生物流化床技術(shù)簡介

1、生物流化床技術(shù)簡介        在廢水生物處理工藝中，生物流化床技術(shù)是一種新型的生物膜法工藝，是繼流化床技術(shù)在化工領(lǐng)域廣泛應(yīng)用后于20世紀70年代初發(fā)展起來的。其載體在流化床內(nèi)呈流化狀態(tài)，使固（生物膜）、液（廢水）、氣（空氣）3相之間得到充分接觸，顆粒之間劇烈碰撞，生物膜表面不斷更新，微生物始終處于生長旺盛階段。該技術(shù)使生化池各處理段中保持高濃度的生物量，傳質(zhì)效率極高，從而使廢水的基質(zhì)降解速度快，水力停留時間短，運轉(zhuǎn)負荷比一般活性污泥法高510倍，耐沖擊負荷能力強。     

2、;    早在上個世紀30年代就有人提出在懸浮床、膨脹床或流化床中采用將活細胞固定在顆粒載體上的辦法來處理廢水的設(shè)想。但直到60年代后期，這一設(shè)想都未能在廢水生物處理的工業(yè)化過程中付諸實施。1971年Robertl等人對廢水生物處理水作深度凈化時，發(fā)現(xiàn)被活性炭吸附的有機物大都能被微生物所分解，這為發(fā)展具有生物膜法和活性污泥法兩者優(yōu)點的生物流化床技術(shù)提供了試驗基礎(chǔ)。從那以后，美國、英國、日本等國對生物流化床技術(shù)進行了大量的研究試驗工作。1973年美國Jeris Johns等人成功開發(fā)了厭氧生物流化床技術(shù)，用于去除BOD5和NH3-N的硝化處理，同年申請了專利。197

3、5年，美國Ecolotrol公司開發(fā)了HY-FIO生物流化床工藝，用于廢水的二、三級處理。美國Dorr-Oliver公司在流化床的實用性方面做了許多研究，尤其是充氧器與進水分布系統(tǒng)上取得了很大的進展。Dorr-Oliver設(shè)計的Oxitron反應(yīng)器，在床底部的錐體部分采用噴嘴造成一種強有力的噴射床作為流化床的分布器。英國水研究中心和美國水研究中心又分別對充氧方式進行改進，并成功地用于厭氧-好氧兩段流化床對廢水進行全面的二級處理，包括有機碳的去除和脫氮。        日本于70年代中期進行此方面的研究，它著眼于中小型工廠的廢

4、水處理，采用空氣曝氣，裝置的構(gòu)型和脫膜方式與歐美不同。例如，三菱公司研制的流動循環(huán)曝氣反應(yīng)器，把曝氣、脫膜、循環(huán)合成一體。1993年日本Hokkaido大學(xué)的學(xué)者報道了一種由顆粒流化床分離器、好氧生物濾床和薄膜過濾器組成的新型處理系統(tǒng)。在工程實踐中，以好氧流化床降解含22種酚和氮雜環(huán)、芳香胺的廢水，以純氧為氧源的生物流化床降解含多氯代酚的地下水，生物流化床處理酵母廢水，垃圾填埋場浸出液中難降解有機污染物的處理，在顆?；钚蕴苛骰仓?，4，6-三氯代酚的厭氧降解，流化床生物膜反應(yīng)器系統(tǒng)處理湖水中的藻類等均取得了滿意的效果。近年來，我國也對生物流化床進行了不少的試驗研究工作，在石化廢水、印染廢水、

5、制藥廢水等的試驗中均取得了良好的效果。生物流化床的分類與新發(fā)展        隨著廢水處理技術(shù)的不斷發(fā)展，高效、低耗和處理難降解有機物廢水是生物流化床的發(fā)展方向之一。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(xiàn)了許多新類型的流化床。1 好氧生物流化床的結(jié)構(gòu)組成好氧生物流化床是以微粒狀填料如砂、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(nèi)，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

6、水中的有機物，從而達到對廢水中污染物的去除。好氧生物流化床按床內(nèi)氣、液、固三相的混合程度的不同，以及供氧方式及床體結(jié)構(gòu)。按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 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*水 流使載體流化。在流化床外設(shè)充氧設(shè)備和脫膜設(shè)備，在流化床內(nèi)只有液、固兩相。原廢水先經(jīng)充氧設(shè)備， 可利用空氣或純氧為氧源使廢水中溶解氧達飽和狀態(tài)。1.2 三相生物流化床該反應(yīng)器內(nèi)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

