流化床填料规格与填料的特性

流化床填料在生物脱氮工艺中的利用研究作者：吴金来源：《现代农业科技》2016年第23期摘要试验使用一种新型流化床载体填料，研究表明运行效果良好。

新型流化床填料投加率为30%、水力停留时间为7 h时，DO在1.5～2.0 mg/L范围内，可以作为流化床生物膜反应器最佳氮磷去除的控制参数。

新型流化床填料对本试验模拟废水中有机物及氨氮具有良好的去除效果，COD、NH4+-N、TN和TP的平均去除率分别为83.1%、93.8%、67.7%和57.1%。

关键词流化床；填料；生物脱氮；废水处理中图分类号 X703.1 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）23-0175-02生物流化床（biological fluidized beds，BFBs）废水处理技术是20世纪70年代初期由美国首先开始进行研究和应用的，它以生物膜法为基础，吸取了化工操作中的流态化技术，形成了一种高效的废水处理工艺，是生物膜法的重要突破[1]。

以砂、活性炭、焦炭、陶粒、沸石、磁环、玻璃珠、多孔球等一类较小惰性颗粒为载体，微生物栖息于载体表面，形成薄层。

生物膜废水或废水和空气的混合液由下而上以一定的速度通过床层，使载体流化，污染物在与悬浮相生物和附着相生物的不断接触中得以降解。

从原理上讲，生物流化床通过载体表面的生物膜发挥去除作用，但在反应器内部生物膜随载体颗粒在水中呈悬浮态。

因此，生物流化床同时具备悬浮生长法的一些特征，是一类既具有固定生长法特征又有悬浮生长法特征的反应器，克服了固定床生物膜法中固定床操作存在的易堵塞问题[2-3]。

目前，阻碍该技术实用化和工业化的主要问题是高效的固定化反应器及运行方式、生物相容性载体的使用寿命及物理特性、高效且有竞争力的微生物种群的选择[4]。

本文试验使用一种新型流化床载体填料，研究表明运行效果良好。

1 材料与方法1.1 载体填料的形式结构与特性本工艺设计用的新型流化床载体填料为一种有机高分子聚合物材料，具有如海绵一样疏松多孔的立体结构，比表面积大（9 100 m2/m3），粒料尺寸结构均一（10 mm×10 mm×10 mm），无生物毒性，不易生物降解，具有较高的生物亲和性和亲水性，同时抗磨损性能强。

流化床颗粒的分类及其流化特性：1973年Geldart根据多年对颗粒大小对流化床流化特性的研究，将颗粒的流化特性与颗粒平均径的关係分成A、B、C和D四大类，并将它们表绘在以dp为横坐标，以固体密度ρp与流化气体密度ρg的差（ρp –ρg）为纵坐标的图上（参见下面的Geldart颗粒分类图）。

以便供根据物理或反应过程的特性对流化特性的要求，以选用适合于自己工业化的特点的颗粒粒径及分布。

A类颗粒了（充气流化特性）：A类颗粒的特点是颗粒的平均尺寸较小，颗粒的密度较低。

由图可知，A类颗粒一般颗粒的平均粒径＜100微米，颗粒密度小于1400kg/m3，这类颗粒由于凝聚性较小，因此颗粒间充气性好，床层膨胀比（R≡床层流化时的高度Hf/床层静止时的高度H0）大，当床层气速达到起始流化速度时，床内还不会产生气泡（即床层的起始鼓泡速度大于起始流化速度），当气速进一步增加时，床内虽产生了气泡，但气泡较小，气泡的聚併、分裂速度也快。

所以，这类颗粒应该说是流化特性较好的一类颗粒。

（说明：起始流化速度umf即是流化床开始流化时的最小速度。

起始鼓泡速度umb即是流化床内出现笫一个气泡时的气体速度。

）在工业上使用时应尽可能选用这类颗粒。

在石化行业中的催化裂化装置上首先被使用，在这个行业中，催化剂中必须含有一定量的小颗粒，小于44微米被称为关键组分。

这类颗粒以后在丙烯氨氧化制丙烯腈等流化床中也得到了应用。

B类颗粒（沙状流化特性）：由图可知，B类颗粒一般颗粒的平均粒径＜40微米＜500微米，颗粒密度＜1400kg/m3＜4000kg/m3。

这类颗粒在气速达到或稍高于颗粒的起始流化速度时，床內就出现了气泡，床层膨胀比R较A类颗粒小，气泡聚併现象严重，气泡直径也迅速变大，且气泡随床高而变大，当气泡达到床层表面时破裂，从而影响了流化质量，影响了床层与传热面间的传热和相间的传质。

