摘要：生物陶粒作为一种广泛应用的材料，已经成为滤料研究的热门方向。介绍了曝气生物滤池中生物陶粒滤料的种类和性能，并对生物陶粒滤料的存在问题及发展方向进行了讨论。
曝气生物滤池是近年来受到广泛关注的污水处理技术，是集生物降解、固液分离于一体的污水处理设备，具有占地面积小、处理效率高、运行管理方便等特点，主要是依靠滤料上固定生长的微生物来分解有机物，并对氨氮进行硝化。因此，凡影响微生物生长代谢活性的因素都会影响到生物处理的净化效果，如进水水质、水温、pH、滤料类型，结构特点和滤料比表面积等。但众多影响因素中，其核心——滤料性能，一定程度上决定曝气生物滤池的处理成效，因此滤料的研究在该工艺发展中至关重要。陶粒作为滤料的一种，具有材料低廉易得、表面积大、孔隙率大、化学和物理稳定性好等优点，适合在我国推广。
1 生物陶粒的种类及性能
生物陶粒采用天然矿物或工业废弃物作为主要原料，经直接破碎或加工成粒，再烧制而成，内部多孔，比表面积较大，吸附能力强，化学稳定性好，其比表面积是石英砂的6~8倍，孔院率是石英砂的17~22倍。生物陶粒根据原料成分的不同，主要分为以下几种：
(1)粘土陶粒。采用粘土为主要原料，加入适当化工原料作为膨胀剂，经高温烧制而成。此滤料强度好、孔隙率大，比表面积大，化学稳定性好。与玻璃钢等规则滤料相比，具有生物附着性强、挂膜性能好、水流流态好、截污能力强等优点。
(2)粉煤灰陶粒。粉煤灰是燃煤电厂排放的固体废弃物，粉煤灰陶粒以固体废弃物为主要原料，加入辅料，加工成球，烧制而成。此陶粒表面粗糙坚硬，内有许多微孔，呈蜂窝状，其性能优良、经济效益好，施工适应性强、应用范围广。
(3)韩国EPP填料。该填料是把聚丙烯树脂粉和粉末活性炭按一定比例混合后形成含活性炭的母料，再将该母料经挤压膨胀制造出膨胀聚丙烯填料。由于填料中含有粉末活性炭，因此具有较强的有机物吸附能力及适合微生物生长的多孔性。
(4)页岩陶粒。又称膨胀页岩，采用天然岩石页岩为原料，经高温焙烧精制而成。其无毒、无味、抗压耐磨、耐腐蚀，并具有良好的吸附性能和强度，适用于各类水质的净化处理。
(5)硅藻土陶粒。其由较细的硅藻壳聚集，经生物化学沉积作用形成的沉积岩，呈疏松状。其吸水和吸附能力强，熔点高，具有多孔结构。目前生产硅藻土陶粒有两种方法：焙烧法和免烧法。
(6)煤矸石陶粒。煤矸石是采煤过程中排出的含碳量较少的黑色废石，化学成分与粘土比较相似。是我国排放量大的固体废弃物，其排放与堆积不仅占用大量耕地，同时对地表、大气等造成很大的污染。煤矸石生物陶粒以煤矸石为主要原料，具有材料低廉易得，挂膜快，易于反冲洗等特点。
(7)铝矿废渣——赤泥陶粒滤料。赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，主要成分有SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3等氧化物，是制备陶粒滤料的主要原料。
(8)纳米改性陶粒。纳米粉末颗粒分散相具有大比表面积和强界面效应，附着于陶粒填料表面和内部孔隙表面，为反应器的挂膜和启动提供高的粗糙度，从而提高细菌的增殖速度和生物膜的形成速度。
(9)河道底泥类陶粒。大量的江河湖水经过多年的沉积形成了很多泥沙，利用河底泥替代粘土，经挖泥、自然干燥、生料成球、预热、焙烧、冷却制成的陶粒为河道底泥类陶粒。
(10)生物污泥陶粒。污水处理厂处理完污水后产生大量的生物污泥。以生物污泥为主要原材料，采用烘干、磨碎、成球、烧结成的陶粒。用生活污泥代替部分粘土来烧制陶粒既节省粘土，又保护农田。
(11)新型活性炭陶粒滤料。活性炭是制做滤料的理想原料，但活性炭自身特点及价格偏高并不适合用于曝气生物滤池滤料，所以长久以来没有活性炭陶粒滤料的研究。但随着近年来许多自来水厂纷紛采用臭氧活性炭工艺去除水中有机污染物，产生大量的废活性炭，废活性炭再生将大大降低活性炭价格，这使得活性炭在曝气生物滤池滤料中的应用出现了转机。将废活性炭回收做再生处理，既节约了资源又减少了污染，再生活性炭价格是新活性炭价格的40%~60%。利用价格低廉的再生活性炭治成适合曝气生物滤池的免烧陶粒滤料将会是曝气生物滤池发展的转折点。
青岛理工大学李海宁研制的活性炭陶粒滤料以再生活性炭和水泥为主要原料，加入适量外加剂，混合后加水免烧制成。结果表明：所制备活性炭陶粒滤料用于曝气生物滤池处理生活污水是可行的。
2 现有生物陶粒滤料存在的问题
曝气生物滤池选择生物陶粒的主要依据是：粒径3mm以:（粒径越小，越产生堵塞）；堆积密度一般在500~800kg/m3，吸水率越高越好，有一定的抗压强度，球度系数在0.95以上，比表面积是8m2/g（越大越好），掉渣率小于0.5%，盐酸可溶率小于1%。
现有陶粒滤料的缺点主要有：
(1)经破碎的陶粒作滤料时磨损破碎率较高、易掉沫、堵塞滤池影响过滤周期和出水水质。
(2)颗粒不规则滤料过滤时水流阻力较大。
(3)所用原料大部分为粘土和页岩等，浪费土地资源，破坏山林。
(4)生产工艺设计中很少考虑生成粗糙的表面结构，而和做骨料的陶粒等同考虑，这样既使烧成温度偏高，浪费热量，又使陶粒表面结釉，不利于增加比表面积。
3 发展方向
水资源短缺和污水处理问题在全世界都受到高度重视，我国水处理工艺和效率相对落后。所以，加大这方面研究力度，寻求适合我国国情的工艺和相关材料尤为重要，生物陶粒滤料的研究发展将有助于加速曝气生物滤池工艺在我国的推广应用。滤料的研究是朝着物化性能稳定、孔隙率高、比表面积大、吸附能力强、反冲洗方便且节水的方向发展。
新型滤料需围绕以下几方面进行改进：
(1)采用的原材料，传统陶粒主要是粘土、陶土等原料，大量生产浪费土地资源，新型原材料应以固体废弃物为主，减少天然矿物质和粘土的开采。利用工业废料等新型原料制备陶粒有重要意义，如用自来水厂废活性炭、粉煤灰、煤矸石等。研究以新型原料代替粘土为主要原料的陶粒滤料是势在必行的。
(2)改进生产工艺，优化各项性能参数，使陶粒生产过程中人力，物力得到节约，如采用矿化剂降低烧成温度、研制免烧型陶粒或采用工业废料作添加剂改善陶粒的各项性能等。我国陶粒滤料的生产仍然以焙烧陶粒为主，焙烧陶粒能耗高，污染严重，不符合节能和环保的要求，免烧陶粒是今后陶粒的发展方向。
(3)改善陶粒滤料形状和表面结构，如生产球形超轻陶粒或均粒陶粒等。
(4)对传统陶粒滤料进行表面改性。
(5)系统研究陶粒滤料的污染物去除机理。
