生物流化床的類型及特點(diǎn)

生物流化床的類型及特點(diǎn)摘要：應(yīng)用生物流化床處理廢水日益得到國(guó)內(nèi)外研究者的高度重視，這是由于該法具有如下特點(diǎn)[1]：帶出體系的微生物較少；基質(zhì)負(fù)荷較高時(shí)，污泥循環(huán)再生的生物量最小，不會(huì)因?yàn)樯锪康睦鄯e而引起體系阻塞；生物量的濃度較高并可以調(diào)節(jié)；液一固接觸面積較大；BD容積負(fù)荷高；占地面積校關(guān)鍵詞：生物流化床流化床生物量TypesandharateristisfBilgialFluidizedBedsAbstrat：DifferentbilgialfluidizedbedsusedinasteatertreatentarepresentedandthEirnstrutin，harateristis，appliatinsasellaseffetsftreatentaredesribedindetail，hihareenteringnsuingupthegeneralsituatinfdevelpentfaerbibilgialfluidizedbedsandanaerbibilgialfluidizedbeds，iththeayfrardfrfurtherdevelpentandappliatinfbilgialfluidizedbedsinfuturepintedut.Keyrd：bilgialfluidizedbed;asteatertreatent；biebrane；fluidizatin應(yīng)用生物流化床處理廢水日益得到國(guó)內(nèi)外研究者的高度重視，這是由于該法具有如下特點(diǎn)[1]：帶出體系的微生物較少；基質(zhì)負(fù)荷較高時(shí)，污泥循環(huán)再生的生物量最小，不會(huì)因?yàn)樯锪康睦鄯e而引起體系阻塞；生物量的濃度較高并可以調(diào)節(jié)；液一固接觸面積較大；BD容積負(fù)荷高；占地面積校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(duì)流化床的不斷研究與開(kāi)發(fā)，當(dāng)前已出現(xiàn)了許多新類型的流化床，本文總結(jié)了國(guó)內(nèi)生物流化床的研究成果，以期對(duì)工程技術(shù)人員有所幫助。1好氧生物流化床1.1好氧生物流化床的構(gòu)造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(guò)載體外表上不斷生長(zhǎng)的生物膜吸附、氧化并分解廢水中的有機(jī)物，從而到達(dá)對(duì)廢水中污染物的去除[2]。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構(gòu)造。脫膜方式等的差異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(jiàn)圖1。其特點(diǎn)是充氧過(guò)程與流化過(guò)程分開(kāi)并完全依靠水流使載體流化。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(dá)飽和狀態(tài)[3]。1.1.2三相生物流化床該反響器內(nèi)氣、液、固三相共存，污水充氧和載體流化同時(shí)進(jìn)展，廢水有機(jī)物在載體生物膜的作用下進(jìn)展生物降解，空氣的攪動(dòng)使生物膜及時(shí)脫落，故不需脫膜裝置。但有小局部載體可能從床中帶出，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(jìn)展充氧或充氣。近期，國(guó)內(nèi)環(huán)保設(shè)備企業(yè)開(kāi)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。該流化床由反響區(qū)、脫氣區(qū)和沉淀區(qū)組成，反響區(qū)由內(nèi)筒和外筒兩個(gè)同心圓柱組成，曝氣裝置在內(nèi)筒底部，反響區(qū)內(nèi)填充生物載體?；旌弦涸趦?nèi)筒向上流、外筒向下流構(gòu)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(jī)廢水處理，主要用于去除中、低濃度的有機(jī)碳化合物，以及好氧硝化去除NH3－N，對(duì)各類生活污水及工業(yè)廢水均有良好的處理效果。1.3應(yīng)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，并且獲得了良好的效果。