这类颗粒在工业上应用也较多，如醋酸乙烯、农药百菌清和苯酐行业都有使用。

MBBR工艺生物流化床填料产品特点活性生物悬浮填料（流化床填料）是一种新型生物活性载体，它采用科学配方，根据不同水质需求，在高分子材料中融合不同种类有利于微生物快速成附着生长的微量元素，经过特殊工艺改性、构造而成，具有比表面积大、亲水性好、流动性好、生物活性高、易挂膜、处理效果好、使用寿命长等优点。

一、主要特点：特殊配方及加工，加速填料挂膜；有效比表面积大，生物附着量多；依靠生物膜处理，可省污泥回流；高效脱碳除氨氮，提高出水水质；低能耗节省占地，缩短工艺流程。

二、产品技术核心1、按流体力学设计几何构型、强化表面附着能力2、填料比表面积大、附着生物量多3、无需支架、易流化、节省能耗4、节省占地，通过增加填充率提升处理能力及效果，无需新增构筑物（1）按流体力学设计几何构型、强化表面附着能力填料外部膜更新快活性强，内部膜受到充分保护，微生物生长状态良好，改变传统填料外部生长的方式，使微生物的降解效率更高。

特殊的结构使水中空气气泡和污染物可自由穿过填料内部，增加生物膜与氧气污染物的接触机率，大大提高了系统的传质效率，提高生物的降解活性。

填料内部生物菌群生命周期长，菌种丰富，特别适合硝化菌的生长，并兼有厌氧好氧的特点，硝化反硝化脱氮效果明显。

（2）填料比表面积大、附着生物量多足够大的载体表面积适合微生物的吸附生长，有效生物浓度高，处理能力强。

较高的生物浓度使来水的水质波动得到充分的分散，并迅速被消减，从而提高了系统的抗冲击负荷能力。

科学的配方使得微生物更容易附着在填料上，使得对难降解和易降解有机物的微生物共同生长，生物丰富，提高了难降解有机物的处理效果。

（3）无需支架、易流化、节省能耗恰当的比重（挂膜前0.97~0.98.挂膜后~1），使填料在停气时成漂浮态，曝气直处于悬浮流化态，最大限度的降低能耗。

填料自由通畅的旋转，增加对水中气泡的撞击和切割，破碎大的气泡，延长水中停留时间，氧的利用率可提高10%以上，有效的降低了供拉能耗，（4）节省占地，通过增加填充率提升处理能力及效果，无需新增构筑物活性生物填料生物膜工艺只需在原池基础上增加填料投配量，即可满足提升进水负荷或提高出水水质的需求，无需新增处理池，同比可节省1/2~3/4占地。

什么是填料？填料泛指被填充于其他物体中的物料。

在化学工程中，填料指装于填充塔内的惰性固体物料，例如鲍尔环和拉西环等，其作用是增大气-液的接触面，使其相互强烈混合。

在化工产品中，填料又称填充剂，是指用以改善加工性能、制品力学性能并（或）降低成本的固体物料。

在污水处理领域，主要用于接触氧化工艺，微生物会在填料的表面进行累积，以增大与污水的表面接触，对污水进行降解处理。

优点：结构简单、压力降小、易于用耐腐蚀非金属材料制造等。

对于气体吸收、真空蒸馏以及处理腐蚀性流体的操作，颇为适用。

缺点：当塔颈增大时，引起气液分布不均、接触不良等，造成效率下降，即称为放大效应。

同时填料塔还有重量大、造价高、清理检修麻烦、填料损耗大等缺点。

一、填料有哪些种类？1、拉西环填料拉西环填料于1914年由拉西（F.Rashching）发明，为外径与高度相等的圆环。

拉西环填料的气液分布较差，传质效率低，阻力大，通量小，工业上已较少应用。

2、鲍尔环填料鲍尔环填料是对拉西环的改进，在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环内弯曲，形成内伸的舌叶，诸舌叶的侧边在环中心相搭。

鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。

与拉西环相比，鲍尔环的气体通量可增加50%以上，传质效率提高30%左右。

鲍尔环是一种应用较广的填料。

3、阶梯环填料阶梯环填料是对鲍尔环的改进，与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半并在一端增加了一个锥形翻边。

由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。

锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。

阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为所使用的环形填料中最为优良的一种。

4、弧鞍填料弧鞍填料属鞍形填料的一种，其形状如同马鞍，一般采用瓷质材料制成。

新型流化床填料的特点和作用
新型流化悬浮填料表面亲水性强，微生物附着力好,生物膜活性高，不易脱落；配方中含有对生物酶的增强性成分，促进生物酶的催化作用，具有高效的脱氮除磷功能。

