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1、生物流化床技术简介 在废水生物处理工艺中，生物流化床技术是一种新型的生物膜法工艺，是继流化床技术在化工领域广泛应用后于20世纪70年代初发展起来的。其载体在流化床内呈流化状态，使固（生物膜）、液（废水）、气（空气）3相之间得到充分接触，颗粒之间剧烈碰撞，生物膜表面不断更新，微生物始终处于生长旺盛阶段。该技术使生化池各处理段中保持高浓度的生物量，传质效率极高，从而使废水的基质降解速度快，水力停留时间短，运转负荷比一般活性污泥法高510倍，耐冲击负荷能力强。 早在上个世纪30年代就有人提出在悬浮床、膨胀床或流化床中采用将活细胞固定在颗粒载体上的办法来处理废水的设想。但直到60年代后期，这一设想都未
2、能在废水生物处理的工业化过程中付诸实施。1971年Robertl等人对废水生物处理水作深度净化时，发现被活性炭吸附的有机物大都能被微生物所分解，这为发展具有生物膜法和活性污泥法两者优点的生物流化床技术提供了试验基础。从那以后，美国、英国、日本等国对生物流化床技术进行了大量的研究试验工作。1973年美国Jeris Johns等人成功开发了厌氧生物流化床技术，用于去除BOD5和NH3-N的硝化处理，同年申请了专利。1975年，美国Ecolotrol公司开发了HY-FIO生物流化床工艺，用于废水的二、三级处理。美国Dorr-Oliver公司在流化床的实用性方面做了许多研究，尤其是充氧器与进水分布系统
3、上取得了很大的进展。Dorr-Oliver设计的Oxitron反应器，在床底部的锥体部分采用喷嘴造成一种强有力的喷射床作为流化床的分布器。英国水研究中心和美国水研究中心又分别对充氧方式进行改进，并成功地用于厌氧-好氧两段流化床对废水进行全面的二级处理，包括有机碳的去除和脱氮。 日本于70年代中期进行此方面的研究，它着眼于中小型工厂的废水处理，采用空气曝气，装置的构型和脱膜方式与欧美不同。例如，三菱公司研制的流动循环曝气反应器，把曝气、脱膜、循环合成一体。1993年日本Hokkaido大学的学者报道了一种由颗粒流化床分离器、好氧生物滤床和薄膜过滤器组成的新型处理系统。在工程实践中，以好氧流化床降
4、解含22种酚和氮杂环、芳香胺的废水，以纯氧为氧源的生物流化床降解含多氯代酚的地下水，生物流化床处理酵母废水，垃圾填埋场浸出液中难降解有机污染物的处理，在颗粒活性炭流化床中2，4，6-三氯代酚的厌氧降解，流化床生物膜反应器系统处理湖水中的藻类等均取得了满意的效果。近年来，我国也对生物流化床进行了不少的试验研究工作，在石化废水、印染废水、制药废水等的试验中均取得了良好的效果。生物流化床的分类与新发展 随着废水处理技术的不断发展，高效、低耗和处理难降解有机物废水是生物流化床的发展方向之一。用于处理废水的生物流化床，按其生物膜特性等因素可分为好氧生物流化床和厌氧生物流化床两大类。随着对流化床的不断研究
5、与开发，当前已出现了许多新类型的流化床。1 好氧生物流化床的结构组成好氧生物流化床是以微粒状填料如砂、焦炭、活性炭、玻璃珠、多孔球等作为微生物载体， 以一定流速将空气或纯氧通人床内，使载体处于流化状态，通过载体表面上不断生长的生物膜吸附、氧化 并分解废水中的有机物，从而达到对废水中污染物的去除。好氧生物流化床按床内气、液、固三相的混合程度的不同，以及供氧方式及床体结构。按脱膜方式等的差别可分为两相生物流化床和三相生物流化床。1.1 两相生物流化床两相生物流化床工艺流程见图1。其特点是充氧过程与流化过程分开并完全依*水 流使载体流化。在流化床外设充氧设备和脱膜设备，在流化床内只有液、固两相。原废
6、水先经充氧设备， 可利用空气或纯氧为氧源使废水中溶解氧达饱和状态。1.2 三相生物流化床该反应器内气、液、固三相共存，污水充氧和载体流化同时进行，废水有机物在载体生物膜的作 用下进行生物降解，空气的搅动使生物膜及时脱落，故不需脱膜装置。但有小部分载体可能从床中带出， 需回流载体。三相生物流化床的技术关键之一，是防止气泡在床内合并成大气泡而影响充氧效率，为此可 采用减压释放或射流曝气方式进行充氧或充气。近期，国内环保设备企业开发较多的是内循环式生物流化床，其工艺流程如图2所示。该流化床 由反应区、脱气区和沉淀区组成，反应区由内筒和外筒两个同心圆柱组成，曝气装置在内筒底部，反应区 内填充生物载体。
