康健

摘 要：生物流化床具有處理效率高，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在污水處理領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。本文介紹了近年來(lái)生物流化床工藝流程和充氧方式的發(fā)展情況，并總結(jié)了目前生物流化床工藝的革新情況，為生物流化床的發(fā)展提供支持。

關(guān)鍵詞：生物流化床；工藝流程；充氧方式；革新

生物流化床應(yīng)用廣泛，可用于厭氧脫出廢水中的氨氮，也可好氧去除廢水中的有機(jī)物質(zhì)，包括生活污水，制藥廢水，印染廢水，水廠(chǎng)、肉廠(chǎng)、糧食加工廠(chǎng)廢水等?；旧暇哂锌缮缘膹U水都適合。

1 生物流化床不同工藝流程的研究

依據(jù)流化床中附著生長(zhǎng)不同類(lèi)型的微生物，生物流化床可分為好氣床、兼氣床和厭氣床三類(lèi)。主要工藝流程有以下幾類(lèi)：

1.1 以氧氣為氧源的生物流化床

以氧氣為氧源的生物流化床有機(jī)負(fù)荷可以提高到27kg/m3，但是由于反應(yīng)器需要大量的純氧且回流比較大，因而在純氧制造和回流電力部分會(huì)消耗很多能源。如果要使用空氣作為氧氣流化床的氧源，為使流化床的進(jìn)水能夠獲得足夠的溶解氧，就需要加大回流比。根據(jù)研究顯示，對(duì)BOD5為214mg/L的生活污水，若采用空氣充氧來(lái)保持系統(tǒng)對(duì)BOD5的去除率維持在85%以上，其循環(huán)比需提高至34：1，而純氧氣生物流化床的循環(huán)比則只需要3：1即可達(dá)到此效果。所以，雖然以空氣為氧源的二相流化床在充氧時(shí)可避免生產(chǎn)純氧的難題，但在其后面運(yùn)行時(shí)需要在循環(huán)泵上消耗大量的電力資源進(jìn)行回流。近年，國(guó)外氧氣流化床處理工業(yè)廢水和城市污水已經(jīng)在實(shí)際中應(yīng)用，在美國(guó)紐約州已建造了一套氧氣流化床的二級(jí)處理設(shè)備，其設(shè)計(jì)規(guī)模為37850m3/d。

1.2 以空氣為氧源的三相流化床

三相流化床的供氧方式是通過(guò)反應(yīng)器底部或器壁輸入空氣，在流化床內(nèi)部形成氣液固三相。相對(duì)比兩相流化床，三相流化床的操作條件更加劇烈，其充氧情況與活性污泥法比較相當(dāng)，這樣可以強(qiáng)化空氣在反應(yīng)器內(nèi)的轉(zhuǎn)移，增強(qiáng)微生物反應(yīng)速率?？稍谌嗔骰卜磻?yīng)器內(nèi)部，氣液不能得到很好的分離，氣泡容易在床體內(nèi)部聚集無(wú)法散開(kāi)而形成巨大的鼓泡，這些情況的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致部分區(qū)域的氧吸收效果變差，而且氣泡在反應(yīng)器內(nèi)的攪動(dòng)也會(huì)使得載體隨之流失，微生物的附著載體減少，從而降低出水水質(zhì)，還容易使水質(zhì)變得渾濁不清。目前三相流化床的研究在國(guó)內(nèi)還比較少，基本上都是小試或者中試階段，只在日本有一座較大規(guī)模的處理設(shè)備。

1.3 兼氣生物流化床

兼氣流化床，以兼性微生物為主，通常是在缺氧或者低氧環(huán)境條件下進(jìn)行生物氧化來(lái)降解廢水中的有機(jī)物質(zhì)。由于在兼氣流化床中供氣的限制，兼性微生物的大量生長(zhǎng)而產(chǎn)生了特殊了酶系統(tǒng)，這使得兼氣床既能在有氧條件下與好養(yǎng)細(xì)菌進(jìn)行好氧呼吸，當(dāng)廢水中不具有溶解氧時(shí)，也可利用水中溶解的化學(xué)物質(zhì)中所含有的氧進(jìn)行好養(yǎng)呼吸或者直接進(jìn)行厭氧呼吸。當(dāng)廢水中沒(méi)有溶解氧，兼性細(xì)菌利用廢水中存在的NO3-N為氧源時(shí)，稱(chēng)為缺氧流化床。目前兼氣流化床在廢水處理上主要用于污水的反硝化脫氮上，而在廢水的二級(jí)處理上的應(yīng)用幾乎未有報(bào)道提及。

