李春華，張洪林，邱峰，蔣林時
（遼寧石油化工大學環境工程系，遼寧撫順 113001）

　　摘　要：介紹了各種用于廢水處理的生物流化床，對其結構組成、特點、適用范圍及處理效果進行了分類闡述，重點總結了好氧流化床與厭氧流化床的發展概況，并指出了令后進一步研究與應用生物流化床的努力方向。
　　關鍵詞：生物流化床；廢水處理；生物膜；流態化
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：1009－2455（2002）06－0007－05

Types and Characteristics of Biological Fluidized Beds
LI Chun-hua，ZHANG Hong-lin，QIU Feng，JIANG Lin-shi
（Department of Ｅnvirronmental Engineering，Liaoning University of Petroleum ＆ Chemical Technology，Fushun　113001，China）

　　Abstract：Different biological fluidized beds used in wastewater treatment are presented and their construction，characteristics，applications as well as effects of treatment are described in detail，which are centering on summing up the general situation of development of aerobic biological fluidized beds and anaerobic biological fluidized beds，with the way forward for further development and application of biological fluidized beds in future pointed out.
　　Key word： biological fluidized bed; wastewater treatment； biomembrane； fluidization

　　應用生物流化床處理廢水日益得到國內外研究者的高度重視，這是由于該法具有如下特點^[1]：帶出體系的微生物較少；基質負荷較高時，污泥循環再生的生物量最小，不會因為生物量的累積而引起體系阻塞；生物量的濃度較高并可以調節；液一固接觸面積較大；BOD容積負荷高；占地面積小。
　　用于處理廢水的生物流化床，按其生物膜特性等因素可分為好氧生物流化床和厭氧生物流化床兩大類，隨著對流化床的不斷研究與開發，當前已出現了許多新類型的流化床，本文總結了國內生物流化床的研究成果，以期對工程技術人員有所幫助。

1 好氧生物流化床

1.1 好氧生物流化床的結構組成
　　好氧生物流化床是以微粒狀填料如砂、焦炭、活性炭、玻璃珠、多孔球等作為微生物載體，以一定流速將空氣或純氧通人床內，使載體處于流化狀態，通過載體表面上不斷生長的生物膜吸附、氧化并分解廢水中的有機物，從而達到對廢水中污染物的去除^[2]。
　　好氧生物流化床按床內氣、液、固三相的混合程度的不同，以及供氧方式及床體結構。脫膜方式等的差別可分為兩相生物流化床和三相生物流化床。
1.1.1 兩相生物流化床

　　兩相生物流化床工藝流程見圖1。其特點是充氧過程與流化過程分開并完全依靠水流使載體流化。在流化床外設充氧設備和脫膜設備，在流化床內只有液、固兩相。原廢水先經充氧設備，可利用空氣或純氧為氧源使廢水中溶解氧達飽和狀態^[3]。
1.1.2 三相生物流化床
　　該反應器內氣、液、固三相共存，污水充氧和載體流化同時進行，廢水有機物在載體生物膜的作用下進行生物降解，空氣的攪動使生物膜及時脫落，故不需脫膜裝置。但有小部分載體可能從床中帶出，需回流載體。三相生物流化床的技術關鍵之一，是防止氣泡在床內合并成大氣泡而影響充氧效率，為此可采用減壓釋放或射流曝氣方式進行充氧或充氣。
　　近期，國內環保設備企業開發較多的是內循環式生物流化床，其工藝流程如圖2所示。該流化床由反應區、脫氣區和沉淀區組成，反應區由內筒和外筒兩個同心圓柱組成，曝氣裝置在內筒底部，反應區內填充生物載體。混合液在內筒向上流、外筒向下流構成循環。

1.2 好氧生物流化床適用范圍
　　適用于各種可生化降解的有機廢水處理，主要用于去除中、低濃度的有機碳化合物，以及好氧硝化去除NH₃－N，對各類生活污水及工業廢水均有良好的處理效果。
1.3 應用好氧生物流化床處理廢水的效果
　　好氧生物流化床已用于多種工業廢水及城市污水的處理，并且取得了良好的效果。好氧生物流化床處理不同廢水的操作情況及結果見表1。

