生物流化床

構築物中填料的表面積超過3300m2/m3填料，填料上生長的生物膜很少脫落，可省去二次沉澱池。床中混合液懸浮固體濃度達8000-40000mg/L，氧的利用率超過90%，根據半生產性試驗結果，當空床停留時間為16-45分鐘時BOD和氮的去除率均大於90%，此時填料粒徑為1mm，膨脹率為100%，BOD負荷16.6kg(BOD5)/( m3·d)。生物硫化床工藝效率高、佔地少、投資省，在美、日等國已用於污水硝化、脫氮等深度處理和污水二級處理及其他含酚、製藥等工業廢水處理。

生物流化床處理技術是藉助流體（液體、氣體）使表面生長著微生物的固體顆粒（生物顆粒）呈流態化，同時進行去除和降解有機污染物的生物膜法處理技術。它是70年代開始應用於污水處理的一種高效的生物處理工藝。

在圓柱形流化床①的底部，裝置一塊多孔液體分佈板②在分佈板上堆放顆粒載體（如砂、活性碳），液體從床底的進口③進入，經過分佈板均勻地向上流動，並通過固體床層由頂部出口管④流出（圖5-17）。流化床上裝有壓差計⑤，用以測量液體流經床層的壓力降。當液體流過床層時，隨著流體流速的不同，床層會出現下述三種不同的狀態。

1.固定床階段（圖5-18a）

當液體以很小的速度流經床層時，固體顆粒處於靜止不動的狀態，床層高度也基本維持不變，這時的床層稱固定床。在這一階段，液體通過床層的壓力降Ap隨空塔速度v的上升而增加，呈冪函數關係，在雙對數坐標圖紙上呈直線即(圖5-19)中的OA段。

當液體流速增大到壓力降Ap大致等於單位面積床層重量時（圖5-26中的凸點），固體顆粒間的相對位置略有變化，床層開始膨脹，固體顆粒仍保持接觸且不流態化。

2.流化床階段（圖5-18b）

當液體流速大於6點流速，床層不再維持於固定床狀態，顆粒被液體托起而呈懸浮狀態，且在床層內各個方向流動，在床層上部有一個水平界面，此時由顆粒所形成的床層完全處於流態化狀態，這類床層稱流化床。在這階段，流化層的高度h是隨流速上升而增大，床層壓力降△p則基本上不隨流速改變，如圖 5-26中的bc段所示。b點的流速Vmin是達到流態化的起始速度，稱臨界流態化速度。臨界速度值隨顆粒的大小、密度和液體的物理性質而異。

由於生物流化床中的載體顆粒表面有一層微生物膜，因此其流化特性與普通的流化床不同，我國在這方面已開始進行研究。流化床床層的膨脹程度可以用膨脹率K或膨脹比R表示：

在生物流化床中，相同的流速下，膨脹率隨著生物膜厚度的增加而增大一般K採用50%～200%。

3.液體輸送階段

當液體流速提高至超過c點后，床層不再保持流化，床層上部的界面消失，載體隨液體從流化床帶出，這階段稱液體輸送階段。在水處理工藝中，這種床稱“移動床”或“流動床”。c點的流速Umax稱顆粒帶出速度或最大流化速度。

流化床的正常操作應控制在Vmin與 Vmax之間。

根據生物流化床的供氧、脫膜和床體結構等方面的不同，好氧生物流化床主要有下述兩種類型：

1.兩相生物流化床

這類流化床是在流化床體外設置充氧設備與脫膜裝置，以為微生物充氧並脫除載體表面的生物膜。基本工藝流程如(圖5-20)所示。

2.三相生物流化床

三相生物流化床是氣、液、固三相直接在流化床體內進行生化反應，不另設充氧設備和脫膜設備，載體表面的生物膜依靠氣體的攪動作用，使顆粒之間激烈摩擦而脫落。其工藝流程如(圖5-21)所示。

三相生物流化床的設計應注意防止氣泡在床內合併成大氣泡影響充氧效率。充氧方式有減壓釋放空氣充氧和射流曝氣充氧等形式。由於有時可能有少量載體被帶出床體，因此在流程中通常有載體（含污泥）迴流。三相流化床設備較簡單，操作亦較容易，能耗也較二相流化床低，因此對三相流化床的研究較多。

生物流化床除用於好氧生物處理外，尚可用於生物脫氮和厭氧生物處理。

生物流化床的主要優點如下：

1.容積負荷高，抗衝擊負荷能力強

由於生物流化床是採用小粒徑固體顆粒作為載體，且載體在床內呈流化狀態，因此其每單位體積表面積比其它生物膜法大很多。這就使其單位床體的生物量很高（10～14g/L），加上傳質速度快，廢水一進入床內，很快地被混合和稀釋，因此生物流化床的抗衝擊負荷能力較強，容積負荷也較其它生物處理法高.

2.微生物活性強

由於生物顆粒在床體內不斷相互碰撞和摩擦，其生物膜厚度較薄，一般在 0.2微米以下，且較均勻。據研究，對於同類廢水，在相同處理條件下，其生物膜的呼吸率約為活性污泥的兩倍，可見其反應速率快，微生物的活性較強。這也是生物流化床負荷較高的原因之一。

3，傳質效果好

由於載體顆粒在床體內處於劇烈運動狀態，氣-固-液界面不斷更新，因此傳質效果好，這有利於微生物對污染物的吸附和降解，加快了生化反應速率。

生物流化床的缺點是設備的磨損較固定床嚴重，載體顆粒在湍動過程中會被磨損變小。此外，設計時還存在著生產放大方面的問題，如防堵塞、曝氣方法、進水配水系統的選用和生物顆粒流失等。因此，目前我國廢水處理還少有工業性應用，上述問題的解決，有可能使生物流化床獲得較廣泛的工業性應用。

研究認為，生物流化床工作性能的提高，關鍵在於載體的革新。砂質載體雖耐磨但比重大（2.65左右），不易流化；顆粒活性炭則不耐磨。應當創造一種比重略小於水而又耐磨的粒狀或近於粒狀（即體積小）的載體。近來，國內開發了一種空心塑料（聚乙烯、聚丙烯等）體（球狀或柱狀），其比重小於1（並可按工藝要求，在加工製造時調節比重）。目前的尺寸為直徑25～100mm，比表面積為 300～400 m2/ m3。投入水中時，浮於水面。試驗中採用的載體充填度達容器容積的60%～70%。工作時，載體在池內均勻流化，紊動劇烈，氣泡被切割微型化。曝氣還起紊動攪拌作用，對擴氣設備要求不高，穿孔管即可。

由於載體在床內呈流化態，即使採用穿孔管的中氣泡擴散器，載體不斷切割氣泡，也可使氣泡曝氣的空氣利用率，動力效率得到提高，而且使氣泡在整個床體內均勻分佈。

試驗研究表明，這種工藝尤其適用於高濃度有機污水的預處理以及低BOD5值污水的處理，有較好的發展前景。