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生物流化床

廢水的生物流化床新工藝是繼流化床技術(shù)在化工領(lǐng)域廣泛應(yīng)用之后發(fā)展起來的。

⑴流化床載體流態(tài)化的原理

當(dāng)液體以很小的速度流經(jīng)載體床層時(shí)，載體處于靜止不動(dòng)的狀態(tài)，床層的高度也基本維持不變，這時(shí)的床層稱固定床。當(dāng)流速增大到某一數(shù)值，此時(shí)壓降的數(shù)值等于載體床層的浮重，流化床中的載體顆粒就由靜止開始向上運(yùn)動(dòng)，床層也由固定狀態(tài)開始膨脹。如果流速繼續(xù)增大，則床層進(jìn)一步膨脹，直到載體顆粒之間互不接觸，懸浮在流體中，這一狀態(tài)稱為初始流態(tài)化，如果再繼續(xù)增大流速，載體顆粒床會進(jìn)一步膨脹，但是壓降卻不再增加，此時(shí)對應(yīng)的流速稱為臨界流化速度。在生物流化床的設(shè)計(jì)中，臨界流化速度是一個(gè)重要的校核參數(shù)，必須保證設(shè)計(jì)的流體上升流速大于臨界流化速度。由于載體顆粒的大小影響以及流化過程中氣體的參與，會使流化狀態(tài)的確定方法不同，臨界流化速度要采用對應(yīng)的計(jì)算方法或試驗(yàn)方法得到。

另外，當(dāng)流化床底部進(jìn)入污水而使床斷面流速等于臨界流化速度時(shí)，濾床開始松動(dòng)，載體開始流化，當(dāng)進(jìn)水量不斷增加而使床斷面流速大于臨界流化速度時(shí)，濾床高度不斷增加，載體流化程度加大，當(dāng)濾床內(nèi)載體顆粒不再為床底所承托而為液體流動(dòng)對載體產(chǎn)生的上托力所承托，即在載體的下沉力和流體的上托力平衡時(shí)，整個(gè)濾床內(nèi)顆粒出現(xiàn)流化狀態(tài)。如果流速繼續(xù)增加，使載體顆粒之間的空隙增大一定程度后，載體顆粒會隨著水流從流化床中流出，此時(shí)的流體速度稱為沖出速度。在流化床的操作應(yīng)控制流體的流速介于臨界流化速度和沖出速度之間。載體床中的流體速度與載體間的孔隙率之間密切相關(guān)，二者之間的關(guān)系確定了膨脹的行為，這也是流化床工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

⑵生物流床的工藝類型

按照使載體流化的動(dòng)力來源的不同，生物流化床一般可分為以液流為動(dòng)力的兩相流化床和以氣流為動(dòng)力的三相流化床兩大類。

①兩相生物流化床

兩相流化床是以液流為動(dòng)力使載體流化，在反應(yīng)器內(nèi)只有作為污水的液相和作為載體上附著生物膜的固相相互接觸。兩相流化床主要由床體、載體、布水裝置及脫膜裝置等組成。

以氧氣(或空氣)為氧源的液固兩相流化床的流程為：廢水與回流水在充氧設(shè)備中與氧混合，然后進(jìn)入流化床進(jìn)行生物氧化反應(yīng)，再由床頂排出。隨著床的操作，生物粒子直徑逐漸增大，定期用脫膜器對載體進(jìn)行機(jī)械脫膜，脫膜后的載體返回流化床，脫除的生物膜則作為剩余污泥排出。

②三相生物流化床

三相流化床是以氣體為動(dòng)力使載體流化，在流化床的反應(yīng)器內(nèi)有作為污水的液相、作為生物膜載體的固相和作為空氣或純氧的氣相三相相互接觸。