表1 好氧生物流化床處理不同廢水的操作情況及處理效果^[4-13] 廢水類別 進水 停留時間/h 有機負荷（以CODcr計）/（kg.m^-3.d^-1) 分析項目 去除率/% CODcr去除率/% 備注 ρ（CODcr)/(g.L^-1) ρ(BOD₅)/(g.L^-1) 生活污水 0.15-1.0 0.67 10.4 NH₃-N 60 89 小試 甲醇廢水 6.20 4.87 68 2.08 甲醇 99.6 94.6 接菌種186 含氰廢水 0.4-0.5 4 CN 80.9-99.5 ＞60 小試 染料生產廢水（含Cu） 0.15-0.22 0.07-0.1 20-24 3-4 Cu 75 92-93 小試 染料廢水（堿性綠） 1.44 0.7-4 色度 94 72 射流曝氣 啤酒廢水 4.3 2.3 80 小試 化工有機廢水 1.3-2.5 3.5-5.6 6.3-7.2 NH₃-N 45.2-64 ＞68.4 小試 　 P 62.9-71.7 石化廢水 0.5-0.8 1.5 15 NH₃-N 40 75-80 小試 　 油 75 　 P 86 煉油廠含硫污水 1.2-1.9 3.5-6.9 ＞80 小試 人工合成廢水 2.0 硫化物 ＞86 98 （NH₄Cl,NaHCO₃) 酚 92 好氧硝化 酵母生產廢水 1.96 20 8.2 NH₃-N 90 82

2 厭氧生物流化床

　　與好氧生物流化床相比，該法不僅在降解高濃度有機物方面顯出獨特優點，而且具有良好的脫氮效果。
2.1 厭氧生物流化床的結構組成
　　厭氧生物流化床可視為特殊的氣體進口速度為零的三相流化床。這是因為厭氧反應過程分為水解酸化、產酸和產甲烷3個階段，床內雖無需通氧或空氣，但產甲烷菌產生的氣體與床內液、固兩相混和即成三相流化狀態。厭氧生物流化床工藝如圖3所示[14]。為維持較高的上流速度，需采用較大的回流比。厭氧生物流化床內微生物種群的分布趨于均一化，在床中央區域生物膜的產酸活性和產甲烷活性都很高[15]，從而使其有效負荷大大提高。

2.2 厭氧生物流化床的適用范圍
　　厭氧生物流化床既適于高濃度的有機廢水，又適于中、低濃度的有機廢水處理，它的有機容積負荷（以BOD₅計）可達2－10kg／（m³.d），由于所需氮磷營養較少，尤適于處理氮磷缺乏的工業廢水。處理的工業廢水包括含酚廢水、α—萘磺酸廢水、魚類加工廢水、煉油污水、乳糖廢水、屠宰場廢水、煤氣化廢水等，處理的城市污水包括家庭廢水、糞便廢水、市政污水。廚房廢水等。
2.3 應用厭氧生物流化床法處理廢水的效果
　　厭氧生物流化床處理廢水的研究與應用實例迄今為止已比較廣泛，而且已發揮了顯著優勢。表二中列舉了一些研究及應用結果。

表2 厭氧流化床試驗及應用結果舉例^[4,16-23] 廢水類別 進水 停留時間/h 有機負荷（以CODcr計）/（kg.m^-3.d^-1) 溫度℃ 去除率/% 備注 ρ（CODcr)/(g.L^-1) ρ(BOD₅)/(g.L^-1) CODcr BOD₅ 大豆蛋白生產 3.7-4.7 2.3-2.5 10-12 7.6-11.0 30-35 91 96 中試 有機酸生產 8.8 7.0 5 42 30 99 99 中試 含酚廢水 2.8-3.7 2.1-3.0 15 4.5-5.9 30 99 99 中試 軟飲料生產（1） 0.98 0.83 30 90 　 中試 軟飲料生產（2） 6.0 3.9 8-14 35 ＞80 　 小試 化工廢水（含乙醇） 12.0 8-20 35 ＞80 　 小試 食品加工 7.0-10.0 8-24 35 ＞80 　 小試 污泥熱處理分離液 10-30 5.0-15 8-20 35 ＞80 　 小試 啤酒酵母加工廢水 5.6 5.17 9.8 30-35 93.5 98.5 實踐應用，預酸化 造紙黑液 5.5 10.19 12.9 　 75 　 小試，預酸析 干酷生產廢水 34 13.4-37.6 35 93-97 小試 城市廢水 0.18 0.08 2.4 7.7 15 75 82 小試，低溫處理 制藥廢水 9.4-12.5 9.6 32.06 40 80 　 小試 硫酸鹽草漿廢水 2-5 5-6.5 3-9 43.2 28-32 50-70 　 小試，加BaCl₂除硫 印染廢水（含活性艷紅，弱酸性深藍） 0.8-0.9 2.5-3 25-40 44-49 　 小試，采用固定化 人工合成廢水（含乙酸、丙酸、鉻酸） 1.0 6-12 4.0 35 96 　 脫色菌
小試

