生物接触氧化法固定床与流化床比较

包埋硝化菌流化床与接触氧化固定床除氨氮效果对比_李志荣

包埋硝化菌流化床与接触氧化固定床除氨氮效果对比李志荣,　陈庆选,　王欣泽,　何圣兵,　张振家(上海交通大学环境科学与工程学院,上海200240) 摘　要:　以固定化包埋硝化菌颗粒作为流化床的载体,以P V C弹性填料作为固定床的载体,使硝化菌分别以包埋和生物膜的形式与载体结合,通过试验对比了流化床和固定床去除水中氨氮的效果。

结果表明,在相同条件下,流化床的硝化效率高于固定床的;两反应器内均存在亚硝酸盐氮积累现象,且流化床的积累浓度高于固定床的;C O D及氨氮负荷的短期冲击对两反应器的硝化效果几乎不会产生影响;流化床中的包埋固定化硝化菌具有更强的抗温度变化能力;在反应器连续运行条件下,流化床和固定床对氨氮的去除率分别为96%和80%。

关键词:　流化床;　固定床;　固定化包埋硝化菌;　生物膜;　硝化速率中图分类号:X703 文献标识码:C 文章编号:1000-4602(2007)19-0052-04C o m p a r i s o n o f A m m o n i a N i t r o g e nR e m o v a l R a t e b e t w e e n F l u i d i z e dB e dR e a c t o r w i t hE m b e d d e d N i t r o b a c t e r i a a n dF i x e d B e d R e a c t o rw i t h B i o-c o n t r a c t O x i d a t i o nP r o c e s sL I Z h i-r o n g,　C H E NQ i n g-x u a n,　W A N GX i n-z e,　H ES h e n g-b i n g,　Z H A N GZ h e n-j i a (S c h o o l o f E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g,S h a n g h a i J i a o t o n g U n i v e r s i t y,S h a n g h a i200240,C h i n a) A b s t r a c t:　T a k i n g i m m o b i l i z e de m b e d d e d n i t r o b a c t e r i a p e l l e t a s c a r r i e r i n f l u i d i z e db e dr e a c t o r,a n d P V Ce l a s t i c f i l l e r a s c a r r i e r i nf i x e db e d r e ac t o r,n i t r o b a c t e r i a w e r e r e s p e c t i v e l y i m m o b i l i z ed o ne n-c a p s u l a t ed be a d s a n d b i of i l mi n t h e b o t hr e a c t o r s.A m m o n i a n i t r og e n r e m o v a l e f f e c t i n th e b o t h r e a c t o r sw a s c o m p a r e d.T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h en i t r i f i c a t i o n e f f i c i e n c y i nf l u i d i z e db e di s h i g h e r t h a nt h a t i nf i x e d b e d u n d e r t h e s a m e c o n d i t i o n.N i t r i t e a c c u m u l a t i o n t a k e s p l a c e i n t h e b o t h r e a c t o r s a n d a c c u m u l a-t i o n s t r e n g t h i n f l u i d i z e d b e d i s h i g h e r t h a n t h a t i n f i x e d b e d.S h o r t-t e r mi m p a c t o f C O Da n d a m m o n i a n i-t r o g e n l o a d h a r d l y a f f e c t s t h e n i t r i f i c a t i o n e f f e c t i nt h e b o t h r e a c t o r s.F u r t h e r m o r e,t h e i m m o b i l i z e d e m-b e d d e d n i t r o b ac t e r i a i n f l u id i ze d b e d h a v e s t r o n g e r a b i l i t y a g a i n s t t e m p e r a t u r e c h a n g e.D u r i n g t h e c o n t i n-u o u s r u n n i n g,t h e a m m o n i a n i t r o g e n r e m o v a l r a t e s i n f l u i d i z e d b e d a n d f i x e d b e d a r e96%a n d80%r e-s p e c t i v e l y. K e y w o r d s:　f l u i d i z e d b e d;　f i x e d b e d;　i m m o b i l i z e d e m b e d d e d n i t r o b a c t e r i a;　b i o f i l m;　n i t r i-f i c a t i o n r a t e 好氧生化法对水中氨氮的去除是依靠自养硝化菌将氨氮转化为N O-x-N,硝化反应速率为零级。

