PCG填料技术研究性能说明
国内外研究现状和发展趋势
MBBR工艺是移动床生物膜反应器(Moving Bed Biofilm Reactor，MBBR)英文的缩写，起源于20 世纪70年代，是一种新型污水处理技术，旨在强化生化池深度脱氮除磷，实现 经济、可持续的稳定达标，广泛应用于污水厂提标、提量改造。自 1989 年挪威 Stensholt 市政污水厂工 程首次应用MBBR以来，至今全球已有超过600座污水处理厂采用MBBR工艺。2000 年初，MBBR从国外引进国内进行了相关研究和部分项目的使用，受限于当时相关技术不成熟，出现过失败案例， 使得MBBR工艺的国内推广受阻。直到 2008 年，MBBR首次成功应用于无锡芦村污水处理厂，突破了MBBR实际应用中包括流化与拦截在内的一系列工程问题，增加了行业对MBBR的信心，MBBR在国内开始大规模推广，应用规模超过 8
00 × 104m3/d且每年递增。
虽然近年来国内外许多学者已对其进行了大量研究，MBBR工艺作为成熟的污水生物处 理技术已得到了广泛的应用。但因其独有的特点，仍是污水处理 领域开发研究的一个热点。针对目前废水污染物种类繁多的现状，对其的研究主要集中在对悬浮填料的改性、以及与其他工艺相结合等。
悬浮填料是 MBBR 工艺的核心，它作为微生物附着生长的载体，它的性能可直接影响到该工艺的挂膜能力、生物膜生长情况 以及对污染物的处理效果。如今 ，尽管填料的种类非常丰富，但有时仍需对填料的材质、表面性质或者结
构进行必要的改性，以使其能够更好地满足特定的需求。有学者通过添加能促进生物酶催化的纳米材料对填料进行改性后，形成的生物膜结构稳定生物量多，而且对氨氮有较好的去除效果。又有研究表明采用可生物降解的材料制作填料，发现改性后的填料的挂膜速率更快，并在移动床生物膜反应器系统中实现了同步硝化反硝化脱氮。 关于通过聚氨酯泡沫填料的表面进行改性以增加其亲水性，提高挂膜能力的研究同样层出不穷。此外也有对填料的结构进行改性，如通过向传统塑料填料中添加海绵来改变原填料的结构，以强化其挂膜和处理能力。
目前国内外市场上流通的可作为MBBR的填料主要分为，多孔型载体和凝胶型载体（非多孔体）两大类。多孔型载体以廉价易得的优势应用最为广泛，例举有，聚烯烃材质多孔体（聚乙烯/聚丙烯），聚氨酯多孔体及纤维素多孔体等。这类填料设计为多孔构造以增加其比表面积负载更多生物总量，但聚烯烃和聚氨酯多孔体本为疏水性材质，水中流动性差，缺乏生物亲和力，常常事与愿违。纤维素多孔体虽为亲水但极容易被微生物所侵蚀分解，受用寿命极短。另一类凝胶类载体例举有，聚丙烯酰胺凝胶，聚乙二醇凝胶，聚乙烯醇凝胶，海藻酸凝胶等，凝胶类载体具有高保水性能，生物亲和力极高，可包埋菌落，但价格极高且强度极差，在应用中需要投入大量的成本，而且极其容易受到破损，影响系统整体运行造成经济损失。
考虑经济效益问题，多数工程案例中会选择机械强度优异的高密度聚乙烯作为填料的基础材质，但同样在运行中，其有限的比表面积限制了工艺本身的进步，同时不断地刮擦对其他设备造成的损害仍然有待解决。
PCG悬浮填料技术性能说明
PCG悬浮填料是我团队经多年高分子设计经验累积耗时数年研究开发的一种自带锁水基团极具亲水性能的高分子凝胶状多孔体，其密度接近于水，生物亲和力极强，优良的通气结构保证了作为生物载体时内外传质的通畅性，独特的墙体骨架增加了比表面积为微生物提供了优良的栖息空间的同时使其耐磨性增强，使用寿命更长久。
1 PCG悬浮填料技术特点
l 亲水性，只需10秒润湿，几乎瞬间与水亲和，挂膜更快流化更均匀
l 通气性，98%的连通性大尺寸气孔使反应器中气、水、固相之间的传质跟有效率且不易堵塞
l 庞大的比表面积，微生物附着量大，较小的填充比例下可实现高效的生物处理
l 抗磨损物理性能强，具有超强度高分子结构设计在强破坏性试验下表现优越。
