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生物流化床处理技术 [原创 2010-06-12 16:49:03]   
 生物流化床处理技术是借助流体(液体、气体)使表面生长着微生物的固体颗粒(生物颗粒)呈流态化,同时进行去除和降解有机污染物的生物膜法处理技术。它是70年xx始应用于污水处理的一种高效的生物处理工艺。

一、

    在圆柱形流化床①的底部,装置一块多孔液体分布板②在分布板上堆放颗粒载体 (如砂、活性碳),液体从床底的进口③进入,经过分布板均匀地向上流动,并通过固体床层由顶部出口管④流出()。流化床上装有压差计⑤,用以测量液体流经床层的压力降。当液体流过床层时,随着流体流速的不同,床层会出现下述三种不同的状态。

    1.固定床阶段()

    当液体以很小的速度流经床层时,固体颗粒处于静止不动的状态,床层高度也基本维持不变,这时的床层称固定床。在这一阶段,液体通过床层的压力降Ap随空塔速度v的上升而增加,呈幂函数关系,在双对数坐标图纸上呈直线即()中的OA段。

    当液体流速增大到压力降Ap大致等于单位面积床层重量时(图5-26中的凸点),固体颗粒间的相对位置略有变化,床层开始膨胀,固体颗粒仍保持接触且不流态化。

    2.流化床阶段()

    当液体流速大于6点流速,床层不再维持于固定床状态,颗粒被液体托起而呈悬浮状态,且在床层内各个方向流动,在床层上部有一个水平界面,此时由颗粒所形成的床层xx处于流态化状态,这类床层称流化床。在这阶段,流化层的高度h是随流速上升而增大,床层压力降△p则基本上不随流速改变,如图 5-26中的bc段所示。b点的流速Vmin是达到流态化的起始速度,称临界流态化速度。临界速度值随颗粒的大小、密度和液体的物理性质而异。

    由于生物流化床中的载体颗粒表面有一层微生物膜,因此其流化特性与普通的流化床不同,我国在这方面已开始进行研究。流化床床层的膨胀程度可以用膨胀率K或膨胀比R表示:

    在生物流化床中,相同的流速下,膨胀率随着生物膜厚度的增加而增大一般K采用50%~200%。

    3.液体输送阶段

  当液体流速提高至超过c点后,床层不再保持流化,床层上部的界面消失,载体随液体从流化床带出,这阶段称液体输送阶段。在水处理工艺中,这种床称“移动床”或“流动床”。c点的流速Umax称颗粒带出速度或{zd0}流化速度。

    流化床的正常操作应控制在Vmin与 Vmax之间。

二、

    根据生物流化床的供氧、脱膜和床体结构等方面的不同,好氧生物流化床主要有下述两种类型:

    1.两相生物流化床

    这类流化床是在流化床体外设置充氧设备与脱膜装置,以为微生物充氧并脱除载体表面的生物膜。基本工艺流程如()所示。

    2.三相生物流化床

    三相生物流化床是气、液、固三相直接在流化床体内进行生化反应,不另设充氧设备和脱膜设备,载体表面的生物膜依靠气体的搅动作用,使颗粒之间激烈摩擦而脱落。其工艺流程如()所示。

    三相生物流化床的设计应注意防止气泡在床内合并成大气泡影响充氧效率。充氧方式有减压释放空气充氧和射流曝气充氧等形式。由于有时可能有少量载体被带出床体,因此在流程中通常有载体(含污泥)回流。三相流化床设备较简单,操作亦较容易,能耗也较二相流化床低,因此对三相流化床的研究较多。

    生物流化床除用于好氧生物处理外,尚可用于生物脱氮和厌氧生物处理。

    生物流化床的主要优点如下:

    1.容积负荷高,抗冲击负荷能力强

    由于生物流化床是采用小粒径固体颗粒作为载体,且载体在床内呈流化状态,因此其每单位体积表面积比其它生物膜法大很多。这就使其单位床体的生物量很高(10~14g/L),加上传质速度快,废水一进入床内,很快地被混合和稀释,因此生物流化床的抗冲击负荷能力较强,容积负荷也较其它生物处理法高.

    2.微生物活性强

    由于生物颗粒在床体内不断相互碰撞和摩擦,其生物膜厚度较薄,一般在 0.2微米以下,且较均匀。据研究,对于同类废水,在相同处理条件下,其生物膜的呼吸率约为活性污泥的两倍,可见其反应速率快,微生物的活性较强。这也是生物流化床负荷较高的原因之一。

    3,传质效果好

    由于载体颗粒在床体内处于剧烈运动状态,气-固-液界面不断更新,因此传质效果好,这有利于微生物对污染物的吸附和降解,加快了生化反应速率。

    生物流化床的缺点是设备的磨损较固定床严重,载体颗粒在湍动过程中会被磨损变小。此外,设计时还存在着生产放大方面的问题,如防堵塞、曝气方法、进水配水系统的选用和生物颗粒流失等。因此,目前我国废水处理还少有工业性应用,上述问题的解决,有可能使生物流化床获得较广泛的工业性应用。

四、

    研究认为,生物流化床工作性能的提高,关键在于载体的革新。砂质载体虽耐磨但比重大(2.65左右),不易流化;颗粒活性炭则不耐磨。应当创造一种比重略小于水而又耐磨的粒状或近于粒状(即体积小)的载体。近来,国内开发了一种空心塑料(聚乙烯、聚丙烯等)体(球状或柱状),其比重小于1(并可按工艺要求,在加工制造时调节比重)。目前的尺寸为直径25~100mm,比表面积为 300~400 m2/ m3。投入水中时,浮于水面。试验中采用的载体充填度达容器容积的60%~70%。工作时,载体在池内均匀流化,紊动剧烈,气泡被切割微型化。曝气还起紊动搅拌作用,对扩气设备要求不高,穿孔管即可。

    由于载体在床内呈流化态,即使采用穿孔管的中气泡扩散器,载体不断切割气泡,也可使气泡曝气的空气利用率,动力效率得到提高,而且使气泡在整个床体内均匀分布。

    试验研究表明,这种工艺尤其适用于高浓度有机污水的预处理以及低BOD5值污水的处理,有较好的发展前景。

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