固定床、流化床、移动床、浆态床比较

四种反应器形式比较一、固定床反应器（一）概念凡是流体通过不动的固体物料形成的床层面进行反应的设备都称为固定床反应器。

而其中尤以利用气态的反应物料，通过由固体催化剂所构成的床层进行反应的气固相催化反应器在化工生产中应用最为广泛。

例如石油炼制工业中的加氢裂化、歧化、异构化、加氢精制等；无机化学工业中的合成氨、硫酸、天然气转化等；有机化学工业中的乙烯氧化制环氧乙烷、乙烯水合制乙醇、乙苯脱氧制苯乙烯、苯加氢制环己烷等。

（二）特点结构简单、操作稳定、便于控制、易实现大型化和连续化生产等优点，是现代化工和反应中应用很广泛的反应器。

1、优点主要表现在以下几个方面：1）在生产操作中，除床层极薄和气体流速很低的特殊情况外，床层内气体的流动皆可看成是理想置换流动，因此在化学反应速度较快，在完成同样生产能力时，所需要的催化剂用量和反应器体积较小。

2）气体停留时间可以严格控制，温度分布可以调节，因而有利于提高化学反应的转化率和选择性。

3）催化剂不易磨损，可以较长时间连续使用。

4）适宜于高温高压条件下操作。

2、由于固体催化剂在床层中静止不动，相应地产生一些缺点：1）催化剂载体往往导热性不良，气体流速受压降限制又不能太大，导致床层中传热性能较差，也给温度控制带来困难。

对于放热反应，在换热式反应器的入口处，因为反应物浓度较高，反应速度较快，放出的热量往往来不及移走，而使物料温度升高，这又促使反应以更快的速度进行，放出更多的热量，物料温度继续升高，直到反应物浓度降低，反应速度减慢，传热速度超过了反应速度时，温度才逐渐下降。

所以在放热反应时，通常在换热式反应器的轴向存在一个最高的温度点，称为“热点”。

如设计或操作不当，则在强放热反应时，床内热点温度会超过工艺允许的最高温度，甚至失去控制而出现“飞温”。

此时，对反应的选择性、催化剂的活性和寿命、设备的强度等均极不利。

2）不能使用细粒催化剂，否则流体阻力增大，破坏了正常操作，所以催化剂的活性内表面得不到充分利用。

固定床移动床流化床

固定床：当气体以较小的速度流过固定床时，流动气体的上升阻力不致使颗粒的运动状态发生变化，床高维持不变；床层压降随流速对数增大而增大。

流化床：固体颗粒可以像水等液体一样在设备内有明显的界面，即使设备倾斜，界面仍会保持水平；床层压降不随流速变化（基本不变）。

输送床：固体颗粒在设备内无明显界面；床层压力随流速增大而减小。

流化床和沸腾床可能只是叫法上不同。

流化床，也就是沸腾床，接触面大，传热传质效率高，时空产率高，但返混严重。

需要注意的是不能堵塞气体分布器，堵了很麻烦的。

固定床和移动床比较适合气－气、气－液和液－液反应，床层本身作为[wiki]催化剂[/wiki]，优点是返混小，固相带出少，分离简单。

流化床的床型是设计中很重要的，与反应体系的匹配要求比较高。

此外，操作中的气速、带出量、与配套的旋风等分离设备设计比较严格。

流化床的传热和破汽泡、沟流措施也是研究比较多的。

固定床反应器是一种被广泛采用的多相催化反应器,反应器内填充有固定不动的固体颗粒,可以是固体催化剂也可以是固体反应物.例如管式固定床反应器,管内装催化剂,管内装催化剂,反应物料自上而下通过床层,管间为载热体与管内反应物进行换热,以维持所需的温度条件.此外,固定床反应器也可用于气固及液固非催化反应.沸腾床是流化床的一种,固体在流化床反应器内流动,流体和固体颗粒所构成的床层犹如沸腾的液体. 沸腾床反应器下部设有分布板,板上放固体颗粒,流体自分布板下送入,当流体速度达到一定数值后,固体颗粒开始松动,再增大流速就进入流化状态.反应器内一般设有挡板,换热器,及流体与固体分离装置等内部部件.移动床与固定床相似,不同的是固体颗粒自顶部连续加入,由底部卸出.沸腾床因为固体处于运动状态,反应或传热效果好,但动力消耗大,而且在煤调湿中粉尘携带量大.固定床：固定床反应器又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。

固体物通常呈颗粒状，粒径2～15mm左右,堆积成一定高度（或厚度）的床层。

生物流化床的类型及特点

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。

第5.3节生物转盘、生物接触氧化、生物流化床.

