生物流化床工艺优缺点

一、生物流化床工艺优缺点生物流化床技术起始于20世纪70年代初，是一种新型的生物膜法工艺，生物流化床将普通的活性污泥法和生物膜法的优点有机结合在一起，并引入化工领域的流化技术处理有机废水。

生物流化床是以微粒状填料如砂、活性炭、焦炭、多孔球等作为微生物载体，将空气（或氧气）、废水同时泵入反应器，使载体处于流化状态，反应器内固、液、气充分传质、混合，污水充氧和载体流化同时进行，通过载体表面上不断生长的生物膜吸附、氧化并分解废水中的有机物，颗粒之间剧烈碰撞，生物膜表面不断更新，微生物始终处于生长旺盛阶段，高效地对废水中污染物进行生物降解。

容积负荷高，占地面积小由于BFB采用颗粒、甚至粉末填料，比表面积大，故流化床内能维持极高的微生物量（40-50g/l）；由于生物膜表面不断更新，微生物始终处于高活性状态，加之良好的传质条件，废水中的基质在反应器中与均匀分散的生物膜充分接触而被快速降解去除。

BFB容积负荷可高达6-10kgBOD/m3.d，是一般活性污泥法高10～20倍。

耐冲击负荷能力强，能适应各种污水在BFB中，污水和填料之间充分循环流动、传质混合，使反应器具有极大的稀释扩散能力，废水进入反应器后被迅速地混合和稀释；BFB生物膜更新速度快，使其保持着良好的生物活性，废水中的基质在反应器中与均匀分散的生物膜充分接触而被迅速降解而被稀释，从而对负荷突然变化的影响起到缓冲作用；微生物主要以生物膜形式存在，对原水中毒性物质抵抗能力强，从而使系统具有很强的抗冲击复合能力，当出现冲击负荷时，COD去除率开始可能会下降，但很快就恢复正常，通常情况下不需要设调节池。

氧传质效率高：氧是一种难溶性气体，其从气相向液相转移过程中，传质阻力主要来自于液膜，液膜厚度是氧向水相转移的主要限制因素，BFB通过填料对气体切割，大气泡被切割成无数的小气泡或微小气泡，增加接触比表面积，延长气体在水相停留时间，明显压缩液膜和气膜厚度，大大提高氧船只效率；和普通接触氧化生物膜相比，BFB载体表面的生物膜较薄，有利于氧气和有机物等的传质，提高氧利用率；和活性污泥法相比，载体的投加降低反应器悬浮污泥浓度和粘度，使系统氧转化效率提高。

在正常的载体填充量范围内，随着载体填充量及生物浓度增加微生物耗氧速率加快，可随氧气向水中的传递系数增大得到补偿，避免由于生物浓度增加而造成好氧废水生物处理中溶解氧不足的不利影响。

但如果填料投放量过大，填料在水中流化效果差，紊动程度也降低，使得氧传递速率下降，氧利用率降低，加上填料本身对水中溶解氧的有一定吸附作用，这会造成水中溶解氧减少。

生物膜厚度可控，系统更稳定：BFB可通过曝气量控制填料剪切力，而控制生物膜厚度，而接触氧化生物膜厚度不可控；BFB结合了载体的流化机理、吸附机理、生物化学机理，将传统的活性污泥法和生物膜法优势结合起来，使系统既具有接触氧化法高生物量和微生物活性、高容积负荷、强抗冲击负荷能力、占地面积小，又具有活性污泥法的高传质效率，系统稳定，同时还具有氧转化效率高，生物膜厚度可控等优点，可适应不同浓度，不同种类的污水处理。

BFB始于70年代初，推广远不如活性污泥和接触氧化，原因在于其自身的一些瓶颈问题：如能耗大，虽然氧传质效率高，但曝气不仅是要生物降解提供溶氧，还必须保持载体流化状态；流化床内部的流态化特性十分复杂，对其流体力学特征研究严重不足，给放大设计造成了困难；泥水分离靠重力作用，载体易流失，出水水质较差。

