TBF三相生物流化床
内循环三相生物流化床处理生活污水的试验研究
内循环三相生物流化床处理生活污水的试验研究（1．新疆大学资源与环境科学学院，乌鲁木齐830046；2．新疆大学绿洲生态教育部重点实验室决策支持系统实验室，乌鲁木齐830046）摘要：对内循环三相生物流化床处理生活污水进行了试验研究，探讨了生物膜的形成和水力停留时间及曝气量对处理效果的影响。
结果表明：在HRT为6h，曝气量为0.6m3/h，进水COD和NH4+-N分别为240.2-298.7mg/L和29.1-68.9mg/L 条件下，平均COD去除率为83%，NH4+-N去除率为95.1%。
关键词：内循环三相生物流化床；生活污水；废水处理Study on domestic wastewater treatment by an inner loop three phase fluidized bed reactorCHEN Tai1,2, SUN Zhi-hua1,2,LIU Zhi-hui1,2(1. College of Resources & environmental Science, Xinjiang University, Urumqi 830046; 2. DSS laboratory, Oasis Ecology Key Laboratory of Ministry of Education, Xinjiang University, Urumqi830046)Abstract:An experimental study on the domestic wastewater treatment using an inner loop three phase fluidized bed reactor was presented in this paper.The formation of biofilm and effects of hydraulic retention time and volumetric gas rate on efficiency of wastewater treatment were studied.The results showed that the average COD and NH4+-N removal rate were 83% and 95.1% under the condition of HRT 6h,volumetric gas rate 0.6m3/h and the influent COD and NH4+-N concetration of 240.2-298.7mg/L and 29.1-68.9mg/L repectively.Keywords:inner loop three phase fluidized bed reactor;domestic wastewater;wastewater treatment随着我国城市化建设步伐的加快，城市生活污水排放量不断增加，国内现行生活污水处理工艺主要为活性污泥法，而传统活性污泥法的缺陷日益暴露出来：(1)曝气池中微生物浓度低；(2)耐水质、水量冲击负荷能力差，运行不够稳定；(3)易产生污泥膨胀；(4)污泥产量大；(5)基建和运行费用高，占地面积大等。
三相生物流化床内构件的研究进展
的关联 式 ； 同时建 立 了描述 混合 特性 的模 型 ； 以面包
酵母发 酵体 系进 行 了传 氧 系数 的测 定 ， 最 大 传 氧 系
数达 ９ ２ ９ ． ３ ｈ 一 ． 周平 等 仿照 化工 中列 管式 换热 器
的结 构 ， 采 用多 根升 流管 ， 使反 应器 内的流型 更接 近
Ｐ Ｆ Ｒ模 型 ， 废 水 处 理 效 率 可 以 得 到 提 高．吕效 平 等吲测 定和 分析 了高粘 度 非牛 顿流体 在具 有静 态 混
合器 和机 械搅拌 的 内循环 气升 式反 应器 的 流体力 学
性能 ； 结果 显示 静态 混合器 降低 了流体循 环速 度 以 ，
许 多研 究者采 用 了在 内循环 流化 床 的升 流 区设 置 的各 种静 态混 合元 件 、 填 料及 挡板 等 ， 强 化气 液传 质 过程 ． 这些 固定 在管 内的混合元 件 ， 使 流经其 表 面 的气 液 流体 产生 剪 切 、 切割、 旋 转 并 重新 混 合 ， 造成 相 界面 的连续 更 新 及气 体 与液 体 之 问 的充 分 接 触 ，
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ９ — ０ ３ 作者简介 ： 李慧莉 （ １ ９ ７ ０ 一 ） ， 女， 黑龙江哈尔滨人 ， 博士 ， 副教授 ， 主 要 研 究方 向 为水 处 理 和 固体 废 弃 物 处 理 ． Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ２ ９ ４ ０ ５ ８ ４ ７ １ ＠ｑ ｑ ． ｃ ｏ ｍ
研 究和 应 用 前 景 进 行 展 望 ． 关 键词 ： 三相 生物 流化床 ； 内构件 ； 研 究进 展
中图分 类号 ： ＴＱ０ ２ １
文 献标 志码 ： Ａ
文章编 号 ： １ ０ ０ ４ — ０ ３ ６ ６ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ － ０ １ １ ３ ～ ０ ４
三相生物流化床原理
