这类微生物种群具有良好的絮凝性，提高了反
应器持留生物固体的能力，从而为高负荷处理低浓
度有机废水提供了优越的生化反应条件。
! 结论
（%）在常温下以城市污水为试验污水，对陶粒、
高炉渣和酶促填料的缺氧挂膜对比试验研究表明：
酶促填料因其较大的有效孔表面积和表面粗糙度，
有着比陶粒和高炉渣更为良好的挂膜特性。酶促填
料表面在试验开始后第 ’*出现生物膜附着特征，
#+*完成挂膜，挂膜成功的时间比陶粒快)*，比高炉
渣快%+*；其*大生物膜厚度分别为陶粒、高炉渣的
%$’(倍和%$!’ 倍，因而在相应填料层高度上的微
生物浓度较高。
（#）酶促填料有利于以球菌、杆菌等为优势菌种
的菌胶团附着生长，从而可形成对水中有机物具有
良好絮凝、吸附和氧化性能且结构致密的生物膜，为
高负荷处理低浓度有机废水提供了良好的条件。
