生物流化床的類型及特點

1、生物流化床的類型及特點    摘要：應用生物流化床處理廢水日益得到國內外研究者的高度重視，這是由于該法具有如下特點 1：帶出體系的微生物較少；基質負荷較高時，污泥循環(huán)再生的生物量最小，不會因為生物量的累積而引起體系阻塞；生物量的濃度較高并可以調節(jié)；液一固接觸面積較大；BOD容積負荷高；占地面積小。 關鍵詞：生物流化床 流化床 生物量  Types and Characteristics of Biological Fluidized B

2、eds Abstract：Different biological fluidized beds used in wastewater treatment are presented and their construction，characteristics，applications as well as effects of treatment are described 

3、in detail，which are centering on summing up the general situation of development of aerobic biological fluidized beds and anaerobic biological fluidized beds，with the way forward&#

4、160;for further development and application of biological fluidized beds in future pointed out.Key word： biological fluidized bed; wastewater treatment； biomembrane； fluidization 應用生物流化床處理廢水日益得到國

5、內外研究者的高度重視，這是由于該法具有如下特點 1：帶出體系的微生物較少；基質負荷較高時，污泥循環(huán)再生的生物量最小，不會因為生物 量的累積而引起體系阻塞；生物量的濃度較高并可以調節(jié)；液一固接觸面積較大；BOD容積負荷高；占地 面積小。用于處理廢水的生物流化床，按其生物膜特性等因素可分為好氧生物流化床和厭氧生物流化床兩 大類，隨著對流化床的不斷研究與開發(fā)，當前已出現了許多新類型的流化床，本文總結了國內生物流化床 的研究成果，以期對工程技術人員有所幫助。1 好氧生物流化床1.1 好氧生物流化床的結構組成好氧生物流化床是以微粒狀填

6、料如砂、焦炭、活性炭、玻璃珠、多孔球等作為微生物載體， 以一定流速將空氣或純氧通人床內，使載體處于流化狀態(tài)，通過載體表面上不斷生長的生物膜吸附、氧化 并分解廢水中的有機物，從而達到對廢水中污染物的去除2。好氧生物流化床按床內氣、液、固三相的混合程度的不同，以及供氧方式及床體結構。脫膜方式 等的差別可分為兩相生物流化床和三相生物流化床。1.1.1 兩相生物流化床兩相生物流化床工藝流程見圖1。其特點是充氧過程與流化過程分開并完全依靠水 流使載體流化。在流化床外設充氧設備和脫膜設備，在流化床內只有液、固兩相。原廢水先經充氧設備， 可利用空氣

7、或純氧為氧源使廢水中溶解氧達飽和狀態(tài)3。1.1.2 三相生物流化床該反應器內氣、液、固三相共存，污水充氧和載體流化同時進行，廢水有機物在載體生物膜的作 用下進行生物降解，空氣的攪動使生物膜及時脫落，故不需脫膜裝置。但有小部分載體可能從床中帶出， 需回流載體。三相生物流化床的技術關鍵之一，是防止氣泡在床內合并成大氣泡而影響充氧效率，為此可 采用減壓釋放或射流曝氣方式進行充氧或充氣。近期，國內環(huán)保設備企業(yè)開發(fā)較多的是內循環(huán)式生物流化床，其工藝流程如圖2所示。該流化床 由反應區(qū)、脫氣區(qū)和沉淀區(qū)組成，反應區(qū)由內筒和外筒兩個同心圓柱組成，曝氣裝置在內筒底

8、部，反應區(qū) 內填充生物載體。混合液在內筒向上流、外筒向下流構成循環(huán)。1.2 好氧生物流化床適用范圍適用于各種可生化降解的有機廢水處理，主要用于去除中、低濃度的有機碳化合物，以及好 氧硝化去除NH3N，對各類生活污水及工業(yè)廢水均有良好的處理效果。1.3 應用好氧生物流化床處理廢水的效果好氧生物流化床已用于多種工業(yè)廢水及城市污水的處理，并且取得了良好的效果。好氧生物 流化床處理不同廢水的操作情況及結果見表1。表1 好氧生物流化床處理不同廢水的操作情況及處理效果 4-13 廢水類別進水停留時間/h有機負荷（以CODcr計

9、）/（kg.m-3.d-1)分析項目去除率/%CODcr去除率/%備注（CODcr)/(g.L-1)(BOD5)/(g.L-1)生活污水 NH3-N6089小試甲醇廢水68甲醇接菌種186含氰廢水 4 CN60小試染料生產廢水（含Cu）20-243-4Cu7592-93小試染料廢水（堿性綠）  色度9472射流曝氣啤酒廢水    80小試化工有機廢水 NH3-N小試    P  石化廢水 15NH3-N4075-80小試

