生物流化床原理

先將對廢水中主要污染物有降解作用的微生物，通過一定的方式固定在一定粒度的載體（如砂、玻璃珠、活性炭等）上；空氣和待處理的廢水從反應(yīng)器底部同向進(jìn)入，通過控制氣、液兩相的流速，使流化床反應(yīng)器內(nèi)載有生物體的載體呈流化狀態(tài)；廢水中的污染物與生長在載體上的微生物接觸反應(yīng)，從而將其從廢水中降解、去除。在反應(yīng)器頂部，通過分離裝置實現(xiàn)三相分離，澄清的廢水從溢流槽排出 。

生物流化床是指充氧的廢水自下而上地通過細(xì)濾料床，利用布滿生物膜的濾料進(jìn)行高效生物處理的裝置。載體顆粒小，總表面積大，單位容積內(nèi)的生物量大，載體處于流化狀態(tài)，強化了生物膜與污水之間的接觸，加快了污水與生物膜之間的相對運動，加速有機物從污水向微生物細(xì)胞的傳遞過程。由于載體不停地在流動、還能夠有效防止堵塞現(xiàn)象。按使載體流化的動力來源，生物流化床可分為液流動力流化床、氣流動力流化床和機械攪動流化床等 。

膜生物流化床工藝（membrane biological fluidized bed，簡稱MBFB）用于污水深度處理，能在原有污水達(dá)標(biāo)排放的基礎(chǔ)上，經(jīng)過生物流化床和陶瓷膜分離系統(tǒng)，進(jìn)一步降低COD、NH-N、濁度等指標(biāo)，一方面可直接回用，另一方面也可作為RO脫鹽處理的預(yù)處理工藝，替代原有砂濾、保安過濾、超濾等冗長過濾流程，同時有機物含量的降低大大提高RO膜使用壽命，降低回用水處理成本，無機陶瓷膜分離系統(tǒng)，是世界第一套污水處理專用的無機膜分離系統(tǒng)，和其它的有機膜、無機膜相比，具有膜通量大、可反沖、全自動操作等優(yōu)勢。

膜生物流化床工藝以生物流化床為基礎(chǔ)，以粉末活性炭(Pow-dered activated carbon，簡稱PAC)為載體，結(jié)合膜生物反應(yīng)器工藝(Membrane bioreactor,簡稱MBR)的固液分離技術(shù)，使反應(yīng)器集活性炭的物理吸附、微生物降解和膜的高效分離作用為一體，使水體中難以降解的小分子有機物與在曝氣條件下處于流化狀態(tài)的活性炭粉末進(jìn)行充分地傳質(zhì)、混合，被吸附、富集在活性炭表面，使活性炭表面形成局部污染物濃縮區(qū)域；粉末活性炭同時也為微生物繁殖提供了特殊的表面，其多孔的表面吸附了大量微生物菌群，特別是以目標(biāo)污染物為代謝底物的微生物菌群；同時，粉末活性炭對水體中溶解氧有很強的吸附能力，在高溶解氧條件下，微生物對富集在活性炭表面小分子有機物進(jìn)行氧化分解，然后利用陶瓷膜分離系統(tǒng)將水和吸附了有機物的粉末活性炭等懸浮顆粒分開，通過錯流過濾，進(jìn)一步凈化污水，使其達(dá)到中水回用標(biāo)準(zhǔn)。研究表明，MBFB能有效除去微污染水體中氨氮、COD和其它難降解小分子有毒有機物等。

在MBFB反應(yīng)系統(tǒng)中，粉末活性碳(PAC)由于吸附大量微生物，成為生物活性碳（BAC）,使PAC不僅存在著對小分子有機污染物的吸附和富集作用，還存在著PAC對微生物的吸附和保護(hù)作用、PAC對溶解氧的吸附作用、在局部高污染物濃度和高溶解氧條件下微生物對小分子有機物的分解作用以及PAC的生物再生作用。PAC、微生物、溶解氧、污染物等要素在高強度流化、混合、傳質(zhì)、剪切作用下，實現(xiàn)對微污染小分子有機物的高效分解。

