方佩珍，潘永亮，楊平，郭勇
（四川大學(xué) 化工學(xué)院，四川 成都610065）

　　摘要：介紹了生物流態(tài)化技術(shù)在廢水處理方面的應(yīng)用歷史與發(fā)展概況，對(duì)近年來(lái)出現(xiàn)的一些新型生物流化床反應(yīng)器的操作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)作了介紹。指出生物流化床應(yīng)向著降低能耗、適應(yīng)不同水質(zhì)的處理需要方向發(fā)展。
　　關(guān)鍵詞：廢水；生物處理；流化床
　　中圖分類號(hào)：X703.3
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：1009-2455(2002)05-0001-03

Application and Development of Biological
Fluidized-Bed Technology in Wastewater Treatment
FANG Pei-zhen，PAN Yong-liang，YANG Ping，GUO yong
（Chemical Engineering College of Sichuan University，Chengdu 610065，China）

　　Abstract：History of application and development of biological fluidization technology in waste water treatment are briefly described，while an introduction is made to the operating principles and design features of some new-type biological fluidized-bed reactors developed in recent years．It is pointed out that biological fluidized-bed technology should be developed in such a direction that it will result in lower energy consumption and meet the requirements for the treatment of different waters．
　　Key words：wastewater；biological treatment；fluidized bed

　　流化床反應(yīng)器是一種實(shí)現(xiàn)固體顆粒與氣相、液相、氣液相之間的混合傳質(zhì)、傳熱的設(shè)備。它與傳統(tǒng)的固定床反應(yīng)器不同，床內(nèi)固體微粒始終懸浮于液（氣）體中并劇烈運(yùn)動(dòng)，具有類似液體的自由流動(dòng)性，從而大大強(qiáng)化了物質(zhì)的擴(kuò)散過(guò)程，提高了反應(yīng)速度，對(duì)于催化劑壽命較短或頻繁再生的場(chǎng)合更具優(yōu)越性，這使流態(tài)化得以在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。

1 生物流化床的應(yīng)用簡(jiǎn)況

　　早在上個(gè)世紀(jì)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(xì)胞固定在顆粒載體上的辦法來(lái)處理廢水的設(shè)想^[1]。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(guò)程中付諸實(shí)施。1971年Robertl等人對(duì)廢水生物處理水作深度凈化時(shí)，發(fā)現(xiàn)被活性炭吸附的有機(jī)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(diǎn)的生物流化床技術(shù)提供了試驗(yàn)基礎(chǔ)。從那以后，美國(guó)、英國(guó)、日本等國(guó)對(duì)生物流化床技術(shù)進(jìn)行了大量的研究試驗(yàn)工作。1973年美國(guó)Jeris Johns等人成功開(kāi)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(qǐng)了專利。1975年，美國(guó)Ecolotrol公司開(kāi)發(fā)了HY-FIO生物流化床工藝，用于廢水的二、三級(jí)處理。美國(guó)Dorr-Oliver公司在流化床的實(shí)用性方面做了許多研究，尤其是充氧器與進(jìn)水分布系統(tǒng)上取得了很大的進(jìn)展。Dorr-Oliver設(shè)計(jì)的Oxitron反應(yīng)器^[2]，在床底部的錐體部分采用噴嘴造成一種強(qiáng)有力的噴射床作為流化床的分布器。英國(guó)水研究中心和美國(guó)水研究中心又分別對(duì)充氧方式進(jìn)行改進(jìn)^[3]，并成功地用于厭氧-好氧兩段流化床對(duì)廢水進(jìn)行全面的二級(jí)處理，包括有機(jī)碳的去除和脫氮。日本于70年代中期進(jìn)行此方面的研究，它著眼于中小型工廠的廢水處理，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(dòng)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(bào)道了一種由顆粒流化床分離器、好氧生物濾床和薄膜過(guò)濾器組成的新型處理系統(tǒng)^[4]。在工程實(shí)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^[5]，以純氧為氧源的生物流化床降解含多氯代酚的地下水^[6-7]，生物流化床處理酵母廢水^[8]，垃圾填埋場(chǎng)浸出液中難降解有機(jī)污染物的處理^[9]，在顆?；钚蕴苛骰仓?，4，6-三氯代酚的厭氧降解^[10]，流化床生物膜反應(yīng)器系統(tǒng)處理湖水中的藻類^[11]等均取得了滿意的效果。
　　近年來(lái)，我國(guó)也對(duì)生物流化床進(jìn)行了不少的試驗(yàn)研究工作，在石化廢水^[12]、印染廢水^[13]、制藥廢水^[14]等的試驗(yàn)中均取得了良好的效果。