2 PCG悬浮填料与同类产品的比对
PCG软质悬浮填料与同类产品对比
比较项目 | PCG 多孔凝胶填料 | 国产改性 聚氨酯填料 | 德国产改性 聚氨酯填料 | 日本产聚氨酯 多孔凝胶填料 |
比表面积（m2/m3） | 约4000 （遇水膨胀状态无法测量） | 300~700 | 本体：2500 （内藏活性炭粉末后：20000） | 约3000 （遇水膨胀状态无法测量） |
空隙率% | 98 | 80 | 75~90 | 98 |
反应池填充率% | 15~30 | 30~70 | 15~30 | 30~70 |
润湿性 | 10秒 | 3个月 | 2天~3个月 | 10秒 |
完成挂膜时间 | 7~10天 | 数月 | 7天~数月 | 7~10天 |
无机添加物 | 无 | 有/无 | 有 | 有 |
10mm尺寸24h 强磨损残存率 | 92% | 0% （粉末状） | 64.1% | 86.1% |
使用寿命 | 10年以上 | 1~2年 | 10年以上 | 10年以上 |
国内业绩数量 | ★★ | ★★★★★ | ★ | ★ |
价格比对 | ★★★ | ★★ | ★★★★★ | ★★★★ |
3 PCG-20悬浮填料抗磨损物理性能实验报告
A. 试验目的
通过磨损性试验对比PCG以及其他海绵载体物理强度之优劣。为日后在水处理载体的选择及使用上，提供数据的参考。
B. 试验对象
B.1 PCG-20水处理多孔凝胶载体 （水膨胀后20mm白色立方体）
B.2 普通水处理海绵载体 （20mm黄色立方体）
C. 试验方法
C.1 准备1000ml容器，容器内壁贴有180#防水砂纸，加水400ml备用。
C.2 取试验对象样品各5个。
C.3 投入容器内，加入特制搅拌器，以400rpm的条件下搅拌。
C.4 使投入之载体在搅拌下不断强烈摩擦，24小时后，取出进行残存量的重量测定，观测结果。
D. 试验结果（24h）
D.1 PCG-20水处理多孔凝胶载体 （20mm白色立方体） 残存率 82.2%
D.2 普通水处理海绵载体 （20mm黄色立方体） 残存率 0% （粉末状无法检出）
E. 试验对比照片
载体抗磨损性能试验实施装置
PCG-20载体实施抗磨损性试验前 PCG-20载体实施抗磨损性试验24H后
某公司海绵载体实施抗磨损性试验前 某公司海绵载体实施抗磨损性试验24H后
PCG-20载体实施抗磨损性试验24H前后对比 某公司海绵载体实施抗磨损性试验24H前后对比
4 PCG悬浮填料技术参数
项 目 | 参 数 |
材质类型 | 聚氨酯多孔凝胶 |
规格形状 | 10mm-30mm立方体 |
比表面积 | ＞3000m2/m3 |
孔隙率 | 98% |
投配率 | 15%~70% |
润湿时间 | 10秒 |
挂膜时间 | 3~7天 |
硝化效率 | 600~1250gNH3-N/m3/d(至氧转化极限) |
BOD5氧化效率 | 1000~5000gBOD/m3/d(至氧转化极限) |
COD氧化效率 | 1000~7500gCOD/m3/d(至氧转化极限) |
生物附着量 | 约5kg~20kgSS/m3载体 |
适用pH | 6~10 |
适用温度 | 1~50℃ |
使用寿命 | 10年以上 |
5 应用PCG软性悬浮填料反应器的优势
Ø ※比表面积更大，可达4000 m²/m³
Ø ※填料填充率显著降低，竞争产品的填充率为30%–70%，而PCG的填充率仅为
15%-30%。
Ø ※能耗明显降低，比活性污泥工艺节省20%能耗。
Ø ※易于挂膜，3天内微生物就能在载体内繁殖生长。
Ø ※硝化和反硝化效果更佳，除氮能力更强。
Ø 改扩建项目——对已建设施的处理量最大能增加 150 %，改扩建费用相对于其它工艺低很多，管线改动少。
