生物流化床污水处理技术进展

收稿日期:2007-12-061 作者简介:阚红明(1979～),男,内蒙古突泉县人,在读硕士研究生.　3教育部科学技术研究重点项目(205189)1生物流化床污水处理技术进展3阚红明　韩相奎　郭智倩　张丽萍　余　丹　李佩轩(吉林建筑工程学院市政与环境工程学院,长春　130021)摘要:介绍了生物流化床污水处理技术的发展沿革,以及近年来出现的新型流化床,并简要分析了生物流化床的发展前景和正待解决的问题.关键词:生物流化床;发展;污水处理中图分类号:X 703 文献标识码:A 文章编号:100921288(2008)0320004203Development of Biological Fluid Beds in W aste w ater T reatmentKAN Hong 2ming ,HAN Xiang 2kui ,GUO Zhi 2qian ,ZHAN G Li 2ping ,YU Dan ,L I Pei 2xuan(School of Environmental Engineering ,Jilin A rchitectural and Civil Engineering Institute ,Changchun 130021)Abstract :The devolopment of biological fluid beds (BFBs )for wastewater treatment was reviewed.Several new BFBs were introduced.The paper analyzed BFBs ’future and problems.K eyw ords :biological fluid bed ;development ;wastewater treatment 生物流化床(biological fluidized beds ,BFBs )是在20世纪70年代初,由美国首先开始进行研究和应用的.所谓生物流化床,就是以砂、活性炭、焦炭一类较小的惰性颗粒为载体充填在床体内,因载体表面覆盖着生物膜而使其质地变轻,污水以一定流速从下向上流动,使载体处于流化状态.该工艺是利用流态化的概念进行操作,是一种强化生物处理、提高微生物降解有机物能力的高效生物处理工艺,克服了固定床生物膜法中固定床操作存在的易堵塞问题[1].1　生物流化床工艺发展沿革 20世纪30年代,有人提出在悬浮床、膨胀床或流化床中采用将活细胞固定在载体颗粒上的办法来处理废水的设想[2],但直到60年代,这一设想都未能在废水生物处理的工业化过程中付诸实施.1971年,Robert 等人在对废水生物处理水作深度净化时,发现被活性炭吸附的有机物大都能被微生物所分解,这为发展具有生物膜法和活性污泥法两者优点的生物流化床技术提供了试验基础.1973年,美国Jeris Johns 等人成功开发了厌氧生物流化床技术,用于去除BOD 5和N H 3-N 的硝化处理.试验结果表明:在16min 的停留时间内BOD 去除率达93%,同年申请了专利.1975年,美国Ecolotrol 公司开发了HY -FIO 生物流化床工艺,用于废水的二三级处理,首次取得生物流化床处理废水的专利.美国Dorr -Oliver 公司在流化床的实用性方面做了许多研究,尤其在充氧器和进水分布系统上取得了很大的进展.Dorr -Oliver 设计的Oxitron 反应器[3],在床底部的锥体部分采用喷嘴,造成一种强有力的喷射床作为流化床的分布器.英国水研究中心和美国水研究中心又分别对充氧方式进行改进并成功地用于厌氧-好氧两段流化床对废水进行全面的二级处理,包括有机碳的去除、氨氮的硝化和脱氮[4].