移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（MBBR）憑借其高效脫氮除磷能力和靈活的工藝適應(yīng)性，已成為污水處理領(lǐng)域的重要技術(shù)。然而，傳統(tǒng)聚乙烯（HDPE）填料因表面疏水性強(qiáng)、生物親和性差等問題，限制了其在復(fù)雜水質(zhì)條件下的應(yīng)用效能。通過表面改性技術(shù)提升填料性能，成為突破這一瓶頸的關(guān)鍵路徑。

改性技術(shù)：從疏水到親水的性能跨越

研究表明，采用納米二氧化硅（SiO?）、聚乙烯醇（PVA）和聚多巴胺（PDA）對(duì)HDPE填料進(jìn)行表面涂覆改性，可顯著改善其親水性和生物親和性。改性后的填料接觸角從94.82°降至60.1°，親水性提升34.72°，表面粗糙度增加，形成微納結(jié)構(gòu)，為微生物附著提供更多位點(diǎn)。

這種改性不僅增強(qiáng)了填料的物理特性，還通過引入親水基團(tuán)（如—OH、—NH?）優(yōu)化了表面化學(xué)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，改性填料表面蛋白質(zhì)和多糖含量分別提高至8.83mg/g和5.82mg/g，分別為未改性填料的1.36倍和1.72倍。這種富集的胞外聚合物（EPS）網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步提升了微生物的附著穩(wěn)定性，加速了生物膜的形成。

脫氮除磷機(jī)制：多相協(xié)同的強(qiáng)化效應(yīng)

改性填料的優(yōu)越性能在MBBR系統(tǒng)中轉(zhuǎn)化為顯著的脫氮除磷效果。其作用機(jī)制體現(xiàn)在以下三方面：

分層生物膜結(jié)構(gòu)：改性填料表面形成的疏松外層和致密內(nèi)層生物膜，分別富集好氧菌和缺氧菌。外層通過硝化作用將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，內(nèi)層則利用反硝化菌實(shí)現(xiàn)脫氮，形成微觀上的“好氧-缺氧”環(huán)境，提升了總氮（TN）去除率。實(shí)驗(yàn)表明，改性填料在第16天即可使TN去除率達(dá)到83.5%，較未改性填料提高13.7%。

磷的吸附與生物轉(zhuǎn)化：填料表面的PDA涂層增強(qiáng)了電負(fù)性，促進(jìn)磷酸鹽的化學(xué)吸附；同時(shí)，生物膜內(nèi)的聚磷菌（PAO）在厭氧-好氧交替條件下實(shí)現(xiàn)超量吸磷，使TP去除率提升至71.6%。

抗沖擊負(fù)荷能力：改性填料的粗糙表面可抵抗水流沖刷，減少生物膜脫落。即使在進(jìn)水COD波動(dòng)±30%時(shí)，系統(tǒng)仍能保持穩(wěn)定的污染物去除效率。

工程應(yīng)用與經(jīng)濟(jì)性分析

在江蘇某市政污水處理廠的升級(jí)改造中，采用改性HDPE填料的MBBR工藝處理規(guī)模為2萬m3/d。運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示：

脫氮除磷效能：TN和TP平均去除率分別達(dá)到85%和75%，出水水質(zhì)穩(wěn)定優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)；

運(yùn)行成本：填料壽命延長至5年以上，污泥產(chǎn)量減少20%，噸水處理成本降低0.15元；

抗沖擊性能：在冬季低溫（10-15℃）條件下，系統(tǒng)仍能維持70%以上的脫氮效率。

未來方向：智能化與功能化升級(jí)

當(dāng)前技術(shù)仍存在優(yōu)化空間：

動(dòng)態(tài)調(diào)控技術(shù)：結(jié)合在線監(jiān)測與AI算法，實(shí)時(shí)調(diào)整曝氣量和填料填充率，進(jìn)一步提升能效；

復(fù)合功能填料開發(fā)：負(fù)載鐵基或錳基材料，同步實(shí)現(xiàn)重金屬去除與磷回收；

全生命周期管理：建立填料性能衰減模型，預(yù)測更換周期，降低運(yùn)維成本。

結(jié)語

改性HDPE填料通過表面親水化與功能化設(shè)計(jì)，顯著提升了MBBR系統(tǒng)的脫氮除磷效能，為污水處理廠的提標(biāo)改造提供了經(jīng)濟(jì)高效的技術(shù)路徑。隨著材料科學(xué)與智能控制技術(shù)的融合，這一技術(shù)有望在全球范圍內(nèi)推動(dòng)污水處理向低碳化、資源化方向發(fā)展。