1、PAC對小分子有機物的吸附和富集作用PAC能富集污染物形成局部高濃度區(qū)，有利于微生物生長和對微污染小分子有機物的分解作用；

2、PAC對微生物的吸附和保護(hù)作用；

3、PAC對溶解氧吸附作用，隨著活性炭顆粒直徑變小，比表面積增加，PAC對溶解氧的吸附作用越來越強；

4、微生物對小分子有機物的分解作用，MBFB工藝通過PAC對微生物、污染物和溶解氧的吸附和富集作用；通過PAC對微生物的保護(hù)作用，使微生物能有效利用微量的有機污染物為底物，以溶解氧為電子受體，分解微污染水體中有機物，實現(xiàn)水質(zhì)深度凈化；

5、PAC的生物再生作用，活性炭表面生物膜對吸附的有機物具有氧化分解作用，可通過生物降解恢復(fù)活性炭吸附能力，實現(xiàn)PAC的生物再生，在MBFB系統(tǒng)中，高強度的三相傳質(zhì)、混合、紊流、剪切和活性炭顆粒之間的摩擦作用，使活性炭表面老化生物膜不斷脫落，使MBFB保持高效的吸附和生物降解功能。

1、活性炭粉長期使用，勿需更換或再生；

2、三相傳質(zhì)混合，反應(yīng)效率高；

3、載體不流失；

4、載體流化性能好；

5、氧的轉(zhuǎn)移效率高；

6、污染物高度富集，生物量大；

7、對微污染水處理效果好。

美國西雅圖環(huán)境科技公司研發(fā)的滌餌DECLEAN無機陶瓷膜系統(tǒng)，是在普通陶瓷膜研究的基礎(chǔ)上，通過高科技改造，減少膜污染，大大提高膜通量，有效克服了無機陶瓷膜在水處理中應(yīng)用的兩個最大障礙（價格昂貴、膜通量?。?，使無機陶瓷膜應(yīng)用于水處理成為可能。2100433B

本書系統(tǒng)介紹了污水處理好氧生物流化床的技術(shù)原理與應(yīng)用。內(nèi)容包括：生物流化床的發(fā)展沿革、三相生物流化床的流化原理、內(nèi)循環(huán)三相生物流化床反應(yīng)器及其特性、流化床反應(yīng)器的生物載體、生物流化床反應(yīng)器的固液分離、運用CFD對生物流化床的數(shù)值模擬、生物流化床對碳源污染物的降解、生物流化床的脫氮除磷、生物流化床的設(shè)計方法和生物流化床處理污水的工程應(yīng)用實例等。

本書可作為高等院校環(huán)境工程專業(yè)本科生和研究生學(xué)習(xí)污水處理工程的技術(shù)參考書，也適合從事污水處理的專業(yè)技術(shù)人員參考。

叢書序

前言

第1章 生物流化床的發(fā)展與應(yīng)用

1.1 生物流化床的發(fā)展沿革

1.1.1 流化床的基本條件

1.1.2 理論與方法

1.2 流化床技術(shù)在水處理中的應(yīng)用

1.2.1 流化床的早期應(yīng)用

1.2.2 生物流化床的發(fā)展與應(yīng)用

第2章 三相生物流化床的流化原理

2.1 三相流化床中的流化機理和氣相特性

2.1.1 初始流化

2.1.2 氣體擴散的一般特性

2.1.3 大顆粒流化床體中的氣體分散

2.1.4 液-氣間傳質(zhì)系數(shù)

2.2 三相流化床流體力學(xué)的總體行為

2.2.1 壓力降

2.2.2 流型

2.2.3 初始流化

2.2.4 壓力脈動

2.3 三相流化床的相含率

2.3.1 總固含率及其經(jīng)驗關(guān)聯(lián)

2.3.2 總含氣率

2.3.3 自由空間區(qū)的固含率

2.3.4 自由空間區(qū)的氣含率

2.3.5 顆?？蓾櫇裥缘挠绊?