新型流化床填料的特点：
以生活污水为例，氨、氮、磷去除率分别高达：90%、80%、70%以上。

而且长时间运转，载体在反应池内与水流充分流化混合，使整个池容充分利用，无死角，无污泥膨胀、堵塞现象；可直接投加在好氧池、厌氧池、缺氧池，可用30年无需更换。

1.直径为25mm，比表面积约为1036.8m2
同样大小的池容，投加量节省10%；
2.独特的梅花形外圆形状；
3.添加了改性剂的材料，进一步改善了填料的比重，尤其适于海水使用；
4.填料生化作用：硝化速率达到80～120g（m3/d）；
5.价格仅为国外产品的1/5，
主要技术参数：
项目参数值项目参数值
比重（g/cm3) 0.95-1.1 投配率20-50%
挂膜时间5-15d
规格(mm) 12*10 15*12 15*15
25*4
25*8 28*4 28*8
堆积重量
(kg/m3)
75-120 硝化效率≥400gN/m3d
比表面积(m2/m3) ≥500 氧化效率≥
600gBOD/m3d
孔隙率≥95% 应用温度5-60℃
应用范围：
主要用于市政污水系统改造且适合于高浓度难降解有机物和高氨氮、硝酸盐的处理，应用于化工、制药、农药等高浓度、难降解、高氨氮有机废水处理。

也适用于微污染源的原水处理。

流化床颗粒的分类及其流化特性：1973年Geldart根据多年对颗粒大小对流化床流化特性的研究，将颗粒的流化特性与颗粒平均径的关係分成A、B、C和D四大类，并将它们表绘在以dp为横坐标，以固体密度ρp与流化气体密度ρg的差（ρp –ρg）为纵坐标的图上（参见下面的Geldart颗粒分类图）。

以便供根据物理或反应过程的特性对流化特性的要求，以选用适合于自己工业化的特点的颗粒粒径及分布。

A类颗粒了（充气流化特性）：A类颗粒的特点是颗粒的平均尺寸较小，颗粒的密度较低。

由图可知，A类颗粒一般颗粒的平均粒径＜100微米，颗粒密度小于1400kg/m3，这类颗粒由于凝聚性较小，因此颗粒间充气性好，床层膨胀比（R≡床层流化时的高度Hf/床层静止时的高度H0）大，当床层气速达到起始流化速度时，床内还不会产生气泡（即床层的起始鼓泡速度大于起始流化速度），当气速进一步增加时，床内虽产生了气泡，但气泡较小，气泡的聚併、分裂速度也快。

所以，这类颗粒应该说是流化特性较好的一类颗粒。

（说明：起始流化速度umf即是流化床开始流化时的最小速度。

起始鼓泡速度umb即是流化床内出现笫一个气泡时的气体速度。

）在工业上使用时应尽可能选用这类颗粒。

在石化行业中的催化裂化装置上首先被使用，在这个行业中，催化剂中必须含有一定量的小颗粒，小于44微米被称为关键组分。

这类颗粒以后在丙烯氨氧化制丙烯腈等流化床中也得到了应用。

B类颗粒（沙状流化特性）：由图可知，B类颗粒一般颗粒的平均粒径＜40微米＜500微米，颗粒密度＜1400kg/m3＜4000kg/m3。

这类颗粒在气速达到或稍高于颗粒的起始流化速度时，床內就出现了气泡，床层膨胀比R较A类颗粒小，气泡聚併现象严重，气泡直径也迅速变大，且气泡随床高而变大，当气泡达到床层表面时破裂，从而影响了流化质量，影响了床层与传热面间的传热和相间的传质。

