方佩珍，潘永亮，楊平，郭勇
（四川大學 化工學院，四川 成都610065）

　　摘要：介紹了生物流態化技術在廢水處理方面的應用歷史與發展概況，對近年來出現的一些新型生物流化床反應器的操作原理和結構特點作了介紹。指出生物流化床應向著降低能耗、適應不同水質的處理需要方向發展。
　　關鍵詞：廢水；生物處理；流化床
　　中圖分類號：X703.3
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：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

　　流化床反應器是一種實現固體顆粒與氣相、液相、氣液相之間的混合傳質、傳熱的設備。它與傳統的固定床反應器不同，床內固體微粒始終懸浮于液（氣）體中并劇烈運動，具有類似液體的自由流動性，從而大大強化了物質的擴散過程，提高了反應速度，對于催化劑壽命較短或頻繁再生的場合更具優越性，這使流態化得以在工業上廣泛應用。

1 生物流化床的應用簡況

　　早在上個世紀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胞固定在顆粒載體上的辦法來處理廢水的設想^[1]。但直到60年代后期，這一設想都未能在廢水生物處理的工業化過程中付諸實施。1971年Robertl等人對廢水生物處理水作深度凈化時，發現被活性炭吸附的有機物大都能被微生物所分解，這為發展具有生物膜法和活性污泥法兩者優點的生物流化床技術提供了試驗基礎。從那以后，美國、英國、日本等國對生物流化床技術進行了大量的研究試驗工作。1973年美國Jeris Johns等人成功開發了厭氧生物流化床技術，用于去除BOD5和NH₃-N的硝化處理，同年申請了專利。1975年，美國Ecolotrol公司開發了HY-FIO生物流化床工藝，用于廢水的二、三級處理。美國Dorr-Oliver公司在流化床的實用性方面做了許多研究，尤其是充氧器與進水分布系統上取得了很大的進展。Dorr-Oliver設計的Oxitron反應器^[2]，在床底部的錐體部分采用噴嘴造成一種強有力的噴射床作為流化床的分布器。英國水研究中心和美國水研究中心又分別對充氧方式進行改進^[3]，并成功地用于厭氧-好氧兩段流化床對廢水進行全面的二級處理，包括有機碳的去除和脫氮。日本于70年代中期進行此方面的研究，它著眼于中小型工廠的廢水處理，采用空氣曝氣，裝置的構型和脫膜方式與歐美不同。例如，三菱公司研制的流動循環曝氣反應器，把曝氣、脫膜、循環合成一體。1993年日本Hokkaido大學的學者報道了一種由顆粒流化床分離器、好氧生物濾床和薄膜過濾器組成的新型處理系統^[4]。在工程實踐中，以好氧流化床降解含22種酚和氮雜環、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]，垃圾填埋場浸出液中難降解有機污染物的處理^[9]，在顆?；钚蕴苛骰仓?，4，6-三氯代酚的厭氧降解^[10]，流化床生物膜反應器系統處理湖水中的藻類^[11]等均取得了滿意的效果。
　　近年來，我國也對生物流化床進行了不少的試驗研究工作，在石化廢水^[12]、印染廢水^[13]、制藥廢水^[14]等的試驗中均取得了良好的效果。

2 新型生物流化床反應器

　　隨著廢水處理技術的不斷發展，高效、低耗和處理難降解有機物廢水是生物流化床的發展方向之一。下面介紹幾種近幾年來出現的新型生物流化床反應器。
　　2.1 環流生物半流化床
　　北京化工研究院開發了一種全混型和置換疊加的環流生物半流化床，如圖1所示。環流生物半流化床實現了流化床和固定床的串聯操作，它不但具有良好循環特性，而且克服了全混型反應對一些較難降解的有機物去除效率低的困難。試驗用于淀粉廢水處理，水力停留時間（HRT）小于4h，最大CODcr負荷為4.2kg/(m³·d)，最小氣水比為37:1。

　　2.2 自充氧內循環三相復合生物流化床
　　華北工學院化工系在復合生物流化床的基礎上研制開發的一種新型的流化床，如圖2所示。這種反應器下部為三相流化床，上部帶有活動式過濾安全網和填料，床上部出水通過自充氧系統，用流動空氣自動充氧后，進入浸沒式接觸氧化床，經進一步反應后排出。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點，而且能耗小、適應性好、氣水比低，具有良好的應用前景。

　　2.3 新型Circox氣提式三相流化床反應器
　　荷蘭的Frijters等人開發了一種新型的Circox氣提式流化床反應器^[15]，如圖3所示。這種流化床是在普通氣提式流化床內增添了一個缺氧區，以提高反應器的脫氮能力。由于反應器具有好氧和兼氧兩區，能取得較高的液流速度和混合的均勻性。Circox氣提式流化床開始是用于土豆加工廢水的厭氧預處理，有很好的CODcr去除率，其容積負荷（CODcr）可達4～10kg/(m³·d)，脫氮率超過90％，床內生物量高達30g/L，而剩余污泥率只有2％～10％。