三相生物流化床原理三相生物流化床是一种有效的生物处理技术，广泛应用于废水处理、有机废物处理和气体处理等领域。
它利用微生物附着在高表面积的物质上，通过气体、液体和固体的三相流动来实现有机物质的降解和废物的去除。
三相生物流化床的原理可以简单描述为：废水或废物通过传送装置进入生物流化床，其中嵌入了高表面积的填料颗粒。
同时，通过气体进料装置，将气体通过流化床底部向上输送。
在流化床中微生物附着在填料表面，并与废水或废物中的有机物质发生反应。
这种反应是在气液固三相交互作用下进行的。
首先，废水中的有机物质与流化床中的微生物发生生物降解反应。
这些微生物可以是厌氧或好氧微生物，取决于废物的性质。
在降解过程中，微生物通过吸附、吸引和吸收等方式将有机物质转化为无机物质。
其次，气体的注入提供了供氧源。
例如，在废水处理中，通过空气或氧气的注入，氧气被微生物利用来促进废物的降解。
气体还帮助维持流化床填料的悬浮状态，保持适宜的反应条件。
最后，固体颗粒的运动确保了废物与微生物的充分接触。
流化床中的颗粒随气体流动而上升或下降，与废物中的有机物质反应后，再次进入反应区域。
这种颗粒的流动转移了废物和微生物，从而确保了反应的均匀和高效。
总体而言，三相生物流化床与传统的废物处理技术相比具有诸多优势。
首先，它可以提供更大的降解表面积，从而加速废物的降解速度。
其次，通过流化床的流动性质，可以实现废物和微生物的快速混合，进一步提高降解效率。
此外，三相生物流化床还具有较高的操作灵活性，可以适应不同负荷和废物特性的处理需求。
综上所述，三相生物流化床是一种创新的生物处理技术，通过气液固三相流动环境下微生物的附着和反应，实现废物降解和去除有机物质。
它的广泛应用有助于提高废物处理的效率和质量，推动环境保护和可持续发展。
三相生物流化床反应器结构优化及理论研究的开题报告
三相生物流化床反应器结构优化及理论研究的开题报告1. 研究背景和意义生物流化床反应器在废水处理、有机废气处理、医药制造、食品工业等领域得到了广泛应用。
针对当前工业生产中床层高度固定、反应器体积大、操作成本高等问题，本研究拟探索三相生物流化床反应器的结构优化和理论研究，以提高反应器的性能和稳定性，降低成本和环境污染。
2. 研究内容和思路本研究将针对三相生物流化床反应器 (solid-liquid-gas) 进行结构优化，包括反应器筒体、床层高度、进口流量、气液比等参数的优化。
同时将对三相生物流化床反应器的流态、流体力学特性及微生物学特性进行理论研究，以了解反应器内的物理及生物过程。
具体思路如下：(1) 优化反应器结构，设计不同层数的筒体，确定合理的反应器高度和床层高度，以达到最佳的床层液面高度和反应器压力损失。
(2) 设计合理的进口流量和气液比，以达到床层中生物菌落的最优生长和代谢条件。
(3) 通过实验和模拟，在反应器内模拟三相流体运动特性，研究流态及流体力学性质对反应器反应速率的影响。
(4) 分析反应器内微生物学特性，研究短稻壳的生物降解特性，评估反应器的性能和稳定性。
3. 研究方法本研究将采用实验和模拟相结合的方法进行，具体包括：(1) 设计不同高度和床层高度的三相生物流化床反应器，并设置不同的进口流量和气液比。
(2) 通过流量计、压力计和温度计等测量仪器对反应器进行数据采集分析。
(3) 通过COMSOL Multiphysics软件建立三维模型，模拟床层物料和液体运动的流态和流体力学特性。
(4) 采用孔隙介质反应器理论探索微生物的代谢规律，分析床层内微生物学特性和床层中生物物质的生物降解特性。
4. 预期成果和意义本研究旨在优化三相生物流化床反应器的结构和理论，实现床层中生物菌落的最优生长和代谢条件，达到减少反应器体积和操作成本，提高反应器性能和稳定性，降低环境污染的目标。
预期成果包括：(1) 建立三相生物流化床反应器模型，优化其结构，确定最佳的进口流量和气液比。
内循环三相生物流化床处理生活污水
内循环三相生物流化床处理生活污水郑礼胜1,施汉昌2,钱 易2(1.山东建材学院应用化学系,山东济南250022;2.清华大学环境科学与工程系,北京100084)摘要:对内循环三相生物流化床处理生活污水进行了中试研究,探讨了生物膜的形成和水力停留时间及供气量对处理效果的影响.结果表明:在气水比4:1、水力停留时间40min、进水COD150～1000mg/L条件下,平均COD去除率为89%、平均去除容积负荷为10.4kgCOD/m3・d,氧利用率为13%.关键词:内循环三相生物流化床;生活污水;废水处理中图分类号:X799 文献标识码:A 文章编号:1000-6923(1999)01-0051-05Domestic w astew ater treatment using an inner loop three phase fluidized bed reactor.ZHEN G Li2sheng1,SHI Han2 chang2,Q IAN Y i2(1.Department of Applied Chemistry,Shandong Institute of Building Materials,Jinan250022,China;2.Department of Environmental Science and Engineering,Tsinghua University,Beijing100084,China).China