第5章生物膜法

1、第五章 生物膜法生物膜法 簡介l893年英國科貝特( Corbett)在索爾福城( Salford )創(chuàng)建了第一個具有噴嘴布水裝置的生物濾池。 20世紀2030年代建造了許多生物膜反應(yīng)器；4050年代生物濾池逐漸被活性污泥取代的趨勢；70年代新的反應(yīng)器以獨特的優(yōu)勢受關(guān)注。生物膜法主要用于從污水中去除溶解性有機污染物，是一種被廣泛采用的生物處理方法。生物膜法的主要優(yōu)點是對水質(zhì)、水量變化的適應(yīng)性較強。生物膜法的共同特點是微生物附著在介質(zhì)“濾料”表面上，形成生物膜，污水同生物膜接觸后，溶解的有機污染物被微生物吸附轉(zhuǎn)化為H2O、CO2、NH3和微生物細胞物質(zhì)，污水得到凈化，所需氧氣一般來自大氣。 有機

2、物轉(zhuǎn)化深度p110生物膜脫落原因真菌藻類原生動物后生動物一些肉眼可見的蠕蟲、昆蟲的幼蟲細菌（好氧、厭氧、兼性）生物膜的組成（2）生物膜成熟標志真正生態(tài)系組成及對有機物的降解功能都達到了平衡狀態(tài)（3）形成的厭氧、耗氧層2、凈化有機物機理、凈化有機物機理（1）生物膜表面積大，能大量吸附水中有機物（2）有機物降解是在生物膜表層0.1-2mm的好氧生物膜內(nèi)進行（3）多種物質(zhì)的傳遞過程：空氣 流動水層附著水層生物膜微生物呼吸污染物生物降解H2O附著水層流動水層CO2、H2S、NH3水層溢入空氣中微生物代謝產(chǎn)物（1）生物膜特性高度親水的物質(zhì)，同時也是微生物高度密集的物質(zhì)1、生物膜、生物膜（4）厭氧層與好氧

3、層的關(guān)系厭氧層不厚時，與好氧層平衡，穩(wěn)定厭氧層增厚時，代謝產(chǎn)物高于好氧層（5）理想生物膜法的狀況減緩老化，避免厭氧層過分生長，加快好氧層更新，不使膜集中脫落。3、 生物膜處理法的主要特征生物膜處理法的主要特征a、微生物相方面的特征（1）微生物的多樣化生物相生物膜上生物的種類，數(shù)量及其生活狀態(tài)的概括。細菌、真菌|微型動物|濾池蠅具有抑制生物膜的過速增長的功能線蟲具有較好生物膜，促進其脫落的功能（2）生物的食物鏈長生物膜上的食物鏈要長于活性污泥污泥量少于活性污泥系統(tǒng)（3）能夠存活世代時間長的微生物P74（4）分段運行與優(yōu)勢菌種分多段運行，每段繁衍于本段水質(zhì)相適應(yīng)的微生物4、處理工藝方面的特征P74

4、（1）對水質(zhì)、水量變動有較強的適應(yīng)性一段時間中斷進水，對生物膜也不會有致命影響，通水后易恢復(fù)（2）污泥沉淀性良好無機成分高，比重較大厭氧層過厚時，水的澄清度下降（3）能夠處理低濃度廢水活性污泥：不適合處理低濃度的污水，若BOD長期低于50-60mg/l，會影響污泥絮體的形成。生物膜：20-30mg/L時，能降解到5-10mg/l（4）易于維護運行，節(jié)能，動力費用低生物膜法的主要設(shè)施生物接觸氧化池生物流化床間歇生物濾池普通（單層）生物濾池塔式（多層）生物濾池生物轉(zhuǎn)盤生物濾池第一節(jié) 生 物 濾 池生物濾池1.1概述1、以土壤自凈原理為根據(jù)，在污水灌溉的實踐基礎(chǔ)上發(fā)展起來2、需要有預(yù)處理及二沉池3、

5、早期生物濾池（普通生物濾池）水量負荷低，（1-4m/m.d）；BOD負荷0.1-0.4kg/m.d4、高負荷生物濾池限制進水BOD濃度200mg/l）5、塔式生物濾池建設(shè)中的生物濾池 低負荷生物濾池又稱普通低負荷生物濾池又稱普通生物濾池。生物濾池。優(yōu)點：處理效果好，BOD5的去除率可達90以上，出水 BOD5可下降到25mg/L以下，硝酸鹽含量在10mg/L左右，出水水質(zhì)穩(wěn)定。缺點：占地面積大，灰蠅很多，影響環(huán)境衛(wèi)生。高負荷生物濾池高負荷生物濾池其構(gòu)造和濾料與普通生物濾池同，但其水力負荷和有機負荷都比普通生物濾池較高的一種生物濾池。常采用連續(xù)運行方式。有機物去除率達75-90%，因而較普通生物

