内循环生物流化床反应器载体挂膜特性的研究

郭晓慧，司慧，袁飞武，等．流化床中介质的流态化特性研究［J ］．江苏农业科学，2013，41（1）：242－244．流化床中介质的流态化特性研究郭晓慧，司慧，袁飞武，樊超，王霄，李龙（北京林业大学工学院，北京100083）摘要：在生物质热裂解技术中，介质作为流化床中生物质反应的载体，其流态化特性的好坏是制取高品质生物油的决定性因素之一。

分别对石英砂、陶瓷球、高铝矾土3种常用介质进行不同粒径条件下的冷态流化特性试验，比较分析得出，粒径越大介质流化越缓慢，其临界流化速度越大；流态化特性最佳的介质是0．45 0．60mm 粒径的石英砂，通过流体分析软件FLUENT 对该介质进行流态化模拟，证实其流化效果符合BL －SCFB －4型生物质热裂解装置试验的要求。

关键词：流化介质；流化床；流态化中图分类号：S220．2文献标志码：A文章编号：1002－1302（2013）01－0242－03收稿日期：2012－06－11基金项目：国家林业局“948”引进项目（编号：2012－4－19）；国家农业科技成果转化资金（编号：2010GB23600654）。

作者简介：郭晓慧（1984—），女，硕士研究生，山西大同人，研究方向为机械设计及理论、生物质能源化利用技术。

E －mail ：gxh1004@163．com 。

通信作者：司慧，博士，副教授，研究方向为生物质能源化利用技术、机械设计及理论。

E －mail ：sihui@bjfu．edu．cn 。

生物质热裂解是我国近些年来兴起的一种生物质能转化技术，它能够将难以利用的固体生物质转化为液态生物油，这种油经过处理可代替石油做化工原料和燃料等，有助于缓解能源压力，同时减少环境污染。

生物质热裂解的副产品清洁燃气和固体炭，可用来做气体燃料、活性炭和固体燃料，整个热裂解过程基本无废物排放，发展生物质热裂解技术具有广阔的前景［1］。

流化介质作为生物质热裂解在流化床反应器中反应的载体，是决定生物质能否充分热解的关键因素之一。

流动床生物膜反应器（MBBR）在污水处理中的应用一、前言随着现代城市的发展，工业废水量和生活污水量逐年增长，城市水污染问题日益突出，治理水污染已经成为各地经济和社会发展的重要环节。

废水的生物处理法自19世纪末发展至今，已成为世界各国处理城市生活污水和工业废水的主要手段，新技术、新工艺得到快速发展。

废水的生物处理方法可以分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类，而好氧生物处理作为主要处理方法在废水处理领域中一直占据主要的地位。

根据曝气池内微生物生长环境、集结形态等的不同来分类，好氧生物处理方法基本可以分为两大类。

第一类方法可以称为悬浮污泥法，主要包括传统活性污泥法和其变种，如阶段曝气法、渐减曝气法、完全混合活性污泥法、序批式活性污泥法（SBR）、生物吸附氧化法（AB法）、延时曝气法、氧化沟等。

该方法中微生物与悬浮物质、胶体物质等混杂在一起形成具有较强吸附分解有机物能力的絮状体颗粒。

第二类方法为生物膜法（或称附着污泥法），如生物滤池、塔式生物滤池、生物转盘、接触氧化法等。

该方法生物或固定生长，或附着生长于固体填料（或称载体）表面。

其中接触氧化法因具有BOD 负荷高、处理时间短、耐负荷冲击等优点近年来有了很多工程应用。

流动床生物膜（内循环生物流化床）处理方法是将活性污泥法和生物膜法的结合，在生物流化床中，空气－污水－附有生物膜的载体在流化床中进行生物反应，可承受较高的BOD负荷。

近年江苏沃奇环保公司引进瑞典皇家理工学院、瑞典斯德哥尔摩大学及芬兰赫尔辛基理工大学等诸多北欧名校，水环境研究机构的工业污水处理先进技术，并与国家级科研部门合作，不断对对流动床生物膜技术进行改造与升级，使工艺技术更加完善，处理效率更加高效。