3 其它新型流化床

　　為使生物流化床發展成為高效、低耗、連續處理大量廢水的新型反應器，國內外又研究開發了一些新型生物流化床反應器。
3.1 磁場生物流化床
　　磁場生物流化床反應器裝置比較復雜，需在床體外加磁場，并且固定化細胞的載體內需含一定的磁介質，床層內存在3種狀態；散流床、鏈流床、磁聚床。施加磁場帶來兩個方面優點：①固相粒子可在更大的流速下才能從磁場生物流化床沖出；②單位反應器體積所降解的污染物量明顯提高^[24]。
　　將厭氧磁場生物流化床用于處理人工模擬印染廢水，以紫色非硫光和細菌為脫色菌，并做成固定化細胞，在床體內加入磁粉，在溫度為25－40℃下對活性艷紅X－3B及弱酸性深藍GR廢水進行處理，也取得了良好效果（脫色率大于90％，CODcr去除率50％左右）。試驗結果表明，使床體在磁場作用下能縮短啟動時間，而且處理效率有較大提高。
3.2 復合式生物流化床
　　將不同類型的生物流化床組合或將生物流化床與其它生化處理反應器組合，便形成復合生物流化床。這樣可以兼顧不同反應器的特點，提高處理效果，這種組合已經成為生物流化床的一個新發展方向。
3.2.1 厭氧一好氧復合式生物流化床
　　此種生物流化床是由英國水研究中心開發的，用作有機物的去除、氨氮的硝化和脫氮，均收到良好的效果。其流程如圖4所示。該法的特點是第1段厭氧床內的兼性菌利用硝酸鹽中的氧作為氧源，使廢水中部分有機碳化合物氧化，因而不需要補充碳源，同時也減少了第2段好氧床的有機負荷，降低能耗。最終使排水中硝酸鹽的質量濃度降至5－10mg／L。

3.2.2 固定床-流化床生物反應器
　　北京化工研究院開發了一種全混型和置換疊加的復合式生物流化床，在一個床中實現了流化床和固定床的串聯操作，既有利防止流態化生物相及生物載體的溢出，又具有良好的循環特性。反應器結構如圖5所示。研究結果表明，用其處理淀粉廢水，停留時間小于4h，最大CODcr負荷為4.2kg／（m³.d），具有處理能力大、效率高的優點。

3.2.3 好氧流化床-接觸氧化床復合反應器
　　此種反應器屬一體化設備，以一上部帶有活動式過濾安全網的內循環流化床為主體，流化床上部出水通過自充氧系統，進人侵沒式接觸氧化床，進一步反應后出水，該反應器除具有優良的自充氧特性外，兼有流化床處理效率高和接觸氧化濾床出水性能好的特點，又因氣水比低、能耗小和適應性好等，故有良好的應用前景。反應器結構如圖6所示^[25]。

3.3 厭氧甲烷發酵流化床膜反應器
　　該反應器是把流化床反應器和膜分離技術結合起來，采用固定化技術固定微生物，通過膜分離得到高質量的出水，其原理如圖7所示。它具有生物介質分布均勻、傳質速度快的特點，同時又能打破化學平衡的限制，提高底物濃度，將出水質量好和反應效率高有效的結合起來，省去后處理裝置，特別適用于高效率菌種且受底物濃度限制大的情況。其缺點是操作費用高、質優價廉的膜材料難以獲得^[26]。

3.4 三重環流生物流化床
　　該流化床由華南理工大學設計^[27]，將內循環管（氣升管）分為3段，使三相流體按一定分布進行三層次的循環流動，其設計目的為強化傳質，提高混合，降低啟動壓力。其結構及循環示意如圖8所示。經流體力學實驗研究表明，該反應器的氣相含率較單重環流反應器在相同實驗條件下高10％－15％，氣流量增大，縮短了循環時間，使液體循環速度加快。
　　用該流化床處理廢水，在有毒有機物高負荷條件下運行良好，平均容積負荷（以 CODcr計）為7.16kg／（m3.d）山時，CODcr平均去除率可達79.5％，芳烴類化合物去除率為91.9％，對酚類去除率達94.8％。

4 結語
　　生物流化床法處理廢水的優越性已從各種研究及應用實例中充分表現出來，它的確是一種前景廣闊值得深入研究的高效節能的廢水處理方法。面對各種類型的生物流化床，筆者認為，在研究與應用中應注意以下問題：
　　①了解不同生物流化床的優缺點：生物流化床的設計意圖不同，所處理廢水的側重點也不同，只有針對性的選用適宜的反應器，才能達到良好的處理效果。
　　②加強高效優良菌種的篩選：既包括廣普高效菌種的篩選，又要重視專一菌種的選擇，發揮其特殊降解功能，利用遺傳工程獲得優良菌種。
　　③生物流化床新設備的開發應注意的事項：優化設計，降低成本，并加強工業化連續處理廢水的自動化成分。

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　　作者簡介：李春華（1977），女，山東濰坊人，現于遼寧石油化工大學（原撫順石油學院）攻讀環境工程碩士研究生，研究方向為水污染控制及其治理，電話（0413）6664924，zjwlch＠sina.com。