好氧生物流化床處理不同廢水的操作情況及結(jié)果見(jiàn)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(jìn)水停留時(shí)間/h有機(jī)負(fù)荷〔以Dr計(jì)〕/〔kg.-3.d-1)分析工程去除率/%Dr去除率/%備注ρ〔Dr)/(g.L-1)ρ(BD5)/(g.L-1)生活污水0.15-1.00.6710.4NH3-N6089小試甲醇廢水6.204.87682.08甲醇99.694.6接菌種186含氰廢水0.4-0.54N80.9-99.5＞60小試染料消費(fèi)廢水〔含u〕0.15-0.220.07-0.120-243-4u7592-93小試染料廢水〔堿性綠〕1.440.7-4色度9472射流曝氣啤酒廢水4.32.380小試化工有機(jī)廢水1.3-2.53.5-5.66.3-7.2NH3-N45.2-64＞68.4小試P62.9-71.7石化廢水0.5-0.81.515NH3-N4075-80小試油75P86煉油廠含硫污水1.2-1.93.5-6.9＞80小試人工合成廢水2.0硫化物＞8698〔NH4l,NaH3)酚92好氧硝化酵母消費(fèi)廢水1.96208.2NH3-N90822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(jī)物方面顯出獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，而且具有良好的脫氮效果。2.1厭氧生物流化床的構(gòu)造組成厭氧生物流化床可視為特殊的氣體進(jìn)口速度為零的三相流化床。這是因?yàn)閰捬醴错戇^(guò)程分為水解酸化、產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷3個(gè)階段，床內(nèi)雖無(wú)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[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(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[15]，從而使其有效負(fù)荷大大進(jìn)步。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(jī)廢水，又適于中、低濃度的有機(jī)廢水處理，它的有機(jī)容積負(fù)荷〔以BD5計(jì)〕可達(dá)2－10kg／〔3.d〕，由于所需氮磷營(yíng)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、α—萘磺酸廢水、魚類加工廢水、煉油污水、乳糖廢水、屠宰場(chǎng)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(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(shí)例迄今為止已比擬廣泛，而且已發(fā)揮了顯著優(yōu)勢(shì)。表二中列舉了一些研究及應(yīng)用結(jié)果。表2厭氧流化床試驗(yàn)及應(yīng)用結(jié)果舉例[4,16-23]廢水類別進(jìn)水停留時(shí)間/h有機(jī)負(fù)荷〔以Dr計(jì)〕/〔kg.-3.d-1)溫度℃去除率/%備注ρ〔Dr)/(g.L-1)ρ(BD5)/(g.L-1)DrBD5大豆蛋白消費(fèi)3.7-4.72.3-2.510-127.6-11.030-359196中試有機(jī)酸消費(fèi)8.87.0542309999中試含酚廢水2.8-3.72.1-3.0154.5-5.9309999中試軟飲料消費(fèi)〔1〕0.980.833090中試軟飲料消費(fèi)〔2〕6.03.98-1435＞80小試化工廢水〔含乙醇〕12.08-2035＞80小試食品加工7.0-10.08-2435＞80小試污泥熱處理別離液10-305.0-158-2035＞80小試啤酒酵母加工廢水5.65.179.830-3593.598.5理論應(yīng)用，預(yù)酸化造紙黑液5.510.1912.975小試，預(yù)酸析干酷消費(fèi)廢水3413.4-37.63593-97小試城市廢水0.180.082.47.7157582小試，低溫處理制藥廢水9.4-12.59.632.064080小試硫酸鹽草漿廢水2-55-6.53-943.228-3250-70小試，加Bal2除硫印染廢水〔含活性艷紅，弱酸性深藍(lán)〕0.8-0.92.5-325-4044-49小試，采用固定化人工合成廢水〔含乙酸、丙酸、鉻酸〕1.06-124.03596脫色菌小試3其它新型流化床為使生物流化床開(kāi)展成為高效、低耗、連續(xù)處理大量廢水的新型反響器，國(guó)內(nèi)外又研究開(kāi)發(fā)了一些新型生物流化床反響器。