2.4 三相流化床中的混合特性

2.4.1 描述反應(yīng)器液相流態(tài)特征的模型

2.4.2 液齡分布曲線的測定

2.5 多尺度的能量最小化方法應(yīng)用于氣-液-固三相流化床的模型研究

2.5.1 引言

2.5.2 模型組成

2.5.3 模型驗證

第3章 內(nèi)循環(huán)三相生物流化床及其特性

3.1 內(nèi)循環(huán)三相生物流化床的液相流態(tài)特征

3.1.1 ITFB液相流態(tài)特征的研究概況

3.1.2 液體循環(huán)速度、循環(huán)時間和混合時間

3.1.3 液體循環(huán)速度理論分析

3.2 內(nèi)循環(huán)三相生物流化床的氣含率特征

3.2.1 總平均氣含率

3.2.2 載體性質(zhì)對總平均氣含率的影響

3.2.3 升降流區(qū)面積比對總平均氣含率的影響

3.2.4 εgt、εr和εd關(guān)系分析

3.2.5 依據(jù)兩相drift-flux的模型

3.2.6 依據(jù)流體力學(xué)的模型

3.2.7 氣相含率εg的測定方法

3.2.8 升流區(qū)與降流區(qū)氣含率關(guān)系理論分析

3.2.9 氣含率與反應(yīng)器其他性能參數(shù)的關(guān)系

3.3 內(nèi)循環(huán)三相生物流化床的氧轉(zhuǎn)移特性

3.3.1 氧轉(zhuǎn)移基本規(guī)律及特性參數(shù)

3.3.2 充氧速度的測定方法

3.3.3 影響反應(yīng)器充氧效率的因素

3.3.4 反應(yīng)器充氧特性模型描述

3.4 內(nèi)循環(huán)三相生物流化床的改進(jìn)設(shè)計

3.4.1 流化床應(yīng)用中存在的問題

3.4.2 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)分析

3.4.3 反應(yīng)器的氣-液-固三相分離

3.4.4 好氧HSBCR反應(yīng)器開發(fā)

3.4.5 好氧-缺氧HSBCR反應(yīng)器開發(fā)

3.4.6 迷宮型載體分離器的研究

3.4.7 HSBCR反應(yīng)器氧轉(zhuǎn)移特性

3.5 關(guān)于美國環(huán)境保護(hù)署對流化床生物處理工藝的研究及思考

3.5.1 背景

3.5.2 試驗

第4章 流化床的生物載體

4.1 生物載體材料及其特性

4.1.1 概述

4.1.2 載體顆粒的類型

4.2 附著生物膜及其厚度與微生物量的計算

4.2.1 載體顆粒的性質(zhì)

4.2.2 具有穩(wěn)定生物量的流化床反應(yīng)器

4.3 微生物的固定與載體材料的選擇

4.3.1 微生物的固定方法

4.3.2 固定化微生物載體

4.3.3 載體材料的選擇方法

4.4 內(nèi)循環(huán)生物流化床反應(yīng)器載體流化規(guī)律

4.4.1 載體循環(huán)流化的基本規(guī)律

4.4.2 載體流化規(guī)律的測定方法

4.4.3 影響載體流化的因素分析

第5章 運用CFD對生物流化反應(yīng)器的數(shù)值模擬研究

5.1 CFD技術(shù)和Fluent軟件介紹

5.1.1 CFD技術(shù)概況

5.1.2 Fluent軟件的主要特點

5.2 CFD模擬方程

5.2.1 混合物連續(xù)性方程

5.2.2 混合物動量方程

5.2.3 混合物能量方程

5.2.4 相對(滑移)速度和漂移速度

5.2.5 第二相的體積分?jǐn)?shù)方程

5.3 反應(yīng)器形式及模擬條件

5.3.1 實際反應(yīng)器基本尺寸要求

5.3.2 反應(yīng)器形式

5.3.3 基本假設(shè)

5.4 HSBCR反應(yīng)器內(nèi)流動狀況的模擬

5.4.1 模擬反應(yīng)器尺寸及參數(shù)