该先进技术应用于焦化、医药、农药、染化等污水处理领域，十分有效地解决了高难度工业污水处理存在的技术难题。

二、流动床生物膜处理技术原理MBBR工艺原理是通过向反应器中投加一定数量的悬浮载体，提高反应器中的生物量及生物种类，从而提高反应器的处理效率。

内循环三相生物流化床处理味精废水*张晶晶冯旭东温伟庆王丝雨谷丽王骅伟（北京工商大学化学与环境工程学院，北京100048）摘要：利用混合异养硝化－好氧反硝化菌群在内循环三相流化床内处理实际味精废水，以火山岩为载体，考察了反应器的启动和驯化，分析了污染物进水浓度变化对处理效果影响和同步硝化反硝化效果。

结果显示，经过10d 的间歇闷曝，微生物附着在载体表面，挂膜成功；经驯化可处理较高浓度的味精废水并具有较强耐冲击能力；同步好氧硝化反硝化效果良好。

关键词：味精废水；内循环三相流化床；好氧同步硝化反硝化TREATMENT OF MONOSODIUM GLUTAMATE WASTEWATERBY INNER-LOOP THREE-PHASE FLUIDIZED BEDZhang JingjingFeng XudongWen WeiqingWang SiyuGu LiWang Huawei（College of Chemical and Environmental Engineering ，Beijing Technologyand Business University ，Beijing 100048，China ）Abstract ：The treatment of monosodium glutamate wastewater by inner-loop three-phase fluidized bed coupled with the heterotrophic nitrification-aerobic denitrification strains was investigated with lava particles as carriers．The starting and domestication processes of the reactor have been studied．Furthermore ，the effect of pollutants concentration variation on treatment and the expression of simultaneous nitrification and denitrfication was analyzed．The results showed that microorganism had settled on the surface of carriers in 10days．The system had successfully eliminated the high concentration wastewater and had the capacity of resisting concentration load shock．The excellent effort of simultaneous nitrification and denitrification had been showed．Keywords ：monosodium glutamate wastewater ；inner-loop three-phase fluidized bed ；simultaneous nitrification anddenitrification*国家科技支撑计划项目（2007BAK36B07-5）。

一、生物流化床工艺优缺点生物流化床技术起始于20世纪70年代初，是一种新型的生物膜法工艺，生物流化床将普通的活性污泥法和生物膜法的优点有机结合在一起，并引入化工领域的流化技术处理有机废水。

生物流化床是以微粒状填料如砂、活性炭、焦炭、多孔球等作为微生物载体，将空气（或氧气）、废水同时泵入反应器，使载体处于流化状态，反应器内固、液、气充分传质、混合，污水充氧和载体流化同时进行，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，颗粒之间剧烈碰撞，生物膜表面不断更新，微生物始终处于生长旺盛阶段，高效地对废水中污染物进行生物降解。

容积负荷高，占地面积小由于BFB采用颗粒、甚至粉末填料，比表面积大，故流化床内能维持极高的微生物量（40-50g/l）；由于生物膜表面不断更新，微生物始终处于高活性状态，加之良好的传质条件，废水中的基质在反应器中与均匀分散的生物膜充分接触而被快速降解去除。

BFB容积负荷可高达6-10kgBOD/m3.d，是一般活性污泥法高10～20倍。

耐冲击负荷能力强，能适应各种污水在BFB中，污水和填料之间充分循环流动、传质混合，使反应器具有极大的稀释扩散能力，废水进入反应器后被迅速地混合和稀释；BFB生物膜更新速度快，使其保持着良好的生物活性，废水中的基质在反应器中与均匀分散的生物膜充分接触而被迅速降解而被稀释，从而对负荷突然变化的影响起到缓冲作用；微生物主要以生物膜形式存在，对原水中毒性物质抵抗能力强，从而使系统具有很强的抗冲击复合能力，当出现冲击负荷时，COD去除率开始可能会下降，但很快就恢复正常，通常情况下不需要设调节池。

氧传质效率高：氧是一种难溶性气体，其从气相向液相转移过程中，传质阻力主要来自于液膜，液膜厚度是氧向水相转移的主要限制因素，BFB通过填料对气体切割，大气泡被切割成无数的小气泡或微小气泡，增加接触比表面积，延长气体在水相停留时间，明显压缩液膜和气膜厚度，大大提高氧船只效率；和普通接触氧化生物膜相比，BFB载体表面的生物膜较薄，有利于氧气和有机物等的传质，提高氧利用率；和活性污泥法相比，载体的投加降低反应器悬浮污泥浓度和粘度，使系统氧转化效率提高。