6、占濾池地少。 1.3典型的生物濾池的構(gòu)造 濾 床 布水設(shè)備排水系統(tǒng) 濾床由濾料組成。濾料是微生物生長棲息的場所，理想的濾料應(yīng)具備下述特性： (1)能為微生物附著提供大量的面積； (2)使污水以液膜狀態(tài)流過生物膜； (3)有足夠的空隙率，保證通風（即保證氧的供給）和使脫落的生物膜能隨水流出濾池； (4)不被微生物分解, 也不抑制微生物的生長，有較好的化學性能； (5)有一定的機械強度； (6)價格低廉。 濾料粒徑并非越小越好，會造成堵塞，影響通風。早期主要以拳狀碎石為濾料，其直徑在38cm左右，空隙率在4550左右，比表面積（可附著面積）在65100m2/m3之間。 1.3.1濾床 兩種常見的塑

7、料濾料 濾料比表面積在98340m2/m3之間，孔隙率為9395 濾料比表面積在81195m2/m3之間，孔隙率為9395 國內(nèi)目前采用的玻璃鋼蜂窩狀塊狀濾料，孔心間距在20mm左右，孔隙率95左右，比表面積在200m2/m3左右。 濾床高度同濾料的密度有密切關(guān)系 塑料濾料每立方米質(zhì)量僅為100kg左右，孔隙率高達9395，濾床高度不但可以提高，而且可以采用雙層或多層構(gòu)造。 國外一般采用雙層濾床，高7m左右；國內(nèi)常采用多層的“塔式”結(jié)構(gòu)，高度在10m以上。 濾床四周一般設(shè)池壁，池壁起圍護濾料、減少污水的飛濺的作用。常用磚、石或混凝土塊砌筑。 石質(zhì)拳狀濾料組成的濾床高度一般在12.5m之間。一方

8、面是由于孔隙率低，濾床過高會影響通風；另一方面由于太重, 過高會影響排水系統(tǒng)和濾池基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。 1.3.2 布水設(shè)備 設(shè)置目的地為了使污水能均勻分布在整個濾床表面上生物濾池的布水設(shè)備分為兩類固定式噴嘴布水系統(tǒng) 回轉(zhuǎn)式布水器的中央是一根空心的立柱，底端與設(shè)在池底下面的進水管銜接。其所需水頭在0.61.5m左右。 固定式布水系統(tǒng)是由虹吸裝置、饋水池、布水管道和噴嘴組成。這類布水系統(tǒng)需要較大的水頭，約在2m左右。移動式（常用回轉(zhuǎn)式）布水器脈沖式生物濾池配水系統(tǒng) 1.3.3 排水系統(tǒng) 作用收集濾床流出的污水與生物膜保證通風支撐濾料池底排水系統(tǒng)的組成池底排水假底集水溝 排水假底是用特制砌塊或柵板鋪成，濾料

9、堆在假底上面。假底空隙率不小于濾池面積58，高于池底0.40.6m。 池底除支撐濾料外，還要排泄濾床上的來水，池底中心軸線上設(shè)有集水溝，兩側(cè)底面向集水溝傾斜，池底和集水溝的坡度約12。 集水溝要有充分的高度，并在任何時候不會漫流，確保空氣能在水面上暢通無阻，使濾池中空隙充滿空氣。交替式二級生物濾池法的流程 交替式二級生物濾池法比并聯(lián)流程負荷率可提高兩三倍。 運行時，濾池是串聯(lián)工作的，污水經(jīng)初步沉淀后進入一級生物濾池，出水經(jīng)相應(yīng)的中間沉淀池去除殘膜后用泵送入二級生物濾池，二級生物濾池的出水經(jīng)過沉淀后排出污水廠。 工作一段時間后，一級生物濾池因表面生物膜累積，即將出現(xiàn)堵塞，改作二級生物濾池，而原來

10、的二級生物濾池則改作一級生物濾池。生物濾池的工作情況 1.5生物濾池機理 污水通過布水設(shè)備連續(xù)地、均勻地噴灑到濾床表面上，在重力作用下，污水以水滴的形式向下滲瀝，或以波狀薄膜的形式向下滲流。最后，污水到達排水系統(tǒng)，流出濾池。 污水流過濾床時，有一部分污水、污染物和細菌附著在濾料表面上，微生物便在濾料表面大量繁殖，不久，形成一層充滿微生物的黏膜，稱為生物膜。這個起始階段稱為掛膜，是生物濾池的成熟期。掛 膜污水流過成熟濾床時，污水中的有機污染物被生物膜中的微生物吸附、降解，從而得到凈化。生物膜表層生長的是好氧和兼性微生物，其厚度約2mm。在這里，有機污染物經(jīng)微生物好氧代謝而降解，終點產(chǎn)物是H2O、

