生物流化床在廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)展
流化床反應(yīng)器是一種實(shí)現(xiàn)固體顆粒與氣相、液相、氣液相之間的混合傳質(zhì)、傳熱的設(shè)備。它與傳統(tǒng)的固定床反應(yīng)器不同，床內(nèi)固體微粒始終懸浮于液（氣）體中并劇烈運(yùn)動，具有類似液體的自由流動性，從而大大強(qiáng)化了物質(zhì)的擴(kuò)散過程，提高了反應(yīng)速度，對于催化劑壽命較短或頻繁再生的場合更具優(yōu)越性，這使流態(tài)化得以在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。
1 生物流化床的應(yīng)用簡況
早在上個世紀(jì)30年代就有人提出在懸浮床、膨脹床或流化床中采用將活細(xì)胞固定在顆粒載體上的辦法來處理廢水的設(shè)想。但直到60年代后期，這一設(shè)想都未能在廢水生物處理的工業(yè)化過程中付諸實(shí)施。1971年Robertl等人對廢水生物處理水作深度凈化時，發(fā)現(xiàn)被活性炭吸附的有機(jī)物大都能被微生物所分解，這為發(fā)展具有生物膜法和活性污泥法兩者優(yōu)點(diǎn)的生物流化床技術(shù)提供了試驗(yàn)基礎(chǔ)。從那以后，美國、英國、日本等國對生物流化床技術(shù)進(jìn)行了大量的研究試驗(yàn)工作。1973年美國Jeris Johns等人成功開發(fā)了厭氧生物流化床技術(shù)，用于去除BOD5和NH3-N的硝化處理，同年申請了專利。1975年，美國Ecolotrol公司開發(fā)了HY-FIO生物流化床工藝，用于廢水的二、三級處理。美國Dorr-Oliver公司在流化床的實(shí)用性方面做了許多研究，尤其是充氧器與進(jìn)水分布系統(tǒng)上取得了很大的進(jìn)展。Dorr-Oliver設(shè)計(jì)的Oxitron反應(yīng)器，在床底部的錐體部分采用噴嘴造成一種強(qiáng)有力的噴射床作為流化床的分布器。英國水研究中心和美國水研究中心又分別對充氧方式進(jìn)行改進(jìn)，并成功地用于厭氧-好氧兩段流化床對廢水進(jìn)行全面的二級處理，包括有機(jī)碳的去除和脫氮。日本于70年代中期進(jìn)行此方面的研究，它著眼于中小型工廠的廢水處理，采用空氣曝氣，裝置的構(gòu)型和脫膜方式與歐美不同。例如，三菱公司研制的流動循環(huán)曝氣反應(yīng)器，把曝氣、脫膜、循環(huán)合成一體。1993年日本Hokkaido大學(xué)的學(xué)者報(bào)道了一種由顆粒流化床分離器、好氧生物濾床和薄膜過濾器組成的新型處理系統(tǒng)。在工程實(shí)踐中，以好氧流化床降解含22種酚和氮雜環(huán)、芳香胺的廢水，以純氧為氧源的生物流化床降解含多氯代酚的地下水，生物流化床處理酵母廢水，垃圾填埋場浸出液中難降解有機(jī)污染物的處理，在顆；钚蕴苛骰仓2，4，6-三氯代酚的厭氧降解，流化床生物膜反應(yīng)器系統(tǒng)處理湖水中的藻類等均取得了滿意的效果。
近年來，我國也對生物流化床進(jìn)行了不少的試驗(yàn)研究工作，在石化廢水、印染廢水、制藥廢水等的試驗(yàn)中均取得了良好的效果。
2 新型生物流化床反應(yīng)器
隨著廢水處理技術(shù)的不斷發(fā)展，高效、低耗和處理難降解有機(jī)物廢水是生物流化床的發(fā)展方向之一。下面介紹幾種近幾年來出現(xiàn)的新型生物流化床反應(yīng)器。
2.1 環(huán)流生物半流化床
北京化工研究院開發(fā)了一種全混型和置換疊加的環(huán)流生物半流化床，如圖1所示。環(huán)流生物半流化床實(shí)現(xiàn)了流化床和固定床的串聯(lián)操作，它不但具有良好循環(huán)特性，而且克服了全混型反應(yīng)對一些較難降解的有機(jī)物去除效率低的困難。試驗(yàn)用于淀粉廢水處理，水力停留時間（HRT）小于4h，最大CODcr負(fù)荷為4.2kg/(m3·d)，最小氣水比為37:1。
.gif) |
2.2 自充氧內(nèi)循環(huán)三相復(fù)合生物流化床