5.4.2 反應(yīng)器內(nèi)靜壓力分布

5.4.3 反應(yīng)器內(nèi)液體循環(huán)速度分布

5.4.4 反應(yīng)器內(nèi)氣含率分布

5.5 不同結(jié)構(gòu)參數(shù)HSBCR反應(yīng)器的模擬

5.5.1 高徑比對反應(yīng)器水力學(xué)的影響

5.5.2 降流區(qū)與升流區(qū)面積比對反應(yīng)器水力學(xué)的影響

5.5.3 底隙高度對反應(yīng)器水力學(xué)的影響

5.6 不同形式氣體分布器對HSBCR反應(yīng)器的影響

5.6.1 氣體分布器形式及安裝位置

5.6.2 靜壓力分布

5.6.3 氣含率分布

5.6.4 液體循環(huán)速度

第6章 高效分離生物流化復(fù)合反應(yīng)器處理生活污水

6.1 HSBCR反應(yīng)器中的附著相微生物與懸浮相微生物

6.1.1 試驗裝置與測試方法

6.1.2 進(jìn)水容積負(fù)荷對生物膜生長的影響

6.1.3 MLSS濃度對生物膜生長的影響

6.1.4 反應(yīng)器流態(tài)對生物膜生長的影響

6.2 好氧HSBCR反應(yīng)器處理生活污水

6.3 一體化好氧-缺氧HSBCR反應(yīng)器處理生活污水

6.3.1 裝置及處理流程

6.3.2 氣浮裝置的運行參數(shù)