最大问题还是在于流化本身，载体在反应器内，依靠曝气和水流的提升作用处于流化状态，其床体膨胀行为、载体颗粒特征、反应器中流体力学特征等，对反应器设计和运行关系重大，否则就会出现填料堆积、局部流化不均等问题。

目前对表征流化床性能的反应器流体力学混合特征、传递特征，反应器布气、三相分离、导流区、膨胀特征、流化填料及挂膜特征、操作系统优化控制等参数研究不足，设备设计放大的基本参数严重不足，实际工程设计时还必须通过大量试验来优化反应器的构造和水力特性，降低能耗。

这严重限制了BFB在污水处理领域的应用。

从池体结构上看，目前BFB主要包括圆筒式、锥筒式、导流筒式、逆导流筒式、侧循环式、外循环式等。

其中导流筒式流化床（或称内循环流化床）是应用较为广泛的生物流化床结构，它在传统三相流化床内设置了导流筒，提高了反应器内反应介质的混合程度，目前，对其流体力学特征研究较为深入，近年来，已有生活污水、印染废水等领域成功的工程案例，但导流筒式流化床结构十分复杂，必须要在工厂预先加工，其加工、运输、安装等均存在一定难度，这在一定程度上也限制了BFB在污水处理中应用。

解决BFB流化问题，关键在载体，载体生物膜的核心，也是生物流化床工艺运行的关键，优良的BFB载体，必须具备良好的生物相容性有利于生物膜附着；化学稳定性，能够抵抗废水和微生物的侵蚀，不溶出有害物质；还必须具有良好的水利学特性、足够的机械强度、表面粗糙、比表面积大、孔径分布合理、成本低廉等。

载体比表面积决定反应器生物量，是BFB运行效率的重要参数，比表面积与载体的粒径和表面粗糙度有关，粒径愈小，比表面积愈大，表面多孔粗糙载体比表面积比相同粒径的实心载体大，从这个意义上说，载体粒径越小，其生化处理效率越高。

载体的流化特征决定反应器混合传质效率，载体的流化动力与载体密度和粒径有关，密度和粒径越大，流化所需动力大，导致运行费用高；密度和粒径越小，球形度越好的载体，其动力学特征越接近活性污泥，流化所需动力越小，而且可以降低水力剪切力，有利于载体的挂膜。

从这个意义上说，载体粒径越小，密度越低，其混合传质效率越高，只要载体比重接近废水，其粒径足够小，反应器流体力学特征就可以接近于活性污泥，反应器设计就无需及其复杂的结构，而采用普通活性污泥池取而代之。

小粒径和密度载体，虽然解决了反应器流化、能耗等问题，但载体挂膜后易随出水流失，出水水质较差，固液分离成为小粒径和密度载体BFB应用瓶颈。

二、膜生物反应器优缺点：膜生物反应器是将膜分离技术与活性污泥工艺相结合的污水处理工艺，由于MBR采用膜分离系统，固液分离效率高，无需二沉池，出水悬浮物和浊度接近零；微生物完全保留在反应器中，实现了反应器水力停留时间( HRT) 和污泥龄(SRT) 的完全分离，无污泥膨胀的风险，和普通活性污泥法相比，其运行控制更加灵活、稳定；由于运行过程中排泥少，微生物浓度高，有机物分解效率高，降低了F/ M 值(kgBOD5/(kgMLSS.d)，使系统耐冲击负荷，特别是针对难降解有机物，由于污泥吸附和膜截留作用，强化氧化分解；膜的截留能将世代时间长、增值缓慢的硝化菌截留在反应器中，减弱了异养菌与硝化菌对溶解氧的竞争，提高了硝化效率；系统占地面积小，工艺设备集中，可采用PLC 控制，可实现全程自动化控制。

MBR主要问题是膜污染和能耗高。

膜污染缩短了膜的使用寿命，提高运行成本；MBR工艺中，曝气不仅要保持活性污泥的充分传质混合、为生物降解提供溶解氧，还需要保持稳定的膜驱动压力，以减缓膜污染，而后者所需的曝气动力远大于前者，而且MBR中ML SS高，粘度大，水中氧的传质效果差，必须加大曝气量以满足要求，MBR要求的气水比往往为25：1以上，有时甚至高达40：1，造成运行过程中能耗大，成本高。