1.4 厭氧生物流化床

厭氧流化床可處理高濃度的有機(jī)廢水，當(dāng)廢水進(jìn)入流化床后，廢水中的有機(jī)物經(jīng)過(guò)厭氧細(xì)菌的第一步厭氧呼吸進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)氫產(chǎn)酸，最后使有機(jī)物轉(zhuǎn)化為CH4和CO2。經(jīng)反應(yīng)器處理后的污水通過(guò)氣液分離，對(duì)沼氣回收利用。厭氧流化床目前尚未用于城市污水和工業(yè)廢水的處理中，僅僅處于初步研究探索階段，還未形成可以實(shí)際使用的操作流程。根據(jù)現(xiàn)有資料表明，利用厭氧生物流化床對(duì)化學(xué)工業(yè)、食品工業(yè)、乳制品工業(yè)以及污泥熱處理液廢水均具有較好的處理效果。此外，每kgCOD可在微生物的氧化作用下產(chǎn)生約0.4m3的沼氣，其中甲烷含量在70-80%。當(dāng)前的厭氧流化床不僅能用于高濃度有機(jī)廢水的處理，在COD<300mg/L時(shí)處理低濃度有機(jī)廢水時(shí)仍有較好的表現(xiàn)。

對(duì)于以上幾個(gè)類(lèi)型的流化床，當(dāng)前已經(jīng)有一些研究在嘗試將他們進(jìn)行前后相連對(duì)污水進(jìn)行分步處理來(lái)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)。英國(guó)水研究中心便提出可以將氧氣流化床與缺氧流化床進(jìn)行串聯(lián)組成一個(gè)新流程，通過(guò)在氧氣流化床前面添加一個(gè)厭氣流化床工藝，將污水進(jìn)行完全的生物氧化，硝化并部分脫氮處理。兩種工藝的串聯(lián)不僅可以使出水水質(zhì)更加穩(wěn)定良好，還能保證在水質(zhì)有較大波動(dòng)時(shí)能夠有高效的處理效率。

2 生物流化床反應(yīng)器的革新

隨著廢水處理技術(shù)的進(jìn)步和創(chuàng)新，低耗、高效和處理難降解廢水是流化床生物反應(yīng)器的發(fā)展方向之一，目前開(kāi)發(fā)的新型生物流化床主要有以下幾類(lèi)。

2.1 環(huán)流生物半流化床

北京化工研究院研發(fā)了一種置換和全混型疊加的環(huán)流生物半流化床，如圖1。

該生物流化床反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)了固定床和流化床的串聯(lián)運(yùn)行操作，因此它不但具有良好的循環(huán)性，而且還解決了全混型流化床反應(yīng)器對(duì)于一些難降解的污染物去除效率低的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)采用淀粉廢水，水力停留時(shí)間小于4h，COD負(fù)荷為4.2kg/（m3·d），最小的氣水比為37：1。

2.2 自充氧內(nèi)循環(huán)三相復(fù)合生物流化床

華北工學(xué)院在復(fù)合流化床反應(yīng)器的基礎(chǔ)上研究制造了如圖2所示的自充氧內(nèi)循環(huán)三相復(fù)合生物流化床。

三相復(fù)合生物流化床反應(yīng)器的下部為一個(gè)三相流化床，上部配有活動(dòng)的過(guò)濾安全網(wǎng)和載體，流化床上部出水通過(guò)自動(dòng)充氧系統(tǒng)，采用流動(dòng)的空氣對(duì)出水進(jìn)行充氧后便可進(jìn)入浸沒(méi)式的接觸氧化床，通過(guò)進(jìn)一步反應(yīng)之后排除水體。反應(yīng)器具有良好的自充氧性能，并且還具有高效率的處理效果和良好出水水質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景很好。

3 結(jié)束語(yǔ)

近年，流化床技術(shù)在國(guó)內(nèi)外有過(guò)很多研究，由于其具有的巨大比表面積、高濃度微生物和高效的傳質(zhì)速率，使得流化床反應(yīng)器在廢水生物處理中很有發(fā)展前景。當(dāng)前流化床技術(shù)已經(jīng)在不同類(lèi)型的廢水處理上有所應(yīng)用，并且還將隨著技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展而擁有更廣闊的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的流化床在面對(duì)成分日益復(fù)雜的工業(yè)廢水時(shí)顯得乏力，能耗大，復(fù)雜的流態(tài)化特性設(shè)計(jì)，泥水分離效果差等，這也使得我們要努力研究開(kāi)發(fā)新型生物流化床反應(yīng)器來(lái)適應(yīng)不同性質(zhì)的廢水。當(dāng)前一些新型流化床也在應(yīng)用中暴露了一些問(wèn)題，例如氧化流化床由于需要純氧作為氧源，而純氧的制造費(fèi)用是很大一個(gè)難題，如何降低氧氣制造成本和加大氧氣利用率是一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)前的生物膜分離系統(tǒng)在針對(duì)高濃度易脫水的活性污泥時(shí)其自動(dòng)脫膜分離系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用上表現(xiàn)的不盡人意，如何解決新型技術(shù)在大型工業(yè)設(shè)備上的應(yīng)用變得非常重要。生物流化床占地少，投資小，效率高，其技術(shù)特點(diǎn)正適合我國(guó)現(xiàn)階段廢水的處理，借鑒國(guó)內(nèi)外技術(shù)，將該技術(shù)應(yīng)用于工程當(dāng)中實(shí)現(xiàn)工業(yè)化是一件對(duì)我國(guó)廢水處理的創(chuàng)新發(fā)展非常有意義的事情。