Envi2 ronmental Science.1999,19(1):51～55Abstract:A pilot scale experiment on the domestic wastewater treatment using an inner loop three phase fluidized bed re2 actor was presented in this paper.The formation of bio2film and effects of hydraulic retention time and volumetric gas rate on efficiency of wastewater treatment were studied.The results showed that the average COD removal rate,COD volumetric load and oxygen utilization rate were89%,10.4kg COD/m3・d and13%respectively under the conditions of air/wastewater ratio4:1,HRT40min and the influent COD concentration of150～1000mg/L.K ey w ords:inner loop three phase biofluidized bed;domestic wastewater;wastewater treatment 内循环三相生物流化床是一类新型高效流化床反应器,近年来在反应器流态、氧转移、生物膜的形成等理论[125]及应用[6,7]方面进行了深入研究,为内循环三相生物流化床的中试和放大至工业规模的研究奠定了必要的基础.本文利用内循环三相生物流化床中试装置,对处理生活污水进行了试验研究,取得了令人满意的结果.1 主要设备、材料与方法1.1 主要设备 内循环三相生物流化床包括内循环三相生物流化床中试装置(图1).流化床总高度9.19 m,内外筒直径分别为0.4和0.6m,内筒高度为7m,反应区(A+B)体积为2m3,分离沉降区(C +D)体积为4m3,内筒底部微孔曝气装置由微孔钛板制成. 充氧设备 采用长春空压机厂生产的W2 0.9/7型空气压缩机.载体 选用北京陶粒厂生产的粒径为0.3～0.8mm的陶粒. 溶解氧测定 采用YSI258型溶解氧测定仪直接测定.图1 内循环三相生物流化床示意Fig.1 Inner loop three phase fluidized bed reactorA.升流筒B.降流筒C.脱气区D.沉降区1.2 污水水质生活污水取自清华大学1号楼污水泵房,pH收稿日期:1998203209基金项目:环境模拟与污染控制国家重点联合实验室开放基金资助项目中国环境科学 1999,19(1):51～54 China Environmental Science值为6.5～8.3,COD为150～1000mg/L,SS为120～440mg/L.1.3 处理方法 将内循环三相生物流化床充满生活污水后,加入载体200kg,开启空气压缩机鼓入空气,待流化正常后,控制供气量为12m3/h、进水水量为1～4m3/h,使流化床连续运行.为分析和评价运行状况和处理效果,定时对进水和出水按标准方法进行监测,主要监测项目有COD Cr、SS、VSS、N H32N、DO.2 结果与讨论2.1 内循环三相生物流化床的工作原理内循环三相生物流化床由反应区、脱气区和沉淀区组成.反应区由内筒和外筒两个同心圆柱体组成.微孔曝气装置设在内筒的底部.反应区内填充陶粒作为载体,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入外筒(降流筒),由于外筒含气量相对减少导致密度增大,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.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.2.2 生物膜的形成与分析内循环三相生物流化床中生物膜的培养和形成是内循环三相生物流化床能否正常运行的关键.本研究选择在水力停留时间为1h、供气量为12m3/h的条件下直接曝气培养.经过2周的连续运行,由显微镜观察发现,生物膜逐渐长成至成熟,载体上有大量的钟虫、轮虫、丝状菌、草履虫和线虫等,成熟的生物膜呈黄色且透明,平均厚度在80μm左右,同时也获得了较为稳定的出水,表明挂膜成功. 在中试过程中内循环三相生物流化床载体表面的生物膜形成过程可分为以下3个阶段. 2.2.1 微生物附着于载体表面 陶粒是一种具有较强吸附能力的多孔物质,因此,生活污水中的微生物可迅速被陶粒吸附,使其附着于载体表面及内部孔隙.2.2.2 附着于载体表面微生物生长增殖 被吸附于载体表面的微生物在好氧条件下附着繁殖,在载体的凹陷处由于气水的剪切作用小,更有利于附着生物量的繁殖.这种附着微生物的增殖逐渐向载体颗粒的整个表面扩展.因此在挂膜过程中,水流的剪切和载体之间的摩擦作用呈负影响,而载体表面的粗糙程度则呈正影响.2.2.3 生物膜的形成 当附着的微生物繁殖扩展至整个载体表面时便形成初生生物膜,随着内循环三相生物流化床的运行不断增长变厚、脱落与更新而逐渐成熟.