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。

内循环三相生物流化床处理废水研究裴琳(辽宁辐洁环保技术咨询有限公司，辽宁沈阳1l0031)?¨。

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‘j％f B裔要】简述了内循环三相生物流化．睐反应器的．r-4事原理和工艺特性，综述了内循环三相生物流化。

来反应器的关键参数。

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瞎薯建i司】内循环三相生物流化床；原理特性；关键参数一∥生物流化床(bi oI ogi ca…ui di zedbeds，简称BFB s)处理技术是借助流体(液体、气体)使表面生长着微生物的固体颗粒(生物颗粒)呈流态化，同时进行去除和降解有机污染物的生物膜法处理技术。

其中内循环三相生物流化床(Int er nal—C i r cul at i on T hr ee—P ha s eB i o—Fl u i di zed B ed，简称ITFB)是近1O年来发展起来的一种新型好氧流化床反应器，因具独特的优越性目前正受到越来越多的关注。

1工作原理和特性1．1工作原理内循环三相生物流化床(I nt er nal—C i r cul at i onThr ee—PhaseB i o—Fl u i di zed B ed，简称I TF B)一般由反应区、脱气区和沉降区组成，反应区由同心的内筒和外筒圆柱组成，载体填充在反应区内。

微孔曝气装置设在内筒的底部，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襄夹与混合作用，水与载体的混合液密度减小而向上流动，到达分离区顶部后大气泡逸出，而含有小气泡的水与载体混合物则进入外筒(降流筒)，由于外筒含气量相对减少导致密度增Y,o因此，混合液在内筒向上流，外筒向下流构成内循环，内、外筒混合液的密度差正是循环流化的动力。

生物反应器流场特性研究及其在生物过程优化与放大中的应用研究夏建业;谢明辉;储炬;庄英萍;张嗣良【摘要】生物反应器是实现生物过程的核心设备,其内进行的生物反应过程受不同反应器内流场结构的影响会产生差异显著的结果,这也是导致生物过程放大困难的关键问题之一.为研究这一问题,必须对不同规模反应器内流场结构有充分的认识,必须对反应器内的混合、传质、剪切等影响生物过程的几个关键方面进行深入研究.首先简单介绍了反应器流场研究的实验及数值模拟方法,在此基础上详细论述了流场混合与传质对生物反应过程的影响,流场剪切对丝状菌形态及其生物过程的影响,最后从反应器流场与细胞生理代谢特性整合的角度,介绍了反应器流场与细胞生理之间的相互作用关系,并以三个实例简单介绍了基于Euler-Lagrange模拟框架的整合流场和细胞动力学模型的模拟方法及模拟结果.旨在通过介绍反应器流场研究及其在生物过程优化放大中的应用,提出基于反应器流场特性与细胞动力学响应的生物过程放大研究方法,为更高效、理性地生物过程放大提供一些理论参考.【期刊名称】《生物产业技术》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】8页(P41-48)【关键词】搅拌生物反应器;发酵过程放大;计算流体力学;细胞动力学;scale-down 反应器【作者】夏建业;谢明辉;储炬;庄英萍;张嗣良【作者单位】生物反应器工程国家重点实验室,华东理工大学生物工程学院,上海200237;国家生化工程技术研究中心(上海),上海 200237;生物反应器工程国家重点实验室,华东理工大学生物工程学院,上海 200237;国家生化工程技术研究中心(上海),上海 200237;生物反应器工程国家重点实验室,华东理工大学生物工程学院,上海 200237;国家生化工程技术研究中心(上海),上海 200237;生物反应器工程国家重点实验室,华东理工大学生物工程学院,上海 200237;国家生化工程技术研究中心(上海),上海 200237;生物反应器工程国家重点实验室,华东理工大学生物工程学院,上海 200237;国家生化工程技术研究中心(上海),上海 200237【正文语种】中文生物反应器是实现生物过程的核心设备，其结构设计与优化一直是生物过程优化中非常关键的一个环节。