2008年環(huán)保工程師知識講座一講義精選(二十四)

　　7.生物流化床

　　廢水的生物流化床新工藝是繼流化床技術(shù)在化工領(lǐng)域廣泛應(yīng)用之后發(fā)展起來的。

　　⑴流化床載體流態(tài)化的原理

　　當(dāng)液體以很小的速度流經(jīng)載體床層時，載體處于靜止不動的狀態(tài)，床層的高度也基本維持不變，這時的床層稱固定床。當(dāng)流速增大到某一數(shù)值，此時壓降的數(shù)值等于載體床層的浮重，流化床中的載體顆粒就由靜止開始向上運動，床層也由固定狀態(tài)開始膨脹。如果流速繼續(xù)增大，則床層進一步膨脹，直到載體顆粒之間互不接觸，懸浮在流體中，這一狀態(tài)稱為初始流態(tài)化，如果再繼續(xù)增大流速，載體顆粒床會進一步膨脹，但是壓降卻不再增加，此時對應(yīng)的流速稱為臨界流化速度。在生物流化床的設(shè)計中，臨界流化速度是一個重要的校核參數(shù)，必須保證設(shè)計的流體上升流速大于臨界流化速度。由于載體顆粒的大小影響以及流化過程中氣體的參與，會使流化狀態(tài)的確定方法不同，臨界流化速度要采用對應(yīng)的計算方法或試驗方法得到。

　　另外，當(dāng)流化床底部進入污水而使床斷面流速等于臨界流化速度時，濾床開始松動，載體開始流化，當(dāng)進水量不斷增加而使床斷面流速大于臨界流化速度時，濾床高度不斷增加，載體流化程度加大，當(dāng)濾床內(nèi)載體顆粒不再為床底所承托而為液體流動對載體產(chǎn)生的上托力所承托，即在載體的下沉力和流體的上托力平衡時，整個濾床內(nèi)顆粒出現(xiàn)流化狀態(tài)。如果流速繼續(xù)增加，使載體顆粒之間的空隙增大一定程度后，載體顆粒會隨著水流從流化床中流出，此時的流體速度稱為沖出速度。在流化床的操作應(yīng)控制流體的流速介于臨界流化速度和沖出速度之間。載體床中的流體速度與載體間的孔隙率之間密切相關(guān)，二者之間的關(guān)系確定了膨脹的行為，這也是流化床工藝設(shè)計的關(guān)鍵。

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　　按照使載體流化的動力來源的不同，生物流化床一般可分為以液流為動力的兩相流化床和以氣流為動力的三相流化床兩大類。

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　　兩相流化床是以液流為動力使載體流化，在反應(yīng)器內(nèi)只有作為污水的液相和作為載體上附著生物膜的固相相互接觸。兩相流化床主要由床體、載體、布水裝置及脫膜裝置等組成。

　　以氧氣(或空氣)為氧源的液固兩相流化床的流程為：廢水與回流水在充氧設(shè)備中與氧混合，然后進入流化床進行生物氧化反應(yīng)，再由床頂排出。隨著床的操作，生物粒子直徑逐漸增大，定期用脫膜器對載體進行機械脫膜，脫膜后的載體返回流化床，脫除的生物膜則作為剩余污泥排出。

　　②三相生物流化床

　　三相流化床是以氣體為動力使載體流化，在流化床的反應(yīng)器內(nèi)有作為污水的液相、作為生物膜載體的固相和作為空氣或純氧的氣相三相相互接觸。

　　與好氧的兩相流化床相比，由于空氣直接從床體底部引入流化床，所以不需另設(shè)充氧設(shè)備，又由于反應(yīng)器內(nèi)空氣的攪動，載體之間的摩擦較強烈，一些多余或老化的生物膜在流化過程中即已脫落，所以不需另設(shè)專門的脫膜裝置。三相流化床本身由床體、進出水裝置、進氣管和載體組成。床體內(nèi)部通常內(nèi)導(dǎo)流管，起到向上輸送載體的作用，床體上部為載體分離區(qū)，防止載體流出。由于空氣的攪動，也有可能使少部分載體從流化床中隨水流出，此時應(yīng)考慮設(shè)置載體回流泵。當(dāng)原污水的污染物濃度較高時，可以采用處理水回流的方式稀釋進水。

　　在設(shè)計中，當(dāng)已知污水的水質(zhì)和水量時，需要確定一個合適的生物膜厚度，使其能滿足處理效率上的要求，由此再確定床層的膨脹高度。

　　內(nèi)循環(huán)式三相生物流化床是在傳統(tǒng)三相生物流化床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，目前應(yīng)用日趨成熟，它是通過在流化床中設(shè)置升流區(qū)和降流區(qū)，利用兩個區(qū)域之間的密度差，推動流體帶動載體的循環(huán)流動。這種流化床系統(tǒng)混合、傳質(zhì)效果好，不易發(fā)生載體分層現(xiàn)象，對配水均勻性的要求低，易于做到流體的均勻流動，并且載體不易流失。

　　⑶流化床的主要組成

　　生物流化床主要由床體、載體、布水裝置、充氧裝置和脫膜裝置等部分組成。

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　　一般呈圓形或方形，床體用鋼板焊制或鋼筋混凝土澆制，其有效高度按空床流速計算，高度與直徑比一般采用3:1～4:1。

　　②布水裝置

　　布水裝置通常位于濾床底部，它既起到了布水的作用，同時又要承托載體顆粒。目前，在生物流化床的試驗與應(yīng)用中多采用多孔板，多孔板上設(shè)礫石粗砂承托層、圓錐布水結(jié)構(gòu)及泡罩分布板的方式布水，另外，對于處理大水量的流化床，多采用管式大阻力布水器。

　　③載體

　　流化床所用的載體的比重略大于1，形狀盡量接近于球形。常用的載體有砂粒、無煙煤、陶粒、微粒硅膠及苯乙烯顆粒等。

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　　脫膜裝置對于生物流化床工藝也是至關(guān)重要的，有時單靠濾床內(nèi)載體之間的相互摩擦還不夠，此時應(yīng)考慮設(shè)有專門上的脫膜裝置，目前，主要應(yīng)用葉輪攪拌器、振動篩和刷形脫膜機等。

　?、莩恋韰^(qū)及三相分離器

　　為了處理出水排出之前將載體顆粒與水分離，需要在流化床反應(yīng)器頂部設(shè)置沉淀區(qū)，對于三相流化床，除了將載體與水分離外，還需要將氣泡從水中分離，這種常常區(qū)就是三相分離器。

　　⑷生物流化床法的工藝特點

　?、僖蛏锪骰矁?nèi)的載體顆粒較小，總表面積大，提高了單位容積反應(yīng)器內(nèi)的微生物量;

　　②載體處于流化狀態(tài)，污水可與其表面的生物膜充分接觸;

　?、圯d體在床內(nèi)的互相摩擦碰撞作用，使生物膜的活性提高并加速了有機污染物由污水中向微生物細胞內(nèi)的傳質(zhì)過程;

　?、芸箾_擊能力強、占地面積小、運行穩(wěn)定，不存在污泥膨脹問題，污泥產(chǎn)量少;

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