发泡聚丙烯载体，促进生物膜生长，实现高效的废水处理

为了环境和我们的生活质量，有效处理废水起着至关重要的作用。使用移动的、覆盖生物膜的塑料物品（称为载体）来处理污水的生物方法越来越受到重视。

大阪弥生大学工程研究生院的教授 Masayuki Azuma 和副教授 Yoshihiro Ojima 与关西化工厂（一家位于大阪的水处理相关产品专门公司）的一个团队合作，发现聚丙烯载体发泡以产生不平坦的表面和更大的表面积，与光滑的塑料载体相比，可以形成 44 倍的生物膜。

简而言之，一种新型的聚丙烯载体通过发泡处理，能够更好地促进生物膜的形成。从而改善水质。

参考文献：Tomoki Gamo, Yoshihiro Ojima, Sayaka Matsubara, Yoshihiro Fukumoto, Masayuki Azuma. Nitrogen conversion performance of a polypropylene carrier designed to promote biofilm formation through foaming. Environmental Technology & Innovation, 2024; 36: 103747 DOI: 10.1016/j.eti.2024.103747

一、什么是聚丙烯发泡载体？

聚丙烯发泡载体是一种新型的、具有多孔结构的材料。它以聚丙烯为基材，通过物理或化学方法引入气泡，形成许多细小的孔洞。这些孔洞就像是一个个“小房子”，为微生物提供了大量的附着表面和生长空间。

与传统载体相比，聚丙烯发泡载体有更大的比表面积、更好的通气性、更强的耐腐蚀性、更轻的重量等优点。

• 更大的比表面积： 发泡处理增加了材料的表面积，为微生物提供了更广阔的生长空间。
• 更好的通气性： 孔洞结构有利于氧气的扩散，为好氧微生物的生长提供了充足的氧气。
• 更强的耐腐蚀性： 聚丙烯具有良好的耐酸碱、耐腐蚀性能，使用寿命长。
• 更轻的重量： 发泡处理降低了材料的密度，便于运输和安装。

二、什么是生物膜？

生物膜是由微生物及其分泌的胞外聚合物所组成的，附着在固体表面上的复杂群落。在水处理过程中，生物膜中的微生物能够吸附、降解水中的有机物、氮、磷等污染物。

生物膜在水质净化中的主要是表现在吸附作用、生物降解作用、硝化和反硝化作用、磷的去除等。

• 吸附作用： 生物膜具有较大的比表面积，能够吸附水中的悬浮物、胶体物质和有机物。
• 生物降解作用： 生物膜中的微生物能够分泌多种酶，将复杂的有机物分解为简单的无机物。
• 硝化和反硝化作用： 一部分微生物能够将氨氮氧化为硝酸盐（硝化作用），另一部分微生物则能够将硝酸盐还原为氮气（反硝化作用），从而去除水中的氮污染。
• 磷的去除： 生物膜中的微生物能够通过吸附、共沉淀等方式去除水中的磷。

总结来说，生物膜是水处理过程中重要的生物反应器。而聚丙烯发泡载体则为生物膜的生长提供了良好的载体，从而提高了水处理系统的效率。

三、这项研究的污染物去除效果如何？

根据论文中提供的信息，研究者们对这种新型载体在氮转化方面的性能进行了评估。他们发现，与传统的载体相比，这种新型载体的氮转化效率更高。具体来说，在连续进水条件下，这种载体的总氮去除率达到了91.2%，而传统载体的总氮去除率仅为76.8%。

此外，研究者们还对这种载体对其他污染物的去除效果进行了初步研究。他们发现，这种载体对氨氮、总磷和COD的去除效果都有一定的提高。实验表明氨氮去除率: 90.0%、总磷去除率: 29.9%、COD去除率: 75.0%。

这些结果表明，这种新型的聚丙烯发泡载体在水质净化方面具有较好的应用前景。

需要注意的是，磷的去除效果相对较弱，这可能是由于磷的去除机制较为复杂，涉及到多种因素的影响。

这项研究成果在诸多领域具备潜在应用价值，如污水处理、水产养殖等。

1、污水处理:

• 城市污水处理: 可用于城市生活污水和工业废水的生物处理，尤其适用于高浓度氨氮和有机物的处理。
• 农村污水处理: 适用于农村生活污水的分散式处理，能有效去除农村污水中的氮、磷等污染物。

2、水产养殖:

• 养殖水体净化: 可以用于净化养殖水体，降低氨氮、亚硝酸盐等有害物质的浓度，改善养殖环境，提高养殖产量。
• 生物滤池: 可作为生物滤池的填料，有效去除养殖废水中的有机物和氮磷。

3、回用水处理:

• 工业回用水: 可用于工业回用水处理，降低水中的污染物浓度，实现水的循环利用。

四、引发的思考

如何进一步优化载体的孔隙结构，使其更适合不同类型微生物的生长？

是否可以通过改变发泡工艺或引入其他材料，提高载体的比表面积和孔隙率？

如何设计具有特定功能的孔隙结构，例如选择性吸附某些污染物？

如何对载体表面进行改性，增强其对特定污染物的吸附能力？

是否可以通过引入功能基团，提高载体对生物膜的附着力？

载体在长期运行过程中，其性能会发生怎样的变化？如何延长载体的使用寿命？

如何对失活的载体进行再生，使其恢复活性？

这些有趣的问题，希望能对你有一点帮助，也可以在论坛讨论。

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