内循环三相生物流化床的成膜时间为15d,总生物量为7.25g/L,附着生物量为3.75g/L,悬浮生物量为3.5g/L,载体浓度为75g/L.为考察测定结果的准确度,将载体实测浓度与计算值进行对照,按载体投加量200kg和循环流化区的体积(反应区和脱气区的体积之和) 2.6m3计算载体的实际浓度为76.9kg/m3,表明测定值与计算值基本一致.2.3 水力停留时间对处理效果的影响 在内循环三相生物流化床挂膜成功达到稳定运行后,探讨了水力停留时间对处理效果的影响.在水力停留时间分别为120、60、40、30min 即进水水量分别为1、2、3、4m3/h的条件下连续运行,为获得可靠且稳定的结果,在每个水力停留时间下各自连续运行5d并测定出水COD 值,测定结果见图2.图2表明,在水力停留时间为120～30min、COD为150～800mg/L范围内,COD去除率达75%以上,且大多在85%～90%范围,说明内循环三相生物流化床具有较强的处理能力,而且可在较短的水力停留时间条件下运行,这对提高流化床的处理能力极为有利.25中 国 环 境 科 学 19卷为保证有较好的处理效果,在处理生活污水的正常运行中控制水力停留时间为40min 即进水流量为3m 3/h.2.4 供气量对处理效果的影响 供气量的大小是影响处理效果的重要因素,要满足微生物的好氧呼吸,还要保证载体的正常流化.本研究载体加入量为200kg ,由试验确定维持载体正常流化的最小供气量为10m 3/h.在实际运行中发现当供气量达15m 3/h 时,沉降区有少量气泡上浮,而且随供气量的增加明显加强,势必导致出水悬浮物浓度偏大.为保证流化床正常运行和有较好的处理效果,在正常运行时选择供气量为12m 3/h 较为适宜,该供气量对应的气水比为4:1.2.5 运行结果分析2.5.1 COD 的去除 内循环三相生物流化床进入正常运行后控制进水流量为3m 3/h 、供气量为12m 3/h ,运行结果见图3.由图3可以看出,在进水COD 浓度为150～1000mg/L 时,COD 去除率均达75%以上,尤其是进水浓度较高时,去除率可达90%以上,表明内循环三相生物流化床具有较强的抗冲击能力和对高浓度废水处理的优越性,此特点是由于内循环三相流化床有着良好的混合流态和较强的充氧能力,使进水中高浓度有机物迅速得到充分地稀释与降解.根据对进、出水水质的连续测定结果统计,进水COD 平均浓度为323mg/L ,出水COD 平均浓度为33.4mg/L ,由此计算COD 平均去除率为89.6%,以COD 去除率为基础的容积负荷为10.4kg COD/m 3・d ,以附着生物量计的污泥负荷为5.4kg COD/kg VSS ・d ,以流化床内总生物量计的污泥负荷为2.8kgCOD/kgVSS ・d ,污泥龄为3.4d ,污泥产率系数为0.21kgVSS/kg 2COD.2.5.2 N H 32N 的去除 内循环三相生物流化床对生活污水中的N H 32N 也有一定的去除作用,运行结果见图4.由图4可知,当进水N H 32N 浓度在10～15mg/L 范围内去除率为36%～70%,平均为60%,N H 32N 的去除是硝化作用与微生物同化作用的结果.2.5.3 氧利用率 在正常运行条件下,经测定出水溶解氧含量为1.0～1.4mg/L ,反应区溶解氧接近饱和,根据合成系数法并利用进、出水的平均浓度即可求出需氧量R :R =A Q (So -Se )1000+B XV (1)式中:A 为降解每克COD 的需氧量,取0.5;B 为污泥自身氧化率,取0.15;Q 为污水日处理量;So 、Se 分别为进、出水COD 浓度;X 为污351期 郑礼胜等:内循环三相生物流化床处理生活污水泥浓度;V为循环区体积. 供氧量:G=Q g×21%×1.43(2)式中:Q g为日供气量;21%为空气中氧的体积分率;1.43为氧在标准状态下的容重.因此,根据有关试验数据,便可求出氧利用率:氧利用率=RG×100%=13%(3)2.5.4 降低出水SS的建议 由于内循环三相生物流化床运行中载体之间的相互摩擦碰撞作用,可使较厚的生物膜不断脱落,从而保持了较高的生物活性.脱落的生物膜在沉降区逐渐聚集而形成一个相对稳定的污泥层,对新生成的污泥颗粒有着较强的吸附与拦截作用,可显著降低出水中的悬浮物浓度.当污泥层表面接近出水堰时则需排泥,污泥层的稳定程度取决于供气量的大小和供气量的稳定程度.在实际运行中对出水悬浮物浓度进行了测定,结果表明,内循环三相生物流化床的出水悬浮物浓度偏高,一般在～120mg/L之间,平均值为60mg/L,使得出水COD值偏大.在对出水水质监测过程中,考察了出水静置沉淀时间对悬浮物浓度的影响,每次取200mL水样,静置不同时间后取100mL上清液测定悬浮物浓度,结果表明,在静置时间超过30min时,出水悬浮物浓度可达20mg/L以下.因此,建议处理装置后接一个沉淀池,这对提高出水水质十分有利.2.6 流化床耗能分析流化床的能耗来自于供水和供气.如前所述,由空压机提供的压缩空气不仅要满足微生物的好氧呼吸,而且要保证载体正常流化,因此对供气的能耗进行了分析计算.在正常运行条件下,根据下式[2]便可求出空气输入功率: N=ρg H Q/1000(4)式中:ρ为反应区混合液密度(取1000kg/m3); g为重力加速度(9.8m/s2);Q为供气量(m3/ s);N为空气输入功率(kW).代入有关数据即可求得空气输入功率为0.294kW.