按负荷率计算的生物转盘各尺寸
1、总转盘面积
N－生物转盘的BOD5负荷率，g/m *d BOD5的面积负荷率：5-20g/m2*d 原污水水力负荷: 0.08-0.2m3/m2*d
2、转盘总片数
A qv 2s 0 se / N
3、氧化槽总长度 4、氧化槽有效容积 L m(d b) K 半圆形氧化槽浄有效容积
M 0.636A / D 2
2 V (0.294 0.335) D 2 L 2 V ' (0.294 0.335) D 2 L mb
生物流化床
•以沙、活性炭、焦炭等颗粒微载体充填于生物反应器内，由于载体表面附着生长着生物膜而使质量变轻；当污水以一定流速从下向上流动时，载体便处于流动状态。 •载体颗粒小、表面积大，为微生物生长提供了充足的场所，极大的提高了反应器内的微生物量：10-14g/L • 颗粒处于流态化状态极大的提高了有机污染物由污水向微生物细胞膜内的传质速度。
2。运行方面特征
(1)对冲击负荷有较强的适应力（2）操作简单，运行方面，易于管理，无需污泥回流、不产生污泥膨胀，不产生滤池蝇；（3）污泥量少，易于沉淀
3。在功能方面特征
除有机污染物能够脱氮
生物接触氧化法流程1
生物接触氧化法流程2
一、生物转盘的构造和净化机理
ห้องสมุดไป่ตู้
转盘
O2
CO2 生物膜
O2
发展简史
（1）70年代开创；（2）近10-20年，在日本和美国迅速发展和应用，尤其在日本，定为首选的处理工艺，并公布了构造准则；（3）我国70年代开始引进，近10年得到了广泛应用。
应用领域
生活污水（地埋式）城市污水食品加工废水印染纺织农药石油化工等工业废水垃圾渗滤液

固定床,流化床,浆态床的优缺点

固定床反应器定义：气体流经固定不动的催化剂床层进行催化反应的装置。

特点：结构简单、操作稳定、便于控制、易实现大型化和连续化生产等优点,是现代化工和反应中应用很广泛的反应器.应用：主要用于气固相催化反应。

基本形式：轴向绝热式、径向绝热式、列管式。

固定床反应器缺点：床层温度分布不均匀；床层导热性较差；对放热量大的反应，应增大换热面积,及时移走反应热，但这会减少有效空间.流化床反应器（沸腾床反应器)定义：流体（气体或液体）以较高流速通过床层，带动床内固体颗粒运动，使之悬浮在流动的主体流中进行反应,具有类似流体流动的一些特性的装置。

应用：应用广泛，催化或非催化的气—固、液-固和气-液—固反应。

原理：固体颗粒被流体吹起呈悬浮状态,可作上下左右剧烈运动和翻动，好象是液体沸腾一样,故流化床反应器又称沸腾床反应器。

结构：壳体、气体分布装置、换热装置、气-固分离装置、内构件以及催化剂加入和卸出装置等组成。

优点:传热面积大、传热系数高、传热效果好。

进料、出料、废渣排放用气流输送，易于实现自动化生产。

缺点：物料返混大,粒子磨损严重；要有回收和集尘装置；内构件复杂；操作要求高等。

固定床：一、固定床反应器的优缺点凡是流体通过不动的固体物料形成的床层面进行反应的设备都称为固定床反应器，而其中尤以利用气态的反应物料，通过由固体催化剂所构成的床层进行反应的气固相催化反应器在化工生产中应用最为广泛.气固相固定床反应器的优点较多,主要表现在以下几个方面：1、在生产操作中，除床层极薄和气体流速很低的特殊情况外，床层内气体的流动皆可看成是理想置换流动,因此在化学反应速度较快,在完成同样生产能力时，所需要的催化剂用量和反应器体积较小。