日本在70年代中期开始了流化床方面的研究,其着眼于中小型工厂的废　第25卷　第3期2008年9月吉　林　建　筑　工　程　学　院　学　报Journal of Jilin Architectural and Civil Engineering Institute Vol.25　No.3Sep 12008　水处理,采用空气曝气,有床外曝气的两相流化床,也有床内曝气的三相流化床,装置构形和脱膜方式与欧美不同,有其独到之处.具有代表性的是三菱公司和粟田公司.我国在这方面的研究起步较晚,兰化研究院环保所1978年开始进行纯氧生物流化床处理石油化工废水的研究工作,先后进行了石油化工综合废水、丁烯氧化废水、甲醇废水和油漆厂废水处理的研究.除兰化研究院外,国内主要研究的是空气曝气流化床.其中,内循环三相流化床研究进展迅速.1979年,由国家建委城建局下达给成都市政设计院、北京市环保所、哈尔滨建工学院、武汉给水排水设计院等单位生物流化床专题研究任务.1980年,上述各单位以城市生活污水为对象,各自进行了比较广泛地探索和研究,在此基础上,推出了以兼气床为主的工艺流程.其特点是采用兼气床为主体,以低供氧方式运转,每公斤BOD 5消耗氧气量仅为0.3kg ～0.4kg ,为好氧床的1/3～1/4[5].2　生物流化床的分类 按照使载体流化的动力来源不同,生物流化床分为以液流为动力的两相流化床(液流动力流化床)、以气流为动力的三相流化床(气流动力流化床)和机械搅拌流化床3种类型.此外,生物流化床还按其好氧或厌氧状态分为好氧流化床和厌氧流化床[1],按分类特征列于表1.表1　生物循环流化床分类[6]类型去除对象流态化方法充氧手段流化床类型好氧有机污染物(BOD ,COD )氮　用气体流态化 纯氧 机械表面曝气 床外充氧两相生物流化床　用液体流态化 机械表面曝气 鼓风曝气 气固液三相生物流化床 传统三相生物流化床　机械搅拌流态化 加压溶解 内循环生物流化床 外循环生物流化床厌氧硝酸氮亚硝酸氮　液体流态化　机械搅拌流态化 近年来,随着国内流化床研究的进展,流化床的发展显示出一种新型态势,产生了一批兼具几种反应器特点的新型流化床.如:新型脱氮-除磷生物循环流化床、序批式流化床、磁场流化床等.3　新型生物流化床311　新型脱氮-除磷生物循环流化床 崔玉波[7]等研制的新型循环流化床的结构(如图1所示),系统主要由厌氧床和好氧床组成.厌氧床上部为液固分离器,好氧床上部为沉淀区,二者之间的水压平衡,可以保持厌氧床和好氧床之间水流的动态平衡.两个斜管将厌氧床和好氧床连通为一个整体.原水、厌氧床回流水和好氧床回流水在水流分布器中通过调节阀进行重新分配.当厌氧床的表升流速超过某一临界值后,液体协同载体同向升流到液固分离器,上清液部分回流,其余部分同载体在平衡水压作用下,经上斜管流入好氧床.好氧床中的载体在沉淀区回流水和曝气的共同作用下处于流化状态,同时,有部分载体下行补给厌氧床,形成了载体的循环流动.新型循环流化床可实现生物膜载体的回流循环,具有脱氮除磷功能.系统启动一个月后就形成了硝化和反硝化微生物菌落;启动一个半月后可以实现完全硝化和反硝化功能.系统出水COD ,N H4-N ,NO3-N ,TN ,NO2-N 维持较低水平.312　序批式流化床 徐功娣、陆永生[8]等研究的序批式生物流化床(图2),采用序批式操作,能完成从液固二相流化床到气液固三相流化床的转化.液固二相流化床用于废水的厌氧处理,气液固三相流化床用于废水的好氧处理.液固二相流化床:在装有选定的载体流化床缓冲段一次性注入液体,然后开启循环泵,使液固在主床-缓冲段-副床-连通管内形成逆时针循环.气液固三相流化床:空气由主床近底部经曝气装置与液体混合后进入主床,主床内固液混合相因含有气体而导致密度减小,由上端缓冲段进入副床,一部分气体由缓冲段逸出,另一部分空气与主床流入的固液相在副床内混合,由下端连通管进入主床,在主床-缓冲段-副床-连通管内形5　第3期阚红明,韩相奎,郭智倩,张丽萍,余　丹,李佩轩:生物流化床污水处理技术进展图1　新型脱氮-除磷生物循环流化床 图2　序批式流化床成逆时针循环.