6.3.3 處理生活污水的效果分析

6.3.4 反應(yīng)器的化學(xué)強化除磷

第7章 生物流化反應(yīng)器處理含氮廢水

7.1 高濃度氨氮廢水的脫氮處理

7.1.1 引言

7.1.2 反應(yīng)器設(shè)計

7.1.3 馴化和固定化

7.1.4 合成廢水

7.1.5 溫度對NOx-N去除率的影響

7.1.6 pH對NOx-N去除率的影響

7.1.7 C/N比對NOx-N去除率的影響

7.1.8 HRT對NOx-N去除率的影響

7.1.9 氣體流速對NOx-N去除率的影響

7.1.10 最佳操作條件下連續(xù)生物過程效果

7.1.11 最佳操作條件下NOx-N和COD的局部分布

7.2 生物流化反應(yīng)器中硝化與反硝化的結(jié)合

7.2.1 引言

7.2.2 生物膜反應(yīng)器中硝化反硝化作用

7.2.3 異養(yǎng)細(xì)菌層對反硝化速率的影響

7.2.4 以亞硝酸鹽作為脫氮過程中間產(chǎn)物

7.2.5 有害中間產(chǎn)物的形成

7.3 新型氣升式高效脫氮反應(yīng)器CIRCOX"para" label-module="para">

7.3.1 引言

7.3.2 試驗過程

7.3.3 反應(yīng)器的性能

7.3.4 系統(tǒng)評價

7.4 氣升式生物流化反應(yīng)器中水力停留時間對硝化作用的影響

7.4.1 引言

7.4.2 試驗過程

7.4.3 水力停留時間對硝化作用的影響

7.5 金屬回收工業(yè)廢水的生物脫氮

7.5.1 引言

7.5.2 試驗過程

7.5.3 脫氮效果

7.5.4 數(shù)學(xué)分析

第8章 生物流化反應(yīng)器處理工業(yè)廢水

8.1 處理丙烯酸廢水的中試

8.1.1 試驗概況

8.1.2 試驗結(jié)果分析與討論

8.1.3 流化床出水的好氧后處理

8.1.4 處理丙烯酸廢水的建議方案

8.2 處理石化廢水的試驗研究

8.2.1 試驗概況

8.2.2 試驗結(jié)果分析與討論

8.2.3 流化床出水的氣浮效果

8.3 厭氧生物反應(yīng)器-好氧流化床工藝處理抗生素制藥廢水

8.3.1 試驗概況

8.3.2 試驗結(jié)果分析與討論

8.3.3 流化床出水的混凝效果

8.4 流化床處理油漆廢水的中試

8.4.1 試驗?zāi)康呐c研究內(nèi)容

8.4.2 試驗流程

8.4.3 流化床處理油漆廢水的試驗

8.4.4 流化床運行中存在與遺留的問題

8.4.5 推薦流化床處理油漆廢水工藝流程

8.4.6 運行費用分析

8.5 低密度生物質(zhì)載體三相流化床處理煉油廠廢水

8.5.1 應(yīng)用流化床生物反應(yīng)器處理廢水研究

8.5.2 試驗與處理效果

第9章 內(nèi)循環(huán)三相流化床的設(shè)備型式及結(jié)構(gòu)設(shè)計

9.1 內(nèi)循環(huán)三相生物流化床設(shè)計概述

9.1.1 反應(yīng)區(qū)的設(shè)計

9.1.2 三相分離器的設(shè)計

9.1.3 輔助結(jié)構(gòu)的設(shè)計

9.2 高效分離生物流化反應(yīng)器(HSBFR)設(shè)計概述

9.2.1 高效分離生物流化反應(yīng)器的特點

9.2.2 反應(yīng)區(qū)設(shè)計

9.2.3 載體分離器設(shè)計

9.2.4 氣浮分離器設(shè)計

9.2.5 高效分離生物流化反應(yīng)器放大設(shè)計中的注意事項

第10章 生物流化床處理生活污水的工程應(yīng)用

10.1 常州某污水處理工程

10.1.1 工程簡介

10.1.2 污水處理工藝及設(shè)計參數(shù)

10.1.3 污水處理運行效果

10.2 宜興市周鐵鎮(zhèn)污水處理廠

10.2.1 工程簡介

10.2.2 污水處理工藝及設(shè)計參數(shù)

10.2.3 污水處理效果

10.3 永嘉縣上塘鎮(zhèn)中心城區(qū)污水處理站

10.3.1 工程簡介

10.3.2 污水處理工藝及設(shè)計參數(shù)

10.3.3 污水處理站土建與設(shè)備表

10.3.4 污水處理的效果

10.4 深圳市蛇口海關(guān)污水處理站工程

10.4.1 工程簡介

10.4.2 污水處理工藝及設(shè)計參數(shù)

10.4.3 主要構(gòu)筑物及設(shè)備

10.4.4 平面布置

10.5 四川高縣污水處理廠工程

10.5.1 工程簡介

10.5.2 污水處理工藝及設(shè)計參數(shù)

10.5.3 單體構(gòu)筑物設(shè)計及設(shè)備

10.5.4 污水廠平面布置

第11章 生物流化床處理工業(yè)廢水的工程應(yīng)用

11.1 天津市中央藥業(yè)有限公司制藥廢水處理站

11.1.1 項目概況

11.1.2 處理工藝

11.1.3 污水處理站的土建與設(shè)備表

11.2 北京南順油脂廠廢水處理站

11.2.1 工程簡介

11.2.2 油脂生產(chǎn)廢水

11.2.3 廢水處理工藝及設(shè)計參數(shù)

11.2.4 廢水處理運行效果

11.3 浙江龍盛集團廢水處理工程

11.3.1 浙江龍盛集團廢水處理工程概況

11.3.2 設(shè)計水質(zhì)與水量

11.3.3 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

11.3.4 工藝流程

11.3.5 浙江龍盛集團污水處理廠部分實景圖

11.4 厭氧和好氧生物流化反應(yīng)器處理Enschede市高勝啤酒廠廢水

11.4.1 設(shè)計背景

11.4.2 主要技術(shù)

11.4.3 運行結(jié)果

11.5 生物流化床反應(yīng)器處理Paulaner啤酒廠及Hulshof制革廠廢水

11.5.1 引言

11.5.2 Paulaner啤酒廠

11.5.3 Paulaner啤酒廠的運行結(jié)果

11.5.4 Hulshof皇家制革廠

11.5.5 Hulshof皇家制革廠廢水處理系統(tǒng)的運行結(jié)果

參考文獻(xiàn)