華北工學(xué)院化工系在復(fù)合生物流化床的基礎(chǔ)上研制開發(fā)的一種新型的流化床，如圖2所示。這種反應(yīng)器下部為三相流化床，上部帶有活動式過濾安全網(wǎng)和填料，床上部出水通過自充氧系統(tǒng)，用流動空氣自動充氧后，進(jìn)入浸沒式接觸氧化床，經(jīng)進(jìn)一步反應(yīng)后排出。它具有良好的自充氧特性、兼有流化床處理效率高和接觸氧化濾床出水好的優(yōu)點(diǎn)，而且能耗小、適應(yīng)性好、氣水比低，具有良好的應(yīng)用前景。
.gif) |
2.3 新型Circox氣提式三相流化床反應(yīng)器
荷蘭的Frijters等人開發(fā)了一種新型的Circox氣提式流化床反應(yīng)器，如圖3所示。這種流化床是在普通氣提式流化床內(nèi)增添了一個缺氧區(qū)，以提高反應(yīng)器的脫氮能力。由于反應(yīng)器具有好氧和兼氧兩區(qū)，能取得較高的液流速度和混合的均勻性。Circox氣提式流化床開始是用于土豆加工廢水的厭氧預(yù)處理，有很好的CODcr去除率，其容積負(fù)荷（CODcr）可達(dá)4～10kg/(m3·d)，脫氮率超過90%，床內(nèi)生物量高達(dá)30g/L，而剩余污泥率只有2%～10%。
.gif) |
2.4 BASE三相生物流化床反應(yīng)器
荷蘭的M.C.M.Van loosdrocht等人開發(fā)出一種新型的一體化氣提式生物流化床反應(yīng)器BASE（Biofilm Airlift Suspension-Extension），如圖4所示。這種反應(yīng)器是在原BAS的基礎(chǔ)上增加了一下導(dǎo)管（缺氧區(qū)），以獲得足夠停留時間造成缺氧條件，能達(dá)到NH3-N的有效去除。通過調(diào)節(jié)頂部好氧區(qū)的氣壓和底部好-缺氧區(qū)間小循環(huán)孔來控制液體和生物膜在兩區(qū)間的循環(huán)，因此不需要另加泵和循環(huán)管線。
.gif) |
2.5 流化床納米TiO2光反應(yīng)器
流化床納米TiO2光反應(yīng)器與一般生物流化床不同之處在于床中的載體上沒有生物膜，而是負(fù)載了TiO2。催化劑。TiO2活性高。穩(wěn)定性好、對人體無害。實(shí)驗(yàn)表明TiO2至少可以經(jīng)歷12次反復(fù)使用而保持光分解效率基本不變，連續(xù)580min光照下保持其光活性。
納米TiO2多相光催化利用可見光或紫外光，能有效地降解多種難降解或其它方法難降解的物質(zhì)，如氯仿、多氯聯(lián)苯、有機(jī)磷化合物、多環(huán)芳烴等，能有效地將它們轉(zhuǎn)化為H2O，CO2，PO43-，SO42-，NO3-，鹵素離子等無機(jī)小分子，達(dá)到完全無害化的目的。
這種污染治理技術(shù)具有能耗低、操作簡便、反應(yīng)溫和、可減少二次污染等優(yōu)點(diǎn)。若利用太陽能，對環(huán)保、維持生態(tài)平衡、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展都有重要的意義。
目前的廢水轉(zhuǎn)化處理方法大都是針對排放量大、污染濃度高的污染物，而對水中濃度較低、難以轉(zhuǎn)化的污染物的凈化還無能為力，而這種技術(shù)能很好地解決這一難題。它適用于廢水的后期深度處理，例如，西班牙對工廠排出的廢水先采用生物法進(jìn)行處理，再用光催化法降解難生物降解物質(zhì)，獲得了滿意的結(jié)果。
3 結(jié)語
生物流化床反應(yīng)器具有大的比表面積、微生物的濃度高、容積負(fù)荷率和污泥負(fù)荷率高、傳質(zhì)快、耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、凈化能力強(qiáng)的特點(diǎn)。但對日益嚴(yán)峻的水污染問題，傳統(tǒng)的生物流化床的不足也日益暴露出來，如能耗大、流化床內(nèi)部的流態(tài)化特性十分復(fù)雜給放大設(shè)計(jì)造成了困難、泥水分離靠重力作用以致分離效率依賴活性污泥沉降性能的問題。因此，今后不僅應(yīng)著重在降低能耗、加強(qiáng)反應(yīng)器的放大設(shè)計(jì)等方面研究，而且應(yīng)努力研究和開發(fā)不同結(jié)構(gòu)的流化床反應(yīng)器以適應(yīng)不同性質(zhì)廢水的處理?xiàng)l件。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