这类颗粒在工业上应用也较多，如醋酸乙烯、农药百菌清和苯酐行业都有使用。

流化床参数
流化床参数是指在流化床反应器中所涉及的一些重要参数，对流化床反应器的运行和性能有着重要影响。

常见的流化床参数包括：
1. 颗粒物性参数：包括颗粒粒径、密度、形状、流化床床层物料的粒度分布等。

这些物性参数将直接影响颗粒的流化性能、气固传质和气固反应等过程。

2. 流体力学参数：包括气体速度、床层床高、床层压降等。

床层气体速度是流化床的一个重要参数，它决定了床层的流化态、对颗粒的搬运作用、气体的分散和混合、反应的程度等。

3. 气体物性参数：包括气体密度、粘度、热导率、折射率等。

这些物性参数会对气固传质、气固反应以及床层温度分布等产生影响。

4. 反应器温度和压力：反应器温度和压力是流化床反应器的操作参数，不同的反应反应条件下，反应器的温度和压力对反应物的转化率和选择性有着重要影响。

5. 平台气体类型和流量：平台气体的成分和流量会影响床层的流化特性、气固传质和反应速率等。

这些参数在流化床反应器的设计、操作和优化中是至关重要的，合理选择和控制这些参数将有助于提高流化床反应器的效率和产能。

流化床参数流化床是一种常用的固体颗粒流动技术，广泛应用于化工、冶金、环保等领域。

它通过气体的上升流动使固体颗粒悬浮并形成流态床层，具有高效传热、传质和反应的特点。

本文将介绍流化床的参数及其对流化床性能的影响。

首先，流化床的参数包括气体速度、颗粒粒径、床层高度和颗粒密度等。

气体速度是指气体在床层中上升的速度，它直接影响到固体颗粒的悬浮状态和传质传热效果。

当气体速度过低时，固体颗粒容易沉积在床层底部，导致流态床层无法形成；而当气体速度过高时，会引起固体颗粒的剧烈运动和碰撞，增加能量损失和设备磨损。

因此，在实际应用中需要根据具体情况选择适当的气体速度。

其次，颗粒粒径是指固体颗粒的直径大小。

颗粒粒径对于流态床层的形成和固体颗粒的悬浮稳定性有重要影响。

一般来说，颗粒粒径越小，固体颗粒的悬浮稳定性越好，流态床层形成的气体速度也相应增加。

但是，颗粒粒径过小会增加固体颗粒之间的摩擦力和阻力，导致能量损失增加。

因此，在实际应用中需要综合考虑颗粒粒径和气体速度之间的关系。

床层高度是指流化床中固体颗粒堆积形成的高度。

床层高度对于流态床层的稳定性和传质传热效果有重要影响。

一般来说，床层高度越高，固体颗粒之间的接触面积越大，传质传热效果也相应增加。

但是，床层高度过高会增加气体压降和能量损失，并且容易引起固体颗粒堆积不均匀等问题。

因此，在实际应用中需要根据具体情况选择适当的床层高度。

最后，颗粒密度是指固体颗粒的密度大小。

颗粒密度对于流态床层的形成和固体颗粒的悬浮稳定性有重要影响。

一般来说，颗粒密度越大，固体颗粒的悬浮稳定性越好，流态床层形成的气体速度也相应增加。

但是，颗粒密度过大会增加固体颗粒之间的摩擦力和阻力，导致能量损失增加。

因此，在实际应用中需要综合考虑颗粒密度和气体速度之间的关系。

综上所述，流化床参数包括气体速度、颗粒粒径、床层高度和颗粒密度等，它们对于流化床性能有重要影响。

在实际应用中需要根据具体情况选择适当的参数组合，以达到高效传热、传质和反应的目标。

生物流化床的类型及特点应用生物流化床处理废水日益得到国内外研究者的高度重视，这是由于该法具有如下特点[1]：带出体系的微生物较少；基质负荷较高时，污泥循环再生的生物量最小，不会因为生物量的累积而引起体系阻塞；生物量的浓度较高并可以调节；液一固接触面积较大；BOD容积负荷高；占地面积小。

用于处理废水的生物流化床，按其生物膜特性等因素可分为好氧生物流化床和厌氧生物流化床两大类，随着对流化床的不断研究与开发，当前已出现了许多新类型的流化床，本文总结了国内生物流化床的研究成果，以期对工程技术人员有所帮助。

1 好氧生物流化床1.1 好氧生物流化床的结构组成好氧生物流化床是以微粒状填料如砂、焦炭、活性炭、玻璃珠、多孔球等作为微生物载体，以一定流速将空气或纯氧通人床内，使载体处于流化状态，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，从而达到对废水中污染物的去除[2]。

好氧生物流化床按床内气、液、固三相的混合程度的不同，以及供氧方式及床体结构。

脱膜方式等的差别可分为两相生物流化床和三相生物流化床。

1.1.1 两相生物流化床两相生物流化床工艺流程见图1。

其特点是充氧过程与流化过程分开并完全依靠水流使载体流化。

在流化床外设充氧设备和脱膜设备，在流化床内只有液、固两相。

原废水先经充氧设备，可利用空气或纯氧为氧源使废水中溶解氧达饱和状态[3]。

1.1.2 三相生物流化床该反应器内气、液、固三相共存，污水充氧和载体流化同时进行，废水有机物在载体生物膜的作用下进行生物降解，空气的搅动使生物膜及时脱落，故不需脱膜装置。

但有小部分载体可能从床中带出，需回流载体。

三相生物流化床的技术关键之一，是防止气泡在床内合并成大气泡而影响充氧效率，为此可采用减压释放或射流曝气方式进行充氧或充气。

近期，国内环保设备企业开发较多的是内循环式生物流化床，其工艺流程如图2所示。

该流化床由反应区、脱气区和沉淀区组成，反应区由内筒和外筒两个同心圆柱组成，曝气装置在内筒底部，反应区内填充生物载体。