　　2.4 BASE三相生物流化床反應器
　　荷蘭的M.C.M.Van loosdrocht等人開發出一種新型的一體化氣提式生物流化床反應器^[16]BASE（Biofilm Airlift Suspension-Extension），如圖4所示。這種反應器是在原BAS的基礎上增加了一下導管（缺氧區），以獲得足夠停留時間造成缺氧條件，能達到NH₃-N的有效去除。通過調節頂部好氧區的氣壓和底部好-缺氧區間小循環孔來控制液體和生物膜在兩區間的循環，因此不需要另加泵和循環管線。

　　2.5 流化床納米TiO₂光反應器
　　流化床納米TiO₂光反應器與一般生物流化床不同之處在于床中的載體上沒有生物膜，而是負載了TiO₂。催化劑。TiO₂活性高。穩定性好、對人體無害。實驗表明TiO₂至少可以經歷12次反復使用而保持光分解效率基本不變，連續580min光照下保持其光活性。
　　納米TiO₂多相光催化利用可見光或紫外光，能有效地降解多種難降解或其它方法難降解的物質，如氯仿、多氯聯苯、有機磷化合物、多環芳烴等，能有效地將它們轉化為H₂O，CO₂，PO₄^3-，SO₄^2-，NO₃^-，鹵素離子等無機小分子，達到完全無害化的目的。
　　這種污染治理技術具有能耗低、操作簡便、反應溫和、可減少二次污染等優點。若利用太陽能，對環保、維持生態平衡、實現可持續發展都有重要的意義。
　　目前的廢水轉化處理方法大都是針對排放量大、污染濃度高的污染物，而對水中濃度較低、難以轉化的污染物的凈化還無能為力，而這種技術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，西班牙對工廠排出的廢水先采用生物法進行處理，再用光催化法降解難生物降解物質，獲得了滿意的結果。

3 結語

　　生物流化床反應器具有大的比表面積、微生物的濃度高、容積負荷率和污泥負荷率高、傳質快、耐沖擊負荷能力強、凈化能力強的特點。但對日益嚴峻的水污染問題，傳統的生物流化床的不足也日益暴露出來，如能耗大、流化床內部的流態化特性十分復雜給放大設計造成了困難、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題。因此，今后不僅應著重在降低能耗、加強反應器的放大設計等方面研究，而且應努力研究和開發不同結構的流化床反應器以適應不同性質廢水的處理條件。

參考文獻：
[1][美]L-S范．氣液固流態工程[M]（俞正青，譯）北京：中國石化出版社，1989
[2]G Hoyland．Aerobic treatment in ‘oxitron‘ biological fluidized bed plant at coleshill[J]．Water Pollution Control，1983，82(4)：479～493．
[3]P F Copper．Complete treatment of sewage in a two-stage fluidized-bed system part 1[J]．Water Pollution Control，1982，81(4)：447～464．
[4]TatsuhikoSuzuki．A　new sewage treatment system with fluidized pellet bed separator[J]．Wat Sci Technol，1993，27(11)：185～192．
[5]B Koch．Sand and activated carbon as biofilm carriers for microbial degradation of phenols and nitrogen-containting aromatic compounds[J]．Wat Res，1991，25(1)：1～8．
[6]Jaakko A Puhakka．Aerobic fluidized-bed treatment of polychlorinated phenolic wood preservative constituents[J]．Wat Res，1992，26(6)：765～770．
[7]J A Puhakka．Biodegradation of chlorophenols by mixed and pure cultures from a fluidized-bed reactor[J]．Applied Microbiol Biotechnol，1995，42(6)：951～957．
[8]G．Ryhiner．Operation of a three-phrase biofilm fluidized sand bed reactor for aerobic wastewater treatment[J]．Biotechnology and Bioengineering，1988，32(5)：677～688．
[9]A IMAIM、Removal of refractory organics and nitrogen from landfill leachate by the microoganism-attached activeated carbon fluidized bed process[J]．Wat Res，1993，27(1)：143～145．
[10]M A Moteleb．Anaerobic degradation of 2，4，6-trinitrotoluene in granular activated carhon fluidized bed and batch reactors[J]．Wat Sci Technol，2001，43(1)：67～75．
[11]T Tanaka．Algae-removal performance of a fluidized-bed biofilm reactor system for lake water treatment[J]．Wat Sci Technol，2001，43(1)：277～283．
[12]蔡建安．三相氣提式循環流化床處理焦化廢水[J]．水處理技術，1997，23(2)：110～114．
[13]耿士鎖．生物接觸氧化-生物炭流化床在毛紡印染廢水深度處理中的應用[J]．環境與開發，1997，12(4)：28～30．
[14]胡妙生．厭氧生物活性炭流化床處理制藥廢水[J]．中國給排水，1996，12(4)：39～41．
[15]C T M J Frijters．Extensive nitrogen removal in a new type of air-lift reactor[J]．Wat Sci Technol，2000，41(4-5)：469～476．
[16]M C M Van Loosdrecht．Integration of nitrification and denitrification in biofilm airlift suspension reactors[J]．Wat Sci Technol，2000，41(4～5)：97～103．

作者簡介：方佩珍（1975～），女，浙江天臺人，在讀研究生。