结果表明,无论在二相流化床还是在三相流化床载体的添加都会使液体的混合时间不同程度的缩短;使用活性炭做载体比使用沸石做载体混合时间稍短;可以用全混流反应器(CSTR )模型来描述外循环流化床反应器.313　磁场生物流化床 1969年,Tuthill 提出了磁稳定流化床的概念,Rosensweig 在基础研究方面做了奠基性的工作,随后磁性生物流化床的操作形式、流变特性、膨胀特性、热量质量传递、流一固接触效率,不同流行等机理问题方面成为研究的热点.磁性流化床与普通流化床相似,区别在于磁场流化床的床层介质采用磁敏性介质,且流化床中除流场和重力场外还有外加磁场.磁场一般选用恒定或交变电磁场,其产生方式一般通过Helmholtz 线圈产生,磁场强度可以利用电流强度调节.磁场流化床的外加磁场方向分为磁场方向和流动相流动方向平行的轴向磁场和磁场方向与流动相流动方向垂直的径向磁场.施加磁场带来两个方面优点:①固相粒子只有在更大的流速下才能从磁场生物流化床冲出;②单位反应器体积所降解的污染物量明显提高[9].4　生物流化床工艺的发展前景 由于生物流化床具有较高的污水处理效率,较少的占地面积等优点,在处理城市污水和工业废水中展现了良好的发展前景.近三十年来,生物流化床的应用范围和规模都在日益扩展,根据国外的比较,生物流化床的投资及占地面积仅相当于传统活性污泥曝气池的70%和50%[1].2006年,中国环境公报公布,全国废水排放总量为537.0亿吨,其中工业废水总排放量为239.5亿吨,生活污水总排放量为297.5亿吨,比上年增长1.0%.目前,在水资源日益紧张的情况下,中水回用技术已经在我国的发达地区得到了应用.事实证明.在居民小区内构建污水处理站,将生活污水直接处理成中水供小区使用,是当前城市生活污水处理的另一种选择.生物流化床由于占地面积少,处理效率高,是小区生活污水处理站能选择的最佳工艺.在工业废水处理领域中,高效地处理工业废水一直是生物流化床的研究和发展方向.工业污水的特点是成分复杂,含有多种不同的污染物质,且工业废水中的污染物质和浓度有较大的差别,较难处理.生物流化床由于其耐冲击负荷,而且能根据不同的污水水质培养出高效的用于污水处理的微生物菌群,从而有效地处理工业废水.由此可见,随着技术的进步,生物流化床在城市污水处理和工业废水的处理中将占据重要的地位.生物流化床工艺的应用前景将更加广阔.同时,也应注意到生物流化床工艺还有许多亟待解决的问题:(1)生物流化床耗能较高,积极研究降低生物流化床的能耗是生物流化床工艺能否被广泛应用的重要前提.(2)生物流化床操作技术比较复杂,要求操作人员水平较高,应该加强自动化技术的引进,改变传统的操作技术.(3)开发高效的微生物菌种,包括广谱的微生物菌种和专一的微生物菌种,为流化床处理城市污水和成分特殊的工业废水提供微生物学基础.(4)在理论上应深入研究生物流化床内的水力学特性,加强反应器放大设计方面的研究.(下转第16页)缝;当桥台高度H≥14m时,前墙与长侧墙交汇处大部分区域会出现裂缝,所以应谨慎修建高度超过14m 的重力式U型斜交桥台.(5)钢筋混凝土圈梁法在重力式U型斜交桥台的加固上能达到满意的效果.参　考　文　献 [1]　周水兴,胡　娟,张　敏1重力式桥台开裂的机理研究[J]1重庆交通大学报,2005(8):9-121 [2]　马桂军,夏岩昆1高填方圬工U型桥台开裂原因分析及维修处理方法[J]1黑龙江交通科技,2000(3):51-521 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