Ø 新建设施——池容仅为传统活性污泥法的 60~70%左右，投资成本低，能满足环保法规对各项指标的要求。
PCG担体与传统MBBR硬质填料比对下的技术优势
在MBBR工艺应用中，系统是否能够达到良好的运行状态及预期的运行效果，悬浮填料的选择起着至关重要的意义。悬浮填料在反应器中充当着微生物载体的角色，即在填料的选择方面我们必须结合高分子材料学、微生物学、流体力学等多方面科学因素进行考量。
传统MBBR填料多以硬质聚乙烯或聚丙烯材料制成，通过比重调整使其真密度接近小于水，被市场广为应用。但由于此类塑料材质特有的疏水结构使其润湿时间相当长久且受保护的比表面积有限，致使初期启动时间慢长、池内流化性能差、处理优势不明显。有甚者在实际项目应用过程中：由于填料不断摩擦反应器内设施导致的设备受损、由于填料累积翻越出口拦网导致的后续处理单元瘫痪等运行事故也时有发生为用户增加了许多苦恼。
为解决上述市场背景下的技术课题，我司倾注多年高分子技术力量研发的PCG担体具有以下技术优势：
（1） 亲水性更佳
PCG担体为自带锁水基团的高分子多孔凝胶材料，水润湿时间小于10秒。投入污水中瞬间可与污水相融合与微生物相接处，相比传统MBBR硬质填料可大大缩短微生物挂膜时间，使反应器更快进入最佳运行状态。
（2） 流化更均匀
PCG担体为具有98%开孔结构的大孔径凝胶体其密度略大于水，在反应器中通过自身重力、气体的提升力、水流的搅动力以及微气泡吸附下的浮力等多重力的作用下表现极易流化，即使在70%的高填充密度下也可自由流化。故在合理的工程应用中可做到不上浮、不堆积、无死角。与传统MBBR硬质填料相比大大提升了反应器整体的处理效率
（3） 比较面积更大
PCG担体多孔体的特征决定了其强大的受保护比表面积，且其内部骨架为墙体膜状结构，约2000m2/m3的庞大比表面积为反应器内微生物提供了更易附着的栖息空间、更有通体大孔径结构使得反应器中溶解氧与基质物质在生物膜表面的专递及代谢产物的排出更为通畅。与传统MBBR硬质填料相比可应用较少的填充比例起到更高的处理效果，大大节省用户成本。
（4） 运行能耗更低
PCG担体的多孔结构使其在反应器运行的过程中对气泡的剪切频率远远大于传统MBBR硬质填料，故氧的传递效率更高，应对高负荷冲击更为稳定。同时PCG担体可在较低的气容比条件下流化均匀，可适应多种微孔曝气形式，较传统MBBR硬质填料流化所需能耗更低。PCG担体表面生物相多样性使其在剩余污泥减量方面的表现也更具优势，为后续的污泥处置减轻了负担。
综上所诉，PCG担体相比传统MBBR硬质填料处理效果更佳，且同样具有明显的初期投资成本优势及后期的运行成本优势。 PCG担体与传统MBBR硬质填料对比
比较项目 | PCG担体 | 传统MBBR硬质填料 |
规格形状 | 材质形状：PU立方体 型号尺寸：PCG-10（10×10×10mm） PCG-20 (20×20×20mm)
| 材质形状：PE/PP蜂窝管 型号尺寸：K1（d=10mm） K3（d=20mm）
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比表面积（m2/m3） | 4000 | 300~1000 |
空隙率% | 98 | 50~75 |
反应池填充率% | 15~30 | 30~70 |
润湿性 | 10秒 | 明显很长 |
完成挂膜时间 | 7天 | 数月 |
使用寿命 | 10年以上 | 10年以上 |
曝气条件 | 可适应微孔曝气 | 粗孔曝气 |
相同曝气条件下PCG担体流化更均匀
挂膜后的MBBR硬质填料 挂膜后的PCG软质填料
翻越出口拦网中的MBBR硬质填料 均匀流化中的PCG软质填料
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