與好氧的兩相流化床相比，由于空氣直接從床體底部引入流化床，所以不需另設(shè)充氧設(shè)備，又由于反應(yīng)器內(nèi)空氣的攪動(dòng)，載體之間的摩擦較強(qiáng)烈，一些多余或老化的生物膜在流化過程中即已脫落，所以不需另設(shè)專門的脫膜裝置。三相流化床本身由床體、進(jìn)出水裝置、進(jìn)氣管和載體組成。床體內(nèi)部通常內(nèi)導(dǎo)流管，起到向上輸送載體的作用，床體上部為載體分離區(qū)，防止載體流出。由于空氣的攪動(dòng)，也有可能使少部分載體從流化床中隨水流出，此時(shí)應(yīng)考慮設(shè)置載體回流泵。當(dāng)原污水的污染物濃度較高時(shí)，可以采用處理水回流的方式稀釋進(jìn)水。

在設(shè)計(jì)中，當(dāng)已知污水的水質(zhì)和水量時(shí)，需要確定一個(gè)合適的生物膜厚度，使其能滿足處理效率上的要求，由此再確定床層的膨脹高度。內(nèi)循環(huán)式三相生物流化床是在傳統(tǒng)三相生物流化床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，目前應(yīng)用日趨成熟，它是通過在流化床中設(shè)置升流區(qū)和降流區(qū)，利用兩個(gè)區(qū)域之間的密度差，推動(dòng)流體帶動(dòng)載體的循環(huán)流動(dòng)。這種流化床系統(tǒng)混合、傳質(zhì)效果好，不易發(fā)生載體分層現(xiàn)象，對配水均勻性的要求低，易于做到流體的均勻流動(dòng)，并且載體不易流失

⑶流化床的主要組成

生物流化床主要由床體、載體、布水裝置、充氧裝置和脫膜裝置等部分組成。

①床體

一般呈圓形或方形，床體用鋼板焊制或鋼筋混凝土澆制，其有效高度按空床流速計(jì)算，高度與直徑比一般采用3:1～4:1。

②布水裝置

布水裝置通常位于濾床底部，它既起到了布水的作用，同時(shí)又要承托載體顆粒。目前，在生物流化床的試驗(yàn)與應(yīng)用中多采用多孔板，多孔板上設(shè)礫石粗砂承托層、圓錐布水結(jié)構(gòu)及泡罩分布板的方式布水，另外，對于處理大水量的流化床，多采用管式大阻力布水器。

③載體

流化床所用的載體的比重略大于1，形狀盡量接近于球形。常用的載體有砂粒、無煙煤、陶粒、微粒硅膠及苯乙烯顆粒等。

④脫膜裝置

脫膜裝置對于生物流化床工藝也是至關(guān)重要的，有時(shí)單靠濾床內(nèi)載體之間的相互摩擦還不夠，此時(shí)應(yīng)考慮設(shè)有專門上的脫膜裝置，目前，主要應(yīng)用葉輪攪拌器、振動(dòng)篩和刷形脫膜機(jī)等。

⑤沉淀區(qū)及三相分離器

為了處理出水排出之前將載體顆粒與水分離，需要在流化床反應(yīng)器頂部設(shè)置沉淀區(qū)，對于三相流化床，除了將載體與水分離外，還需要將氣泡從水中分離，這種常常區(qū)就是三相分離器。

⑷生物流化床法的工藝特點(diǎn)

①因生物流化床內(nèi)的載體顆粒較小，總表面積大，提高了單位容積反應(yīng)器內(nèi)的微生物量;

②載體處于流化狀態(tài)，污水可與其表面的生物膜充分接觸;

③載體在床內(nèi)的互相摩擦碰撞作用，使生物膜的活性提高并加速了有機(jī)污染物由污水中向微生物細(xì)胞內(nèi)的傳質(zhì)過程;

④抗沖擊能力強(qiáng)、占地面積小、運(yùn)行穩(wěn)定，不存在污泥膨脹問題，污泥產(chǎn)量少;

⑤管理比其他生物膜法復(fù)雜。

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（責(zé)任編輯：昆凌）

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