下面再按空压机进行估算,由空压机排出的压缩空气经贮气罐再送入流化床,空压机启动压力为0.3MPa,停机压力为0.5MPa,因此压缩空气按平均压力0.4Mpa计.流化床循环区高9m,进口压力按0.1MPa计,那么贮气罐与流化床进口的空气压力差为0.3MPa,W20.9/7型空压机的容积流量为0.9m3/min,则相当于0.1MPa的流量为2. 7m3/min,而流化床所需的供气量仅为12m3/h 即0.2m3/min,因此,每小时内空压机只需开机0.2/2.7=0.074h即可.空压机配套的电动机功率为7.5kW,则相应的输出功率为:7.5×0.074 =0.56kW,再根据3m3/h的污水处理量即可求出每处理单位体积污水的耗电量为0.56/3=0. 19kWh/m3.而供水能耗可由所用水泵的配套电动机功率(1.1kW)求出,因此,每单位体积污水的供水耗电量为:1.1×1/3=0.37(kWh/m3).供水和供气的能耗之和即为流化床运行总能耗,所以,每处理单位体积污水的总耗电量为0.56 kWh/m3,按工业用电0.50元/kWh计,则每处理单位体积污水的费用为0.28元.由计算结果表明,内循环三相生物流化床的运行能耗不高于其它生物处理工艺.3 结论3.1 内循环三相生物流化床处理生活污水有良好的处理效果.当进水COD为150～1000mg/L、气水比为4:1、水力停留时间为40min时,COD平均去除率高达89%,相应的COD去除容积负荷平均为10.4kg COD/m3・d.3.2 内循环三相生物流化床处理生活污水在启动运行时无须引进接种污泥可直接挂膜,操作方便、易于管理.3.3 内循环三相生物流化床充氧能力强,氧利用率达13%.3.4 内循环三相生物流化床有良好的混合流态且生物量浓度高,因而具有较强的抗冲击负荷能力,也适于较高浓度的有机废水的预处理.3.5 内循环三相生物流化床是一种高效、低耗的生物反应器.参考文献:[1] 周 平,钱 易.内循环三相生物流化床反应器的相含率及氧传递特性研究[J].环境科学学报,1996,16(2):211-215.45中 国 环 境 科 学 19卷[2] R Ade Bello ,Campbell W Robinson ,Murray Moo 2Y oung.G as holdup and overall volumetric oxygen transfer coefficient in airlift contactors [J ].Biotechnology and Bioengineering ,1985,27:369-381.[3] William J McManamey D A ,John Wase.Relationship be 2tween the volumetric mass transfer coefficient and gas holdup in airlift fermentors [J ].Biotechnology and Bioengineering ,1986,28:1446-1448.[4] F trinet ,R Heim ,D Amar ,et al .Study of biofilm and flu 2idization of bioparticles in a three 2phase liquid 2fluidized 2bed reactor [J ].Wat.Sci.Tech.,1991,23:134721354.[5] J J Heijnen ,M C M van Loosdrecht ,A Mulder ,et al .For 2mation of biofilms in biofilm air 2lift suspension reactor [J ].Wat.Sci.Tech.,1992,26:647-654.[6] J J Heijnen ,M C M van Loosdrecht ,R Mulder ,et al .Devel 2opm 2ent and scale 2up an aerobic biofilm air 2lift suspension re 2actor [J ].Wat.Sci.Tech.,1993,27:253-261.[7] J J Heijnen ,A Mulder ,R Weltevrede ,et rge scaleanaerobic 2aerobic treatment of complex industrial wastewater using biofilm reactors [J ].Wat.Sci.Tech.,1991,23:1427-1436作者简介:郑礼胜(19562),男,山东章邱县人,山东建材学院应用化学系副教授,主要从事环境化学与水污染治理方面的教学与研究工作.发表论文40余篇.《中国环境科学》———环境学科高影响因子期刊 据中华人民共和国科学技术部1998年公布的1997年中国科技论文统计结果,《中国环境科学》属环境学科高影响因子刊物.据中国科学技术信息研究所分析中心1997年对我国1214种科技论文统计源期刊的检索结果,《中国环境科学》总被引次数341(排名第73位),影响因子0.417(排名第32位). 目前,《中国环境科学》已被国外数据库EI Page One 、CA 、P ・Ж、日本科技文献速报、A GRIS 、G eoRef 、ASFA 等17个检索系统收录,SCI 1997年也收录《中国环境科学》论文15篇.