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

改性技術：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HDPE填料進行表面涂覆改性，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，形成微納結構，為微生物附著提供更多位點。

這種改性不僅增強了填料的物理特性，還通過引入親水基團（如—OH、—NH?）優(yōu)化了表面化學性質。實驗數據顯示，改性填料表面蛋白質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）網絡進一步提升了微生物的附著穩(wěn)定性，加速了生物膜的形成。

脫氮除磷機制：多相協同的強化效應

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

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

磷的吸附與生物轉化：填料表面的PDA涂層增強了電負性，促進磷酸鹽的化學吸附；同時，生物膜內的聚磷菌（PAO）在厭氧-好氧交替條件下實現超量吸磷，使TP去除率提升至71.6%。

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

工程應用與經濟性分析

在江蘇某市政污水處理廠的升級改造中，采用改性HDPE填料的MBBR工藝處理規(guī)模為2萬m3/d。運行數據顯示：

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

運行成本：填料壽命延長至5年以上，污泥產量減少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

當前技術仍存在優(yōu)化空間：

動態(tài)調控技術：結合在線監(jiān)測與AI算法，實時調整曝氣量和填料填充率，進一步提升能效；

復合功能填料開發(fā)：負載鐵基或錳基材料，同步實現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，預測更換周期，降低運維成本。

結語

改性HDPE填料通過表面親水化與功能化設計，顯著提升了MBBR系統的脫氮除磷效能，為污水處理廠的提標改造提供了經濟高效的技術路徑。隨著材料科學與智能控制技術的融合，這一技術有望在全球范圍內推動污水處理向低碳化、資源化方向發(fā)展。