2、气体停留时间可以严格控制，温度分布可以调节,因而有利于提高化学反应的转化率和选择性.3、催化剂不易磨损，可以较长时间连续使用。

4、适宜于高温高压条件下操作。

由于固体催化剂在床层中静止不动，相应地产生一些缺点：1、催化剂载体往往导热性不良,气体流速受压降限制又不能太大，则造成床层中传热性能较差，也给温度控制带来困难。

化工基础实验固定床和流化床实验

升高，这种床层称为流化床，如图（c）、（d）所示。
流化床阶段，每一个空塔速度对应一个相应的床层空隙率，流体的流速增加，空隙率也增大，但流体的实际流速总是保持颗粒的沉降速度μt不变，且原则上流化床有一个明显的上界面。
C、颗粒输送阶段当立体在床层中的实际流速超过颗粒的沉降速度μt时，
流化床的上界面消失，颗粒将虚浮在流体中并被带出器外，如图（e）所示。
流化床压力与气速的关系
log
固定床
流化床
带出开始
C
B
A
D
A 起始流化速度
带出速度
logu
图 3-28 流化床压力降与气速关系
三、实验装置图
图2 气固系统流程图 1.鼓风机 2.孔板流量计 3.孔板压差计 4. 压差计 5.床身 6.接收管 7.旋风分离器 8.按钮开关
图2 液固系统流程图 1. 旋液分离器 2. 接收器 3.床身 4. 压差计 5. 孔板压差计 6.水槽 7.水泵 8. 孔板流量计 9. 按钮开关
此时，实现了固体颗粒的气力或液力输送，相应的床层称为相输送床层。
2、两种不同流化形式 A、散式流化散式流化状态的特点：固体颗粒均匀的分散在流化介
质中，故称均匀流化。当流速增大时，床层逐渐膨胀而没有气泡产生，颗粒彼此分开，颗粒间的平均距离或床层中各处的空隙率均匀增大，床层高度上升，并有一稳定的上界面。通常两相密度差小的系统趋向散式流化，故大多数液—固流化属于“散式流化”。
二、实验原理
1.流态化现象当一种流体自上而下流过床层时，随着
流速的增大会出现三种不同的情况：
A、固定床阶段当流体通过床层的空塔速度较低时，若床
层空隙中流体的实际流速u小于颗粒的沉降速度ut，则颗粒静止不动，颗粒层为固定床。

固定床移动床流化床

固定床：当气体以较小的速度流过固定床时，流动气体的上升阻力不致使颗粒的运动状态发生变化，床高维持不变；床层压降随流速对数增大而增大。

流化床：固体颗粒可以像水等液体一样在设备内有明显的界面，即使设备倾斜，界面仍会保持水平；床层压降不随流速变化（基本不变）。

输送床：固体颗粒在设备内无明显界面；床层压力随流速增大而减小。

流化床和沸腾床可能只是叫法上不同。

流化床，也就是沸腾床，接触面大，传热传质效率高，时空产率高，但返混严重。

需要注意的是不能堵塞气体分布器，堵了很麻烦的。

固定床和移动床比较适合气－气、气－液和液－液反应，床层本身作为[wiki]催化剂[/wiki]，优点是返混小，固相带出少，分离简单。

流化床的床型是设计中很重要的，与反应体系的匹配要求比较高。

此外，操作中的气速、带出量、与配套的旋风等分离设备设计比较严格。

流化床的传热和破汽泡、沟流措施也是研究比较多的。

固定床反应器是一种被广泛采用的多相催化反应器,反应器内填充有固定不动的固体颗粒,可以是固体催化剂也可以是固体反应物.例如管式固定床反应器,管内装催化剂,管内装催化剂,反应物料自上而下通过床层,管间为载热体与管内反应物进行换热,以维持所需的温度条件.此外,固定床反应器也可用于气固及液固非催化反应.沸腾床是流化床的一种,固体在流化床反应器内流动,流体和固体颗粒所构成的床层犹如沸腾的液体. 沸腾床反应器下部设有分布板,板上放固体颗粒,流体自分布板下送入,当流体速度达到一定数值后,固体颗粒开始松动,再增大流速就进入流化状态.反应器内一般设有挡板,换热器,及流体与固体分离装置等内部部件.移动床与固定床相似,不同的是固体颗粒自顶部连续加入,由底部卸出.沸腾床因为固体处于运动状态,反应或传热效果好,但动力消耗大,而且在煤调湿中粉尘携带量大.固定床：固定床反应器又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。

固体物通常呈颗粒状，粒径2～15mm左右,堆积成一定高度（或厚度）的床层。

生物接触氧化法固定床与流化床比较

包埋硝化菌流化床与接触氧化固定床除氨氮效果对比_李志荣

固定床、流化床、移动床、浆态床比较

固定床移动床流化床

生物流化床的类型及特点

第5.3节 生物转盘、生物接触氧化、生物流化床.

固定床,流化床,浆态床的优缺点

化工基础实验固定床和流化床实验

固定床移动床流化床

第5.3节生物转盘、生物接触氧化、生物流化床.