10、60;   油75      P86  煉油廠含硫污水    80小試人工合成廢水   硫化物8698 （NH4Cl,NaHCO3)    酚92 好氧硝化酵母生產廢水 20NH3-N9082 2 厭氧生物流化床與好氧生物流化床相比，該法不僅在降解高濃度有機物方面顯出獨特優(yōu)點，而且具有良好 的脫氮效果。2.1 

11、;厭氧生物流化床的結構組成厭氧生物流化床可視為特殊的氣體進口速度為零的三相流化床。這是因為厭氧反應過程分為 水解酸化、產酸和產甲烷3個階段，床內雖無需通氧或空氣，但產甲烷菌產生的氣體與床內液、固兩相混 和即成三相流化狀態(tài)。厭氧生物流化床工藝如圖3所示14。為維持較高的上流速度，需采用較大的回流 比。厭氧生物流化床內微生物種群的分布趨于均一化，在床中央區(qū)域生物膜的產酸活性和產甲烷活性都很 高15，從而使其有效負荷大大提高。2.2 厭氧生物流化床的適用范圍厭氧生物流化床既適于高濃度的有機廢水，又適于中、低濃度的有機廢水處理，它的有 機容積

12、負荷（以BOD5計）可達210kg（m3.d），由于所需氮磷營養(yǎng)較少，尤 適于處理氮磷缺乏的工業(yè)廢水。處理的工業(yè)廢水包括含酚廢水、萘磺酸廢水、魚類加工廢水、煉油污 水、乳糖廢水、屠宰場廢水、煤氣化廢水等，處理的城市污水包括家庭廢水、糞便廢水、市政污水。廚房 廢水等。2.3 應用厭氧生物流化床法處理廢水的效果厭氧生物流化床處理廢水的研究與應用實例迄今為止已比較廣泛，而且已發(fā)揮了顯著優(yōu) 勢。表二中列舉了一些研究及應用結果。表2 厭氧流化床試驗及應用結果舉例4,16-23廢水類別進水停留時間/h有機負荷（以CODcr計）/（kg.m-3.d

13、-1)溫度去除率/%備注（CODcr)/(g.L-1)(BOD5)/(g.L-1)CODcrBOD5大豆蛋白生產10-1230-359196中試有機酸生產542309999中試含酚廢水15309999中試軟飲料生產（1）  3090中試軟飲料生產（2） 8-143580小試化工廢水（含乙醇）  8-203580小試食品加工  8-243580小試污泥熱處理分離液10-30 8-203580小試啤酒酵母加工廢水 30-35實踐應用，預酸化造紙黑液 75小試，預酸析干酷生產廢水  

14、;343593-97 小試城市廢水157582小試，低溫處理制藥廢水 4080小試硫酸鹽草漿廢水2-53-928-3250-70小試，加BaCl2除硫印染廢水（含活性艷紅，弱酸性深藍）  25-4044-49小試，采用固定化人工合成廢水（含乙酸、丙酸、鉻酸） 6-123596脫色菌小試   3 其它新型流化床為使生物流化床發(fā)展成為高效、低耗、連續(xù)處理大量廢水的新型反應器，國內外又研究開發(fā)了 一些新型生物流化床反應器。3.1 磁場生物流化床磁場生物流化床反應器裝置比較復雜，需在床體外加磁

15、場，并且固定化細胞的載體內需含一定的 磁介質，床層內存在3種狀態(tài)；散流床、鏈流床、磁聚床。施加磁場帶來兩個方面優(yōu)點：固相粒子可在 更大的流速下才能從磁場生物流化床沖出；單位反應器體積所降解的污染物量明顯提高 24。將厭氧磁場生物流化床用于處理人工模擬印染廢水，以紫色非硫光和細菌為脫色菌，并做成固定 化細胞，在床體內加入磁粉，在溫度為2540下對活性艷紅X3B及弱酸性深藍GR廢水進行處理，也取 得了良好效果（脫色率大于90，CODcr去除率50左右）。試驗結果表明，使床體在磁場作用下能縮短 啟動時間，而且處理效率有較大提高。3.2