三、膜生物流化床工艺：膜生物流化床是将膜分离技术与流化床工艺相结合的一项新型污水处理工艺，它既保留了普通膜生物反应器固液分离效率高、反应器设计简单、产泥量少优点，而载体的投加使着生微生物（生物膜）远大于悬浮态微生物量（活性污泥），从而降低混合液粘度，大大提高反应器氧转化效率；载体可吸附EPS(胞外聚合物)，使悬浮液中EPS 浓度的减小，从而减缓膜污染，延长膜组件的反冲洗周期，提高膜的使用寿命。

膜生物流化床也保留了生物流化床生物量大、容积负荷率高，耐冲击负荷能力强、氧转化效率高的优点，由于采用粒径和比重小的载体，其流体力学特征就可以接近于活性污泥，因此和普通的BFB相比，反应器结构简单、能耗小；由于载体比表面积大，反应器生物量更大、生物多样性更高，更有利于提高生化反应效率；由于采用膜分离系统，彻底解决了BFB载体流失、出水水质差的问题。

MBFB主要优点：容积负荷率高、耐冲击负荷能力强由于采用高比表面积载体，生物量大；反应器中载体之间充分传质混合，摩擦碰撞，活力高，载体表面的老化生物膜及时脱落可保持微生物的较高活性，解决了MBR 中由于长泥龄的维持而致污泥活性逐步降低的问题，提高了生物反应器的降解效率；载体、污泥间传质混合，使污水在反应器中很快的到稀释降解，使反应器容积负荷率高、耐冲击负荷能力强。

出水水质好，不存在载体流失由于采用膜分离系统，出水SS和浊度几乎为零，载体也不会因为排泥而流失。

膜的截留在有效提高流化床中的污泥浓度的同时而不需要考虑混合液的泥水分离效果会影响出水水质。

硝化效率高，具有反硝化脱氮功能载体的导入和膜的截留能将世代时间长、增值缓慢的硝化菌截留在反应器中，而具有吸附氨氮功能的特种载体应用，强化硝化细菌的生长，减弱了异养菌与硝化菌对溶解氧的竞争，提高了硝化效率。

载体表面按好氧层、缺氧层、厌氧层依次分层的生物膜结构，增加了反应器中的缺氧和厌氧的体积，为反应器中同步硝化反硝化的进行提供了条件。

针对低浓度有机物，降解更彻底对于低浓度有机废水，由于活性污泥浓度过低，容易解絮，悬浮污泥不易沉降，不适合采用活性污泥法处理，保持一定生物量和强化微生态系统物质循环功能是低浓度有机废水处理的关键，MBFB中膜的截留作用和载体生物膜功能使系统能维持一定生物量；载体对有机物、微生物和溶氧的吸附，提高载体-液界面基质浓度，使反应器中形成大量以载体为核心的有机物（底物）、微生物（反应主体）和溶氧（电子受体）富集区，形成局部生物氧化分解高效反应系统，有利于微生物获得底物和氧气，促进微生物对微量有机物快速分解，同时载体的吸附作用有利于生物膜的稳定性；载体的存在为原生动物、后生动物提供很好的附着条件，使系统食物链长，营养级增加，原生动物会捕食游离细菌，后生动物捕食原生动物，每一级的能量传递过程都会有能量损耗，使系统有机物降解的更加彻底，同时降低剩余污泥，减少游离微生物，对减少膜污染、维持膜通量稳定性有一定帮助。

氧传质效率高，能耗低载体的加入降低了活性污泥的粘度，有利于氧气高效传质；曝气的作用下，填料条件下，载体在反应器内流化，对气泡有切割作用，大气泡被切割成无数的小气泡或微小气泡，加大了气液的接触面积，从而提高了体积传质系数，对氧的传递也起着促进作用；载体表面的生物膜较薄,有利于氧气和有机物等的传质；MBFB中采用低粒径、低密度的轻质粉末材料，无需强烈曝气即可实现系统流化，故能耗远低于普通MBR和BFB工艺；悬浮微生物浓度较低,减小了MBR 中通过加大曝气量来解决MBR 中ML SS高传质较差而消耗的能量。