2 新型生物流化床反應(yīng)器

　　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(jī)物廢水是生物流化床的發(fā)展方向之一。下面介紹幾種近幾年來(lái)出現(xiàn)的新型生物流化床反應(yīng)器。
　　2.1 環(huán)流生物半流化床
　　北京化工研究院開(kāi)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(shí)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(duì)一些較難降解的有機(jī)物去除效率低的困難。試驗(yàn)用于淀粉廢水處理，水力停留時(shí)間（HRT）小于4h，最大CODcr負(fù)荷為4.2kg/(m³·d)，最小氣水比為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)院化工系在復(fù)合生物流化床的基礎(chǔ)上研制開(kāi)發(fā)的一種新型的流化床，如圖2所示。這種反應(yīng)器下部為三相流化床，上部帶有活動(dòng)式過(guò)濾安全網(wǎng)和填料，床上部出水通過(guò)自充氧系統(tǒng)，用流動(dòng)空氣自動(dòng)充氧后，進(jìn)入浸沒(méi)式接觸氧化床，經(jīng)進(jìn)一步反應(yīng)后排出。它具有良好的自充氧特性、兼有流化床處理效率高和接觸氧化濾床出水好的優(yōu)點(diǎn)，而且能耗小、適應(yīng)性好、氣水比低，具有良好的應(yīng)用前景。

　　2.3 新型Circox氣提式三相流化床反應(yīng)器
　　荷蘭的Frijters等人開(kāi)發(fā)了一種新型的Circox氣提式流化床反應(yīng)器^[15]，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(gè)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(kāi)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(fù)荷（CODcr）可達(dá)4～10kg/(m³·d)，脫氮率超過(guò)90％，床內(nèi)生物量高達(dá)30g/L，而剩余污泥率只有2％～10％。

　　2.4 BASE三相生物流化床反應(yīng)器
　　荷蘭的M.C.M.Van loosdrocht等人開(kāi)發(fā)出一種新型的一體化氣提式生物流化床反應(yīng)器^[16]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(shí)間造成缺氧條件，能達(dá)到NH₃-N的有效去除。通過(guò)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(lái)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。

　　2.5 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(méi)有生物膜，而是負(fù)載了TiO₂。催化劑。TiO₂活性高。穩(wěn)定性好、對(duì)人體無(wú)害。實(shí)驗(yàn)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(jiàn)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(jī)磷化合物、多環(huán)芳烴等，能有效地將它們轉(zhuǎn)化為H₂O，CO₂，PO₄^3-，SO₄^2-，NO₃^-，鹵素離子等無(wú)機(jī)小分子，達(dá)到完全無(wú)害化的目的。
　　這種污染治理技術(shù)具有能耗低、操作簡(jiǎn)便、反應(yīng)溫和、可減少二次污染等優(yōu)點(diǎn)。若利用太陽(yáng)能，對(duì)環(huán)保、維持生態(tài)平衡、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展都有重要的意義。
　　目前的廢水轉(zhuǎn)化處理方法大都是針對(duì)排放量大、污染濃度高的污染物，而對(duì)水中濃度較低、難以轉(zhuǎn)化的污染物的凈化還無(wú)能為力，而這種技術(shù)能很好地解決這一難題。它適用于廢水的后期深度處理，例如，西班牙對(duì)工廠排出的廢水先采用生物法進(jìn)行處理，再用光催化法降解難生物降解物質(zhì)，獲得了滿意的結(jié)果。

3 結(jié)語(yǔ)

　　生物流化床反應(yīng)器具有大的比表面積、微生物的濃度高、容積負(fù)荷率和污泥負(fù)荷率高、傳質(zhì)快、耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、凈化能力強(qiáng)的特點(diǎn)。但對(duì)日益嚴(yán)峻的水污染問(wèn)題，傳統(tǒng)的生物流化床的不足也日益暴露出來(lái)，如能耗大、流化床內(nèi)部的流態(tài)化特性十分復(fù)雜給放大設(shè)計(jì)造成了困難、泥水分離靠重力作用以致分離效率依賴活性污泥沉降性能的問(wèn)題。因此，今后不僅應(yīng)著重在降低能耗、加強(qiáng)反應(yīng)器的放大設(shè)計(jì)等方面研究，而且應(yīng)努力研究和開(kāi)發(fā)不同結(jié)構(gòu)的流化床反應(yīng)器以適應(yīng)不同性質(zhì)廢水的處理?xiàng)l件。

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作者簡(jiǎn)介：方佩珍（1975～），女，浙江天臺(tái)人，在讀研究生。