《中国环境科学》是中国自然科学重点核心期刊,并被纳入全国检索刊物体系的25个数据库、文摘刊物收录.《中国环境科学》在全国各高等院校和科研机构(包括国家重点实验室)均被列为A 类核心刊物,也是各高校环境科学和相关学科硕士、博士生发表论文的指定重点核心期刊.《中国环境科学》———中国科协1997年度、1998年度择优支持专项资助期刊 中国科协本着择优支持的原则,自1997年决定对中国科协所属全国性学会、协会、研究会主办的优秀基础性和高科技学术期刊给予专项经费资助,重点资助那些能够代表我国基础研究学术水平、与国民经济发展战略密切相关、在国内外有较大影响的基础性和高科技的学术期刊. 《中国环境科学》继获中国科协1997年度择优支持专项资助经费后,1998年再度成为中国科协择优支持的基础性和高科技学术期刊之一.1997～1998年,《中国环境科学》编辑部利用此项经费提高了期刊纸张规格,并将版面增至100页.1999年,《中国环境科学》编辑部将更好地利用中国科协1998年度择优支持经费,在广大科技人员的大力支持下,把《中国环境科学》办得更好,使《中国环境科学》在促进环境科学的学科发展,环保科研成果的推广和国内外学术交流中发挥更大的作用.551期 郑礼胜等:内循环三相生物流化床处理生活污水。
三相生物流化床的结构
三相生物流化床的结构
三相生物流化床是一种用于生物处理废水的装置。
它是通过在床体中同时应用气体、液体和固体相的流动来实现废水的生物降解和处理的。
三相生物流化床的结构通常由气体分配器、床体、填料和水平管道组成。
首先，气体分配器位于床体的底部，用于将进入床体的空气均匀分配到整个填料层。
气体分配器通常由多个小孔或孔板组成，使得气体能够在整个床体中均匀地分布。
其次，床体是三相生物流化床的主体部分，也是生物降解和处理废水的关键环节。
床体通常呈圆柱体或方形，具有一定的高度和直径。
床体的材料通常是耐腐蚀的金属或塑料。
床体内部的填料可以提供大量的表面积，以用作生物附着和生物膜的生长基质。
填料是三相生物流化床中的另一个重要组成部分。
填料的选择对床体的处理效果有很大影响。
填料应具有合适的孔隙度和比表面积，以便提供足够的空间供生物附着和微生物活动。
常用的填料包括环状塑料填料、玻璃珠等。
最后，水平管道用于收集和排出处理后的水。
水平管道位于床体的底部，并通过出水口将处理后的水排出。
水平管道的设计应该考虑到足够的流速，以避免生物附着和污泥堵塞。
总的来说，三相生物流化床的结构简单明了。
通过合理的气体分配、床体、填料和水平管道的设计与组合，可以实现废水的高效生物降解和处理。
这种床体具有处理效果好、运行稳定等优点，因此在废水处理领域得到广泛应用。
TBF三相生物流化床
TBF三相生物流化床三相好氧生物流化床是以生物膜法为基础，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。
其基本特征是以砂、陶粒、活性碳、焦碳等颗粒状物质作为载体，为微生物生长提供巨大的表面积，一般可达到2000-3000m2/m3。
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时使载体流化，生物栖息于载体表面，形成由薄薄的生物膜所覆盖的生物粒子，生物固体浓度可达普通活性污泥的5-10倍。
由于生物载体、废水、空气三相间的密切接触，大大改善了传质状态，使有机物去除速率增快，所需反应器容积减小。
多管气提生物流化床是内循环三相流化床的一种，是在外循环床的基础上发展起来的，将升流区和降流区组合在一起，使反应器结构更紧凑。
迄今为止，已应用于石化废水、生活污水、淀粉废水、含酚废水、制药废水、针织废水、煤气化废水、含铜废水、丙烯酸废水等多种废水处理，取得了不少喜人的成果，显示了内循环流化床反应器的优越性。
多管气提生物流化床不仅保持了传统三相生物流化床所具有的：反应器内混合性能好、传质速率快、污泥浓度大、有机物负荷高的优点，同时具有以下新特点：1）可控制生物膜厚度的过度增长。
在传统三相生物流化床中，气速和液速均不能很大，如果大大地超过载体的终端沉降速度，则由于载体只作单项上流运动，生物粒子将大量进入沉淀分离区，因此极易带出反应器外。
为了防止载体的流失，反应器内流体的剪切力不能有效地控制过度增长的生物膜。
而在循环式流化床中，由于气、液、固在升流区和降流区之间循环流动，循环速度很大，载体却不易被带出反应器外，在一般情况下，循环速率远大于载体终端沉速，流体造成的剪切作用可有效地控制生物膜厚度，以避免过厚的生物膜引起的内传至阻力增大，使循环式流化床中生物膜保持较高的活性。
2）载体流失量少。
由于循环式流化床的紊动剪切及摩擦可使过厚的生物膜自行脱落，因此可防止载体的大量流失。
3）载体流化性能好。
三相生物流化床的相含率及气液传质性能研究
生物过滤塔中气-液-生物膜三相的传质过程分析崔胜霞25102140121试验背景迄今为止，生物处理法仍然是去除污水中有机污染物质最为经济和常用的方法。
按微生物在废水中生长的方式不同，废水生物处理可分为悬浮生长法（活性污泥法）和附着生长法（生物膜法）两种。
前者的微生物悬浮在水中，形成活性污泥的絮状体。
后者的微生物固定在某种介质或滤料的表面上，形成生物膜，生物膜法是与活性污泥法并列的一种污泥好氧生物处理技术。
生物膜：微生物附着在滤料或某种载体上生长繁殖，而形成的膜状生物污泥。
