好氧生物流化床技术研究
生物流化床技术是70年代初发展起来的污水处理的新兴技术，根据反应器内是否需氧，可将其分为厌氧生物流化床和好氧生物流化床。
好氧生物流化床是将传统活性污泥法与生物膜法有机结合并引入化工流态化技术的一种新型生化污水处理装置。
由于它具有处理效率高、容积负荷大、抗冲击能力强、设备紧凑、占地少等优点，因而引起了环境工程界的极大兴趣和广泛研究，被认为是最具发展前途的生物处理工艺之一。
目前研究和应用最普遍的是好氧生物流化床，因此本文将主要介绍和讨论好氧生物流化床。
1. 好氧生物流化床特点
1.1 比表面积大
由于采用了小粒径固体作为载体并且载体呈流化状态，提供了巨大的表面积，因此流化床的比表面积比一般生物膜法大得多，几种生物膜法比表面积见表1[1]。
比表面积大是生物流化床具有高负荷、高去除率的根本原因。
表1 几种生物膜法比表面积
处理工艺比表面积（m2/m3）
普通生物滤池40-120
生物转盘120-180
接触氧化130-1600
好氧生物流化床3000-5000
1.2 容积负荷率与污泥负荷率高
由于生物流化床的容积负荷率α值是普通活性污泥法的13倍以上，阶段曝气池的10倍以上，生物滤池的38倍以上[2]，因此在相同进水浓度下，采用生物流化床处理污水，可以使反应装置的容积大量减小，从而显著地降低占地面积及工程投资。
表2 不同处理工艺的α，β值比较[2]
工艺名称α(kgBOD/m•d)β(kgBOD/kgVSS•d) 普通活性污泥法0.264-0.720 0.216-0.456
阶段曝气法0.360-1.272 0.192-0.360
生物滤池0.090-0.360 --
好氧生物流化床 3.635-9.192 0.204-4.320
1.3 耐冲击负荷能力强
由于生物流化床采用填料载体微生物膜与活性污泥双重作用，其生物量非常大，载体与混合污泥的流化状态提高了有机物和氧气的传质效果并保持流化床内良好的混台流态，使废水一旦进入，就能很快得到混合、稀释，从而对负荷突然变化的影响起到缓冲作用，这是普通活性污泥法和生物膜法所不及之处。
2. 好氧生物流化床的研究与应用进展
2.1 外循环好氧生物流化床
外循好氧生物环流化床（如图1）的底部由气体分布器和液体分布器组成，气、液、固三相混合物向上流动。
在给定气速下，液体速度超过一定值，颗粒被夹带到流化床顶部的分布器。
在此，气体自动溢出，液固混合物经分离器分离后，液体流回到储水槽，固体颗粒进人到颗粒储料罐。
反应器的流化受水流和气体流速的控制。
焦伟堂[3]等人运用外循环好氧生物流化床处理污水，结果显示，在水利停留时间为3h时，反应器的CODcr和NH3-N的去除率分别达91%和96.6%。
图1 外循环好氧生物流化床
2.2 气升式内循环生物好氧流化床
气升式内循环好氧生物流化床如图2所示，由反应区、和沉淀区组成。
反应区由内筒和外筒两个同心圆柱体组成，微孔曝气装置设在内筒的底部。
反应区内填充陶粒等载体，为微生物生长和繁殖提供了很大的表面积，从而提高了单位容积内的生物量。
当压缩空气由曝气装置释放进入内筒升流筒时，由于气体的推动作用和压缩空气在水中的裹夹与混合作用，使水与载体的混合液密度减小而向上流动，到达分离区顶部后以大气泡逸出，而含有小气泡的水与载体混合液则流人外筒降流筒。
由于载体处于循环流化状态，从而大大加快了微生物和废水之间的相对运动，强化了传质作用，同时又可有效地控制生物膜的厚度，使其保持较高的生物活性，污水被处理后经沉降区分离沉降后通过出水堰排出。
图2 气升式内循环生物好氧流化床
2.3 光催化好氧生物流化床
光催化好氧生物流化床反时在反应器中间增加石英冷阱装置，内置紫外光源[4]；反应器载体为粗孔硅胶负载TiO
，负载型TiO2不仅具有良好而稳定的催化
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活性，而且与粗孔硅胶的结合强度较高，可满足流化状态下的湍动要求，为光催化提供良好条件，该反应器在实现了光、空气、固体催化剂和溶液的有效接触、提高传质效率的同时，解决了催化剂的回收、回用的问题，具有能耗低、操作简便、反应温和、可减少二次污染等优点。
这种反应器对水中浓度较低、难以转化的污染物有很好的净化能力，适用于废水的后期深度处理。
图3 光催化好氧生物流化床
2.4 其它形式的好氧生物流化床
在内循环生物流化床基础上，把内导流筒改成三段或多段，实现多重循环，极大地改善了反应器的流体力学与传质性能，使氧的利用率大为提高，能满足高负荷废水处理的需要且节能降耗。
任源[5]等人用这种反应器，选用新工艺处理洗涤废水，使出水达到国家一级排放标准。
浙江工业大学的王亚宜等[6]针对好氧生物流化床载体流失和污泥回流等问题，提出了批序式好氧生物流化床，其结合了好氧生物流化床和批序式活性污泥法（SBR）的特点，使好氧生物流化床的工艺过程呈批序式进行，研究表明：批序式好氧生物流化床具有很好的去除有机物、氨氮和悬浮固体的能力。
2.5 改进型气升式好氧生物流化床
针对传统气升式好氧生物流化床出水固液分离效果不理想的现象，笔者对其进行了改进，在反应器中心筒顶部增加一个三相分离器，升流区的载体混合物在气流的推动下上升到中心筒顶部，在三相分离器及其外档板、导流板的共同作用下，在降流区又形成螺旋流状态，利于脱气及泥水分离。
对改进型好氧生物流化床进行了半年生活污水处理试验，试验表明改进型气
升式好氧生物流化床在保证原有处理效率的同时流化床的出水SS得到了较好的改善，从而进一步丰富了好氧生物流化床类型。
图4 改进型气提式好氧生物流化床
3. 好氧生物流化床前景与展望
好氧生物流化床废水处理技术的研究与应用发展十分迅速，但还缺乏必要的基础研究，在工程放大设计上的基本参数也很不够，使得好氧生物流化床的自身性能和应用范围均存在较多局限，同时流化床体内的流动特征尚无合适的模型描述，在进行放大设计时有一定的难度。
笔者认为将来应在如下方面加深研究：
1、运用动力学模型来研究好氧生物流化床的流态和传质特性，以便探索反应器的放大设计参数。
2、加强对载体的应用研究，选择更易流化、附着性更好、脱膜容易、应用范围广、低价耐用的生物载体，并对载体的粒径、级配、形状、强度以及载体上生物膜的厚度方面进行相关研究。
3、由于好氧生物流化床对一些难降解有机污水的处理效率还不是太高，需要结合其它的生物处理技术来补充净化，开发新型适用的复合生物流化床和好氧、厌氧组合处理流程就尤显必要。