3.1磁場(chǎng)生物流化床磁場(chǎng)生物流化床反響器裝置比擬復(fù)雜，需在床體外加磁場(chǎng)，并且固定化細(xì)胞的載體內(nèi)需含一定的磁介質(zhì)，床層內(nèi)存在3種狀態(tài)；散流床、鏈流床、磁聚床。施加磁場(chǎng)帶來(lái)兩個(gè)方面優(yōu)點(diǎn)：①固相粒子可在更大的流速下才能從磁場(chǎng)生物流化床沖出；②單位反響器體積所降解的污染物量明顯進(jìn)步[24]。將厭氧磁場(chǎng)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(xì)菌為脫色菌，并做成固定化細(xì)胞，在床體內(nèi)參加磁粉，在溫度為25－40℃下對(duì)活性艷紅X－3B及弱酸性深藍(lán)GR廢水進(jìn)展處理，也獲得了良好效果〔脫色率大于90％，Dr去除率50％左右〕。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，使床體在磁場(chǎng)作用下能縮短啟動(dòng)時(shí)間，而且處理效率有較大進(jìn)步。3.2復(fù)合式生物流化床將不同類型的生物流化床組合或?qū)⑸锪骰才c其它生化處理反響器組合，便形成復(fù)合生物流化床。這樣可以兼顧不同反響器的特點(diǎn)，進(jìn)步處理效果，這種組合已經(jīng)成為生物流化床的一個(gè)新開(kāi)展方向。3.2.1厭氧一好氧復(fù)合式生物流化床此種生物流化床是由英國(guó)水研究中心開(kāi)發(fā)的，用作有機(jī)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(diǎn)是第1段厭氧床內(nèi)的兼性菌利用硝酸鹽中的氧作為氧源，使廢水中局部有機(jī)碳化合物氧化，因此不需要補(bǔ)充碳源，同時(shí)也減少了第2段好氧床的有機(jī)負(fù)荷，降低能耗。最終使排水中硝酸鹽的質(zhì)量濃度降至5－10g／L。3.2.2固定床-流化床生物反響器北京化工研究院開(kāi)發(fā)了一種全混型和置換疊加的復(fù)合式生物流化床，在一個(gè)床中實(shí)現(xiàn)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。反響器構(gòu)造如圖5所示。研究結(jié)果說(shuō)明，用其處理淀粉廢水，停留時(shí)間小于4h，最大Dr負(fù)荷為4.2kg／〔3.d〕，具有處理才能大、效率高的優(yōu)點(diǎn)。3.2.3好氧流化床-接觸氧化床復(fù)合反響器此種反響器屬一體化設(shè)備，以一上部帶有活動(dòng)式過(guò)濾平安網(wǎng)的內(nèi)循環(huán)流化床為主體，流化床上部出水通過(guò)自充氧系統(tǒng)，進(jìn)人侵沒(méi)式接觸氧化床，進(jìn)一步反響后出水，該反響器除具有優(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(diǎn)，又因氣水比低、能耗小和適應(yīng)性好等，故有良好的應(yīng)用前景。反響器構(gòu)造如圖6所示[25]。3.3厭氧甲烷發(fā)酵流化床膜反響器該反響器是把流化床反響器和膜別離技術(shù)結(jié)合起來(lái)，采用固定化技術(shù)固定微生物，通過(guò)膜別離得到高質(zhì)量的出水，其原理如圖7所示。它具有生物介質(zhì)分布均勻、傳質(zhì)速度快的特點(diǎn)，同時(shí)又能打破化學(xué)平衡的限制，進(jìn)步底物濃度，將出水質(zhì)量好和反響效率高有效的結(jié)合起來(lái)，省去后處理裝置，特別適用于高效率菌種且受底物濃度限制大的情況。其缺點(diǎn)是操作費(fèi)用高、質(zhì)優(yōu)價(jià)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(xué)設(shè)計(jì)[27]，將內(nèi)循環(huán)管〔氣升管〕分為3段，使三相流體按一定分布進(jìn)展三層次的循環(huán)流動(dòng)，其設(shè)計(jì)目的為強(qiáng)化傳質(zhì)，進(jìn)步混合，降低啟動(dòng)壓力。其構(gòu)造及循環(huán)示意如圖8所示。