7、混合液在内筒向上流、外筒向下流构成循环。2 好氧生物流化床适用范围适用于各种可生化降解的有机废水处理，主要用于去除中、低浓度的有机碳化合物，以及好 氧硝化去除NH3-N，对各类生活污水及工业废水均有良好的处理效果。 3 应用好氧生物流化床处理废水的效果好氧生物流化床已用于多种工业废水及城市污水的处理，并且取得了良好的效果。与好氧生物流化床相比，该法不仅在降解高浓度有机物方面显出独特优点，而且具有良好 的脱氮效果。厌氧生物流化床1 厌氧生物流化床的结构组成厌氧生物流化床可视为特殊的气体进口速度为零的三相流化床。这是因为厌氧反应过程分为水解酸化、产酸和产甲烷3个阶段，床内虽无需通氧或空气，但产甲烷
8、菌产生的气体与床内液、固两相混和即成三相流化状态。厌氧生物流化床工艺如图3所示。为维持较高的上流速度，需采用较大的回流比。厌氧生物流化床内微生物种群的分布趋于均一化，在床中央区域生物膜的产酸活性和产甲烷活性都很高，从而使其有效负荷大大提高。2 厌氧生物流化床的适用范围厌氧生物流化床既适于高浓度的有机废水，又适于中、低浓度的有机废水处理，它的有机容积负荷（以BOD计）可达2-10kg/（m3.d），由于所需氮磷营养较少，尤适于处理氮磷缺乏的工业废水。处理的工业废水包括含酚废水、-萘磺酸废水、鱼类加工废水、炼油污水、乳糖废水、屠宰场废水、煤气化废水等，处理的城市污水包括家庭废水、粪便废水、市政污水
9、。厨房 废水等。3 应用厌氧生物流化床法处理废水的效果厌氧生物流化床处理废水的研究与应用实例迄今为止已比较广泛，而且已发挥了显著优势。环流生物半流化床 北京化工研究院开发了一种全混型和置换叠加的环流生物半流化床，如图1所示。环流生物半流化床实现了流化床和固定床的串联操作，它不但具有良好循环特性，而且克服了全混型反应对一些较难降解的有机物去除效率低的困难。试验用于淀粉废水处理，水力停留时间（HRT）小于4h，最大CODcr负荷为4.2kg/(m3d)，最小气水比为37：1。自充氧内循环三相复合生物流化床华北工学院化工系在复合生物流化床的基础上研制开发的一种新型的流化床，如图1所示。这种反应器下部
10、为三相流化床，上部带有活动式过滤安全网和填料，床上部出水通过自充氧系统，用流动空气自动充氧后，进入浸没式接触氧化床，经进一步反应后排出。它具有良好的自充氧特性、兼有流化床处理效率高和接触氧化滤床出水好的优点，而且能耗小、适应性好、气水比低，具有良好的应用前景。新型Circox气提式三相流化床反应器荷兰的Frijters等人开发了一种新型的Circox气提式流化床反应器，如图3所示。这种流化床是在普通气提式流化床内增添了一个缺氧区，以提高反应器的脱氮能力。由于反应器具有好氧和兼氧两区，能取得较高的液流速度和混合的均匀性。Circox气提式流化床开始是用于土豆加工废水的厌氧预处理，有很好的CODc
11、r去除率，其容积负荷（CODcr）可达410kg/(m3d)，脱氮率超过90%，床内生物量高达30g/L，而剩余污泥率只有2%10%。BASE三相生物流化床反应器荷兰的M.C.M.Van loosdrocht等人开发出一种新型的一体化气提式生物流化床反应器BASE（Biofilm Airlift Suspension-Extension），如图4所示。这种反应器是在原BAS的基础上增加了一下导管（缺氧区），以获得足够停留时间造成缺氧条件，能达到NH3-N的有效去除。通过调节顶部好氧区的气压和底部好-缺氧区间小循环孔来控制液体和生物膜在两区间的循环，因此不需要另加泵和循环管线。流化床纳米TiO2
12、光反应器 流化床纳米TiO2光反应器与一般生物流化床不同之处在于床中的载体上没有生物膜，而是负载了TiO2。催化剂。TiO2活性高。稳定性好、对人体无害。实验表明TiO2至少可以经历12次反复使用而保持光分解效率基本不变，连续580min光照下保持其光活性。 纳米TiO2多相光催化利用可见光或紫外光，能有效地降解多种难降解或其它方法难降解的物质，如氯仿、多氯联苯、有机磷化合物、多环芳烃等，能有效地将它们转化为H2O，CO2，PO43-，SO42-，NO3-，卤素离子等无机小分子，达到完全无害化的目的。这种污染治理技术具有能耗低、操作简便、反应温和、可减少二次污染等优点。若利用太阳能，对环保、维持生态平衡、实现可持续发展都有重要的意义。目前的废水转化处理方法大都是针对排放量大、污染浓度高的污染物，而对水中浓度较低、难以转化的污染物的净化还无能为力，而这种技术能很好地解决这一难题。它适用于废水的后期深度处理，例如，西班牙对工厂排出的废水先采用生物法进行处理，再用光催化法降解难生物降解物质，获得了满意的结果。