生物膜构成：由菌胶团、真菌、原生动物、藻类等组成系统。
工艺种类：生物滤池（普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池）生物转盘生物接触氧化设备生物流化床净化机理：①挂膜：污水与滤料接触一定时间形成生物膜当含有机物的污水通过不断与滤料和其它载体接触，在介质的表面上会逐渐生长出各种微生物，当微生物的量积累到一定程度，形成了生物膜，具有吸附和降解水中有机物的作用，这时开始显示出稳定的污水净化效果。
这个过程为生物膜法污水处理的启动阶段，或称挂膜。
根据不同的生物膜法工艺、污水性质和水温，挂膜阶段约需15-30天。
②生物膜发挥净化功能生物膜的表面上吸附着一层很薄的水膜，相对于外侧运动着的水流，水膜是静止的。
水流中的有机物可被生物膜氧化。
由于水膜中有机物浓度比流动水层中的低，于是流动水层中的有机物可通过水流的紊动和浓差扩散作用进入水膜中，并进一步扩散到生物膜中去，不断被生物膜吸附、吸收和降解。
同时，空气中的氧不断溶入水中，通过流动水层和水膜进入生物膜，被微生物用来氧化有机物和本身的新陈代谢。
微生物在分解有机物的过程中，本身不断增殖，使生物膜不断变厚，传递进来的氧很快被表层微生物消耗掉，生物膜的内层得不到氧的供应，使厌氧微生物在生物膜的内侧大量滋长，形成厌氧层，而有机物的分解主要依靠好氧层的作用。
微生物的代谢产物如水、二氧化碳、氨以及其它无机盐则沿相反方向，从生物膜经过水膜进入流动水层或空气中。
生物流化床知识总结
生物流化床一、简述生物流化床，也简称MBBR，也称移动床生物膜反应器。
因其兼有生物接触氧化法和传统的流化床技术的优点而得名。
MBBR工艺原理是：通过向反应器中投加一定数量的悬浮载体，采用机械搅拌、曝气或者回流水作为动力，使流体内的载体流化，载体上附着大量微生物，这样微生物与水中的营养物质就能充分接触，从而达到高效率的去除的效果。
生物流化床工艺有两大技术点：反应器，填料。
二、生物流化床反应器MBBR根据生物膜特性可分为好氧和厌氧两大类；按循环方式分为内循环和外循环；按床内物相分为两相和三相。
1、厌氧生物流化床（AFB）厌氧生物流化床（AFB）与UASB同属于第二代厌氧反应器，依靠载体表面形成的生物膜来保留厌氧污泥，提高反应器内的生物量。
反应器内载体呈流化状态，可以有效避免滤料堵塞。
载体的流化状态可采用两种方式维持：①机械搅拌；②通过回流提高废水的上升流速。
缺点：①维持载体流化的能耗较大；②系统的设计及运行要求较高。
厌氧生物流化床工艺图2、好氧生物流化床——内循环式三相生物流化床关于好氧生物流化床目前开发和应用较多的是带导流筒的三相生物流化床反应器，也称内循环式三相生物流化床。
为规范其应用，环保部已经制定了内循环好氧生物流化床污水处理工程技术规范（HJ 2021-2012）。
三相生物流化床工艺流程图表1 内循环好氧生物流化床处理工艺的污染物去除率3、曝气生物流化池在固定床的基础上改变而来，所选用的固定微生物的载体平均密度与水十分接近，载体在水中呈悬浮状态。
该成果列入20XX年国家重大科技成果推广计划、20XX 年国家技术创新计划。
适用范围：炼油、化工、煤化工、印染、酿造波革和造纸等高浓度有机废水(合高中浓度有机物、氨氮、硫化物等污染物和城市生活污水处理、旧城市与工业污水厂出水水质不达标的改造以及河湖微污染水体的就地修复。
三、生物流化床反应器内构件目前，在废水处理过程中要尽可能地保留生物量、提高氧转移效率、改善流化质量是此领域的研究热点之一。
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。
内循环流化床(BFT)技术说明
内循环三相生物流化床技术说明一、生物流化床的概况流态化是固体粒子靠流动气体或液体的带动像流体一样流动的现象，五十年代初期被逐步应用于工业生产形成了流态化这门新兴的技术。
目前它已被广泛应用于化工、石油、冶金、电力等领域。
好氧生物流化床废水处理技术是七十年代初期发展起来的，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。
其基本特征是以砂、陶粒、活性碳等颗粒状物质作为载体，为微生物的生长提供了巨大的表面积。
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时使载体流化，彼此不接触的流化粒子具有很大的表面积，一般可达到2000~3000m2/m3，生物栖息于载体表面，形成由薄薄的生物膜所覆盖的生物粒子，生物固体浓度可达普通活性污泥的5~10倍。
由于该粒子与废水的比重有较大的差别，即使载体上的丝状菌过度增长也不会出现活性污泥法中经常发生的污泥膨胀现象。
生物载体在床层中被上升的废水、空气流化，不仅可防止生物滤池中的生物膜堵塞，而且由于生物载体、废水、空气三者之间的密切接触，可大大改善传质状态，使有机物去除速率增快，所需反应器容积减小。
此外。
生物流化床采用的高径比远大于一般的废水生物处理构筑物，其占地面积可大大缩小。
二、内循环三相生物流化床的发展好氧生物流化床工艺下逐渐在废水生物处理领域中得到应用。
根据操作条件的不同，好氧生物流化床可分类如下：两相：体外充氧流化床好氧生物流化床传统三相生物流化床三相外循环三相生物流化床内循环三相生物流化床两相流化床的介质为固、液两相，三相流化床的介质为气、液、固三相。