16、60;復合式生物流化床將不同類型的生物流化床組合或將生物流化床與其它生化處理反應器組合，便形成復合生物流化 床。這樣可以兼顧不同反應器的特點，提高處理效果，這種組合已經成為生物流化床的一個新發(fā)展方向。 3.2.1 厭氧一好氧復合式生物流化床此種生物流化床是由英國水研究中心開發(fā)的，用作有機物的去除、氨氮的硝化和脫氮，均收到良 好的效果。其流程如圖4所示。該法的特點是第1段厭氧床內的兼性菌利用硝酸鹽中的氧作為氧源，使廢水 中部分有機碳化合物氧化，因而不需要補充碳源，同時也減少了第2段好氧床的有機負荷，降低能耗。最 終使排水中硝酸鹽的質量濃

17、度降至510mgL。3.2.2 固定床-流化床生物反應器北京化工研究院開發(fā)了一種全混型和置換疊加的復合式生物流化床，在一個床中實現了流化 床和固定床的串聯(lián)操作，既有利防止流態(tài)化生物相及生物載體的溢出，又具有良好的循環(huán)特性。反應器結 構如圖5所示。研究結果表明，用其處理淀粉廢水，停留時間小于4h，最大CODcr負荷為4.2kg（ m3.d），具有處理能力大、效率高的優(yōu)點。3.2.3 好氧流化床-接觸氧化床復合反應器此種反應器屬一體化設備，以一上部帶有活動式過濾安全網的內循環(huán)流化床為主體，流化床 上部出水通過自充氧系統(tǒng)，進人侵沒式接觸氧化

18、床，進一步反應后出水，該反應器除具有優(yōu)良的自充氧特 性外，兼有流化床處理效率高和接觸氧化濾床出水性能好的特點，又因氣水比低、能耗小和適應性好等， 故有良好的應用前景。反應器結構如圖6所示25。3.3 厭氧甲烷發(fā)酵流化床膜反應器該反應器是把流化床反應器和膜分離技術結合起來，采用固定化技術固定微生物，通過膜分 離得到高質量的出水，其原理如圖7所示。它具有生物介質分布均勻、傳質速度快的特點，同時又能打破 化學平衡的*，提高底物濃度，將出水質量好和反應效率高有效的結合起來，省去后處理裝置，特別適 用于高效率菌種且受底物濃度*大的情況。其缺點是

19、操作費用高、質優(yōu)價廉的膜材料難以獲得 26。3.4 三重環(huán)流生物流化床該流化床由華南理工大學設計27，將內循環(huán)管（氣升管）分為3段，使三相流 體按一定分布進行三層次的循環(huán)流動，其設計目的為強化傳質，提高混合，降低啟動壓力。其結構及循環(huán) 示意如圖8所示。經流體力學實驗研究表明，該反應器的氣相含率較單重環(huán)流反應器在相同實驗條件下高 1015，氣流量增大，縮短了循環(huán)時間，使液體循環(huán)速度加快。用該流化床處理廢水，在有毒有機物高負荷條件下運行良好，平均容積負荷（以 CODcr計）為 7.16kg（m3.d）山時，CODcr平均去除率可

20、達79.5，芳烴類化合物去除率為91.9，對酚類去除率達 94.8。4 結語生物流化床法處理廢水的優(yōu)越性已從各種研究及應用實例中充分表現出來，它的確 是一種前景廣闊值得深入研究的高效節(jié)能的廢水處理方法。面對各種類型的生物流化床，筆者認為，在研 究與應用中應注意以下問題：了解不同生物流化床的優(yōu)缺點：生物流化床的設計意圖不同，所處理廢水的側重點也不同，只 有針對性的選用適宜的反應器，才能達到良好的處理效果。加強高效優(yōu)良菌種的篩選：既包括廣普高效菌種的篩選，又要重視專一菌種的選擇，發(fā)揮其特 殊降解功能，利用遺傳工程獲得優(yōu)良菌種。生物流化床新

21、設備的開發(fā)應注意的事項：優(yōu)化設計，降低成本，并加強工業(yè)化連續(xù)處理廢水的 自動化成分。參考文獻：1 LS范. 氣液固流態(tài)化工程M（蔡平，譯）北京：中石化出 版社，19932上海市環(huán)保局 廢水生化處理M 上海：同濟大學出版社，19993 陳堅 環(huán)境生物技術M 北京：中國輕工業(yè)出版社，19994肖宏亮，韋朝海，高孔榮，等 三相流化床生物反應器在降解有機廢水方面的應用研究J.現 代化工，1997，17（3）：15-185 鄭禮勝，施漢昌，錢易. 內循環(huán)三相生物流化床處理生活

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