7、能從床中帶出， 需回流載體。三相生物流化床的技術(shù)關(guān)鍵之一，是防止氣泡在床內(nèi)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(nèi)環(huán)保設(shè)備企業(yè)開發(fā)較多的是內(nèi)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(yīng)區(qū)、脫氣區(qū)和沉淀區(qū)組成，反應(yīng)區(qū)由內(nèi)筒和外筒兩個同心圓柱組成，曝氣裝置在內(nèi)筒底部，反應(yīng)區(qū) 內(nèi)填充生物載體。混合液在內(nèi)筒向上流、外筒向下流構(gòu)成循環(huán)。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NH3-N，對各類生活污水及工業(yè)廢水均有良好的處理效果。 3 應(yīng)用好氧生物流化床處理廢水的效果

8、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。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。厭氧生物流化床1 厭氧生物流化床的結(jié)構(gòu)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(yīng)過程分為水解酸化、產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷3個階段，床內(nèi)雖無需通氧或空氣，但產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生的氣體與床內(nèi)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。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(nèi)微生物種群的分布趨于均一化，在床中央?yún)^(qū)域生物膜的產(chǎn)酸活性和產(chǎn)甲烷活性都很高，從而使其有效負荷大大提高。2 厭氧生物

9、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，它的有機容積負荷（以BOD計）可達2-10kg/（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。3 應(yīng)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(yīng)用實例迄今為止已比較廣泛，而且已發(fā)揮了顯著優(yōu)勢。環(huán)流生物半流化床        北京化工研究院開

10、發(fā)了一種全混型和置換疊加的環(huán)流生物半流化床，如圖1所示。環(huán)流生物半流化床實現(xiàn)了流化床和固定床的串聯(lián)操作，它不但具有良好循環(huán)特性，而且克服了全混型反應(yīng)對一些較難降解的有機物去除效率低的困難。試驗用于淀粉廢水處理，水力停留時間（HRT）小于4h，最大CODcr負荷為4.2kg/(m3d)，最小氣水比為37：1。自充氧內(nèi)循環(huán)三相復(fù)合生物流化床華北工學(xué)院化工系在復(fù)合生物流化床的基礎(chǔ)上研制開發(fā)的一種新型的流化床，如圖1所示。這種反應(yīng)器下部為三相流化床，上部帶有活動式過濾安全網(wǎng)和填料，床上部出水通過自充氧系統(tǒng)，用流動空氣自動充氧后，進入浸沒式接觸氧化床，經(jīng)進一步反應(yīng)后排出。它具有良好的自充氧特性、兼有流化

11、床處理效率高和接觸氧化濾床出水好的優(yōu)點，而且能耗小、適應(yīng)性好、氣水比低，具有良好的應(yīng)用前景。新型Circox氣提式三相流化床反應(yīng)器荷蘭的Frijters等人開發(fā)了一種新型的Circox氣提式流化床反應(yīng)器，如圖3所示。這種流化床是在普通氣提式流化床內(nèi)增添了一個缺氧區(qū)，以提高反應(yīng)器的脫氮能力。由于反應(yīng)器具有好氧和兼氧兩區(qū)，能取得較高的液流速度和混合的均勻性。Circox氣提式流化床開始是用于土豆加工廢水的厭氧預(yù)處理，有很好的CODcr去除率，其容積負荷（CODcr）可達410kg/(m3d)，脫氮率超過90%，床內(nèi)生物量高達30g/L，而剩余污泥率只有2%10%。BASE三相生物流化床反應(yīng)器荷蘭的

12、M.C.M.Van loosdrocht等人開發(fā)出一種新型的一體化氣提式生物流化床反應(yīng)器BASE（Biofilm Airlift Suspension-Extension），如圖4所示。這種反應(yīng)器是在原BAS的基礎(chǔ)上增加了一下導(dǎo)管（缺氧區(qū)），以獲得足夠停留時間造成缺氧條件，能達到NH3-N的有效去除。通過調(diào)節(jié)頂部好氧區(qū)的氣壓和底部好-缺氧區(qū)間小循環(huán)孔來控制液體和生物膜在兩區(qū)間的循環(huán)，因此不需要另加泵和循環(huán)管線。流化床納米TiO2光反應(yīng)器         流化床納米TiO2光反應(yīng)器與一般生物流化床不同之處在于床中的載體上沒有生物膜，而是負載了TiO2。催化劑。TiO2活性高。穩(wěn)定性好、對人體無害。實驗表明TiO2至少可以經(jīng)歷12次反復(fù)使用而保持光分解效率基本不變，連續(xù)580min光照下保持其光活性。        納米TiO2多相光催化利用可見光或紫外光，能有效地降解多種難降解或其它方法難降解的物質(zhì)，如氯仿、多氯聯(lián)苯、有機磷化合物、多環(huán)芳烴等，能有效地將它們轉(zhuǎn)化為H2O，CO2，PO43-，SO42-，NO3-，鹵素離子等無機小分子，達到完全無害化的目的。這種污染治理技術(shù)