經(jīng)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究說(shuō)明，該反響器的氣相含率較單重環(huán)流反響器在一樣實(shí)驗(yàn)條件下高10％－15％，氣流量增大，縮短了循環(huán)時(shí)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(jī)物高負(fù)荷條件下運(yùn)行良好，平均容積負(fù)荷〔以Dr計(jì)〕為7.16kg／〔3.d〕山時(shí)，Dr平均去除率可達(dá)79.5％，芳烴類化合物去除率為91.9％，對(duì)酚類去除率達(dá)94.8％。4結(jié)語(yǔ)生物流化床法處理廢水的優(yōu)越性已從各種研究及應(yīng)用實(shí)例中充分表現(xiàn)出來(lái)，它確實(shí)是一種前景廣闊值得深化研究的高效節(jié)能的廢水處理方法。面對(duì)各種類型的生物流化床，筆者認(rèn)為，在研究與應(yīng)用中應(yīng)注意以下問(wèn)題：①理解不同生物流化床的優(yōu)缺點(diǎn)：生物流化床的設(shè)計(jì)意圖不同，所處理廢水的側(cè)重點(diǎn)也不同，只有針對(duì)性的選用適宜的反響器，才能到達(dá)良好的處理效果。②加強(qiáng)高效優(yōu)良菌種的挑選：既包括廣普高效菌種的挑選，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。③生物流化床新設(shè)備的開(kāi)發(fā)應(yīng)注意的事項(xiàng)：優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低本錢，并加強(qiáng)工業(yè)化連續(xù)處理廢水的自動(dòng)化成分。參考文獻(xiàn)：[1]L－S范.氣液固流態(tài)化工程[]〔蔡平，譯〕北京：中石化出版社，1993[2]上海市環(huán)保局廢水生化處理[]上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1999[3]陳堅(jiān)環(huán)境生物技術(shù)[]北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，1999[4]肖宏亮，韋朝海，高孔榮，等三相流化床生物反響器在降解有機(jī)廢水方面的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代化工，1997，17〔3〕：15-18[5]鄭禮勝，施漢昌，錢易.內(nèi)循環(huán)三相生物流化床處理生活污水[J]中國(guó)環(huán)境科學(xué)，1999，19〔1〕：51－55[6]巫惠湘，張絎.186菌生物流化床處理甲醇廢水[J]上海環(huán)境科學(xué)，1992，11〔9〕；2－5[7]李月中，陳世和固定化微生物細(xì)胞法處理含氰廢水的研究[J].上海環(huán)境科學(xué)，1991，10〔12〕：2－4[8]張仲燕，喻偉，曲學(xué)軍生物三相流化床處理廢水工藝條件研究J].上海環(huán)境科學(xué)，1993.12〔4〕：5－8[9]宋寬秀，張金利，工一平.等.噴射環(huán)流生物反響器性能及處理染料廢水的研究[J].水處技術(shù)，1999，25〔5〕：297－301[10]吳允，張勇，劉紅門，等，啤酒消費(fèi)廢水處理新技術(shù)——內(nèi)循環(huán)反響器[J].環(huán)境保護(hù)，1907，〔9〕：18－19[11]周平.錢易內(nèi)循環(huán)三相好氧流化床處理化工有機(jī)廢水研究[J].中國(guó)給水排水，1994，10〔6〕：28－31.[12]周平，汪誠(chéng)文，吳曉磊，等.內(nèi)循環(huán)生物流化床處理石化廢水的中試研究[J]環(huán)境科學(xué)，1997，18〔1〕：26－29[13]蔣鋒，吳建元生物流化床處理含硫污水凈化水的討論[J]石油化工環(huán)境保護(hù)，1996，〔2〕：23－26[14]耿安朝，張洪林廢水生物處理開(kāi)展與理論[]沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社，1997[15]彭黨聰，袁林江，張文英，等.內(nèi)循環(huán)生物流化床水力及生物硝化特性研究[J].中國(guó)給水排水，1999，15〔5〕：16－19[16]賀延齡廢水的厭氧生物處地[]北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，1998[17]StrnahS.Anaerrbidigestinpressinindustrialasteatertreatent