在两相流化床中，生物载体的流化程度依赖于反应器底部进水量的大小及布水均匀程度，为维持较好的流化状态，通常均借助于较大的循环水量。
三相流化床中生物载体的流化则主要取决于供气量的大小，进水量的影响很小。
在流化床反应器的发展中，内循环三相生物流化越来越引起人们广泛的兴趣。
三相生物流化床的运行原理
三相生物流化床的运行原理三相生物流化床是一种生物处理技术，主要用于废水和废气的处理。
它可以有效地降解和去除有机废物和污染物，同时也具有较高的运行稳定性和处理效率。
其运行原理主要包括床层流化、微生物附着和生物催化反应。
三相生物流化床的运行原理如下所述：1.床层流化：床层流化是三相生物流化床的核心原理，指的是通过气体的上升流动使床层内的颗粒物质悬浮起来形成流态床。
床层流化的关键参数之一是气体流速，气体流速过大会导致颗粒物质被带走，流速过小则不足以使床层流化。
通常采用的气体是压缩空气或氮气，通过床层底部的气体分布板进入床层。
2.微生物附着：在床层流化的基础上，微生物通过床层内颗粒物质的附着生长，形成床层生物膜。
这种生物膜可以增大床层内的接触面积，提高了对溶解有机物的负荷能力，从而增强了处理效果。
同时，生物膜还具有较好的生物稳定性和耐冲击负荷能力，可以适应较大范围的进水负荷变化。
3.生物催化反应：微生物附着在颗粒物质上形成的生物膜，是进行生物催化反应的场所。
床层内的微生物通过吸附、降解和转化等生化作用，将有机废物和污染物转化为较低级的产物，如二氧化碳、水和无机物质等。
这些低级产物通常具有较低的毒性和较高的可溶解性，有利于后续的处理和排放。
三相生物流化床的运行原理中，微生物附着和生物催化反应是相互作用的过程。
微生物附着提供了良好的床层生物膜，为生物催化反应提供了良好的生物载体。
而生物催化反应则通过微生物的代谢作用，转化和降解床层内的有机物质。
这两个过程相互依存，互为前后关系，共同参与了三相生物流化床的废物处理过程。
总的来说，三相生物流化床的运行原理是通过床层流化、微生物附着和生物催化反应等过程，将废水和废气中的有机物质转化为无害的产物。
它具有处理效果好、运行稳定、操作简便等特点，因此在废物处理领域得到广泛应用。
三相生物流化床废水处理工作流程
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TBF三相生物流化床
三相好氧生物流化床是以生物膜法为基础，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。
其基本特征是以砂、陶粒、活性碳、焦碳等颗粒状物质作为载体，为微生物生长提供巨大的表面积，一般可达到2000-3000m2/m3。
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时使载体流化，生物栖息于载体表面，形成由薄薄的生物膜所覆盖的生物粒子，生物固体浓度可达普通活性污泥的5-10倍。
由于生物载体、废水、空气三相间的密切接触，大大改善了传质状态，使有机物去除速率增快，所需反应器容积减小。
多管气提生物流化床是内循环三相流化床的一种，是在外循环床的基础上发展起来的，将升流区和降流区组合在一起，使反应器结构更紧凑。
迄今为止，已应用于石化废水、生活污水、淀粉废水、含酚废水、制药废水、针织废水、煤气化废水、含铜废水、丙烯酸废水等多种废水处理，取得了不少喜人的成果，显示了内循环流化床反应器的优越性。
多管气提生物流化床不仅保持了传统三相生物流化床所具有的：反应器内混合性能好、传质速率快、污泥浓度大、有机物负荷高的优点，同时具有以下新特点：
1）可控制生物膜厚度的过度增长。
在传统三相生物流化床中，气速和液速均不能很大，如果大大地超过载体的终端沉降速度，则由于载体只作单项上流运动，生物粒子将大量进入沉淀分离区，因此极易带出反应器外。
为了防止载体的流失，反应器内流体的剪切力不能有效地控制过度增长的生物膜。
而在循环式流化床中，由于气、液、固在升流区和降流区之间循环流动，循环速度很大，载体却不易被带出反应器外，在一般情况下，循环速率远大于载体终端沉速，流体造成的剪切作用可有效地控制生物膜厚度，以避免过厚的生物膜引起的内传至阻力增大，使循环式流化床中生物膜保持较高的活性。
2）载体流失量少。
由于循环式流化床的紊动剪切及摩擦可使过厚的生物膜自行脱落，因此可防止载体的大量流失。
3）载体流化性能好。
传统三相生物流化床为保证载体的充分流化，在不进行回流的情况下必须采用较大的高径比，即反应器的直径必须较小，高度较大，而循环式生物流化床只要升流筒直径合适（过小会引起气泡聚合），并保证一定的表观气速，就可实现
良好的载体分流。
同时，载体在升流区和降流区之间循环流动，所受到的摩擦、剪切力基本相同，不存在传统三相流化床中的载体分层现象，载体流化具有良好的均匀性，这对生物膜的良好生长十分有利。
4）氧的转移效率。
传统三相生物流化床气体全部从反应器顶部溢出，而在循环式流化床中，液体在升流管和降流管之间循环流动，循环液体将升流管中的一些小气泡夹带进入降流管，只有部分气体从顶部溢出，使气液接触时间延长，故充氧效率高。
与外循环流化床相比，内循环流化床由于取消了升流区和降流区的过渡管段，故结构更合理，而具有以下优点：流动阻力小，在维持同样循环速度的情况下供气量可减小，从而降低了运行费用；反应器起始流化较容易，减小了操作运行的复杂性；由于结构更加紧凑，可减小所占空间及地面。