生物流化床流态化原理和工艺

　　⑴流化床载体流态化的原理

　　当液体以很小的速度流经载体床层时，载体处于静止不动的状态，床层的高度也基本维持不变，这时的床层称固定床。当流速增大到某一数值，此时压降的数值等于载体床层的浮重，流化床中的载体颗粒就由静止开始向上运动，床层也由固定状态开始膨胀。如果流速继续增大，则床层进一步膨胀，直到载体颗粒之间互不接触，悬浮在流体中，这一状态称为初始流态化，如果再继续增大流速，载体颗粒床会进一步膨胀，但是压降却不再增加，此时对应的流速称为临界流化速度。在生物流化床的设计中，临界流化速度是一个重要的校核参数，必须保证设计的流体上升流速大于临界流化速度。由于载体颗粒的大小影响以及流化过程中气体的参与，会使流化状态的确定方法不同，临界流化速度要采用对应的计算方法或试验方法得到。

　　另外，当流化床底部进入污水而使床断面流速等于临界流化速度时，滤床开始松动，载体开始流化，当进水量不断增加而使床断面流速大于临界流化速度时，滤床高度不断增加，载体流化程度加大，当滤床内载体颗粒不再为床底所承托而为液体流动对载体产生的上托力所承托，即在载体的下沉力和流体的上托力平衡时，整个滤床内颗粒出现流化状态。如果流速继续增加，使载体颗粒之间的空隙增大一定程度后，载体颗粒会随着水流从流化床中流出，此时的流体速度称为冲出速度。在流化床的`操作应控制流体的流速介于临界流化速度和冲出速度之间。载体床中的流体速度与载体间的孔隙率之间密切相关，二者之间的关系确定了膨胀的行为，这也是流化床工艺设计的关键。

　　⑵生物流床的工艺类型

　　按照使载体流化的动力来源的不同，生物流化床一般可分为以液流为动力的两相流化床和以气流为动力的三相流化床两大类。

　　①两相生物流化床

　　两相流化床是以液流为动力使载体流化，在反应器内只有作为污水的液相和作为载体上附着生物膜的固相相互接触。两相流化床主要由床体、载体、布水装置及脱膜装置等组成。

　　以氧气（或空气）为氧源的液固两相流化床的流程为：废水与回流水在充氧设备中与氧混合，然后进入流化床进行生物氧化反应，再由床顶排出。随着床的操作，生物粒子直径逐渐增大，定期用脱膜器对载体进行机械脱膜，脱膜后的载体返回流化床，脱除的生物膜则作为剩余污泥排出。

　　②三相生物流化床

　　三相流化床是以气体为动力使载体流化，在流化床的反应器内有作为污水的液相、作为生物膜载体的固相和作为空气或纯氧的气相三相相互接触。

　　与好氧的两相流化床相比，由于空气直接从床体底部引入流化床，所以不需另设充氧设备，又由于反应器内空气的搅动，载体之间的摩擦较强烈，一些多余或老化的生物膜在流化过程中即已脱落，所以不需另设专门的脱膜装置。三相流化床本身由床体、进出水装置、进气管和载体组成。床体内部通常内导流管，起到向上输送载体的作用，床体上部为载体分离区，防止载体流出。由于空气的搅动，也有可能使少部分载体从流化床中随水流出，此时应考虑设置载体回流泵。当原污水的污染物浓度较高时，可以采用处理水回流的方式稀释进水。

　　在设计中，当已知污水的水质和水量时，需要确定一个合适的生物膜厚度，使其能满足处理效率上的要求，由此再确定床层的膨胀高度。内循环式三相生物流化床是在传统三相生物流化床的基础上发展起来的，目前应用日趋成熟，它是通过在流化床中设置升流区和降流区，利用两个区域之间的密度差，推动流体带动载体的循环流动。这种流化床系统混合、传质效果好，不易发生载体分层现象，对配水均匀性的要求低，易于做到流体的均匀流动，并且载体不易流失

　　⑶流化床的主要组成

　　生物流化床主要由床体、载体、布水装置、充氧装置和脱膜装置等部分组成。

　　①床体

　　一般呈圆形或方形，床体用钢板焊制或钢筋混凝土浇制，其有效高度按空床流速计算，高度与直径比一般采用3：1～4：1。

　　②布水装置

　　布水装置通常位于滤床底部，它既起到了布水的作用，同时又要承托载体颗粒。目前，在生物流化床的试验与应用中多采用多孔板，多孔板上设砾石粗砂承托层、圆锥布水结构及泡罩分布板的方式布水，另外，对于处理大水量的流化床，多采用管式大阻力布水器。

　　③载体

　　流化床所用的载体的比重略大于1，形状尽量接近于球形。常用的载体有砂粒、无烟煤、陶粒、微粒硅胶及苯乙烯颗粒等。

　　④脱膜装置

　　脱膜装置对于生物流化床工艺也是至关重要的，有时单靠滤床内载体之间的相互摩擦还不够，此时应考虑设有专门上的脱膜装置，目前，主要应用叶轮搅拌器、振动筛和刷形脱膜机等。

　　⑤沉淀区及三相分离器

　　为了处理出水排出之前将载体颗粒与水分离，需要在流化床反应器顶部设置沉淀区，对于三相流化床，除了将载体与水分离外，还需要将气泡从水中分离，这种常常区就是三相分离器。

　　⑷生物流化床法的工艺特点

　　①因生物流化床内的载体颗粒较小，总表面积大，提高了单位容积反应器内的微生物量；

　　②载体处于流化状态，污水可与其表面的生物膜充分接触；

　　③载体在床内的互相摩擦碰撞作用，使生物膜的活性提高并加速了有机污染物由污水中向微生物细胞内的传质过程；

　　④抗冲击能力强、占地面积小、运行稳定，不存在污泥膨胀问题，污泥产量少；

　　⑤管理比其他生物膜法复杂。