11、CO2、NH3等。由于氧在生物膜表層已耗盡, 生物膜內(nèi)層的微生物處于厭氧狀態(tài)。在這里, 進行的是有機物的厭氧代謝, 終點產(chǎn)物是有機酸, 乙醇、醛和H2S等。由于微生物的不斷繁殖，生物膜不斷加厚，超過一定厚度后，吸附有機物在傳遞到生物膜內(nèi)層的微生物以前，已被代謝掉。此時，內(nèi)層微生物因得不到充分的營養(yǎng)而進入內(nèi)源代謝，失去其黏附在濾料上的性質(zhì)，脫落下來隨水流出濾池，濾料表面再重新長出新的生物膜。 生物濾池的工作情況 1.5生物濾池機理有機物轉(zhuǎn)化深度生物膜脫落原因真菌藻類原生動物后生動物一些肉眼可見的蠕蟲、昆蟲的幼蟲細菌（好氧、厭氧、兼性）低負荷濾池：原因復(fù)雜，昆蟲及其幼蟲的活動促使生物膜脫落。1.6

12、生物膜的組成高負荷濾池：水力沖刷使生物膜不斷脫落，生物膜厚度與濾率大小有關(guān)。低負荷濾池：有機物被深度轉(zhuǎn)化，出水中硝酸鹽含量較高，殘膜呈深棕色，類似腐殖質(zhì)，沉淀性能較好。高負荷濾池：只有在負荷率較低時，出水才含有較低的硝酸鹽，殘膜易腐化。1.7影響生物濾池性能的主要因素 這些過程的發(fā)生和發(fā)展決定了生物濾池凈化污水的性能。影響這些過程的主要因素有P85： 濾池高度負 荷 率回 流供 氧 生物濾池中有機物的降解過程 同時發(fā)生著多過程有機物在污水和生物膜中的傳質(zhì)過程氧在污水和生物膜中的傳質(zhì)過程生物膜的生長和脫落等過程有機物的好氧和厭氧代謝過程濾 床影響生物濾池性能的主要因素濾池高度 濾床上層,污水中有

13、機物濃度較高,微生物繁殖速率高,種屬較低級,以細菌為主,生物膜量較多,有機物去除速率較高。 隨著濾床深度增加,微生物從低級趨向高級，種類逐漸增多,生物膜量從多到少。 濾床的上層和下層相比, 生物膜量、微生物種類和去除有機物的速率均不相同。 濾床中的這一遞變現(xiàn)象，類似污染河流在自凈過程中的生物遞變。 當濾床各層的進水水質(zhì)互不相同時,各層生物膜的微生物就不相同,處理污水的功能也隨之不同。濾 床有機負荷率：以BOD5為準，kg（BOD5或特定污染物質(zhì)）/m3d。影響生物濾池性能的主要因素負 荷 率 生物濾池的負荷率有三種表達形式： 表面水力負荷率：m3（水）/（m2d），又稱平均濾率， m/d 。

14、由于生物濾池的作用是去除污水中有機物或特定污染物，因此，它的負荷率通常以有機物或特定污染物質(zhì)為準較合理。 有機負荷率：以BOD5為準，kg（BOD5或特定污染物質(zhì)）/（m3d）。 水力負荷率：以流量為準，m3(水)/m3(濾料) d 。影響生物濾池性能的主要因素負 荷 率 在低負荷條件下，隨著濾率的提高，污水中有機物的傳質(zhì)速率加快，生物膜量增多，濾床特別是它的表面很容易堵塞。 在高負荷條件下，隨著濾率的提高，污水在生物濾床中停留的時間縮短，出水水質(zhì)將相應(yīng)下降。影響生物濾池性能的主要因素回 流 回流利用污水廠的出水或生物濾池出水稀釋進水的做法稱回流，回流水量與進水量之比叫回流比?；亓鲗ι餅V池性

15、能的影響： （1）回流可提高生物濾池的濾率，它是使生物濾池負荷率由低變高的方法之一； （2）提高濾率有利于防止產(chǎn)生灰蠅和減少惡臭； （3）當進水缺氧、腐化、缺少營養(yǎng)元素或含有有害物質(zhì)時，回流可改善進水的腐化狀況、提供營養(yǎng)元素和降低毒物質(zhì)濃度； （4）進水的質(zhì)和量有波動時，回流有調(diào)節(jié)和穩(wěn)定進水的作用。影響生物濾池性能的主要因素供 氧 溫度差越大，通風條件越好；當水溫較低，濾池內(nèi)的溫度低于水溫時（夏季），池內(nèi)氣流向下流動；當水溫較高，池內(nèi)溫度高于氣溫時（冬季），氣流向上流動；若池內(nèi)外無溫度差，則停止通風；正常運行的生物濾池，自然通風可以提供生物降解所需的氧量，自然通風不能滿足時，應(yīng)考慮強制通風。

16、生物濾池中，微生物所需的氧一般直接來自大氣，靠自然通風供給。影響生物濾池通風的主要因素是濾床自然拔風和風速。自然拔風的推動力是池內(nèi)溫度與氣溫之差以及濾池的高度。生物濾池系統(tǒng)的功能設(shè)計 濾池類型和流程選擇濾池個數(shù)和濾床尺寸的確定二次沉淀池的形式、個數(shù)和工藝尺寸的確定布水設(shè)備的計算濾 池 類 型 的 選 擇 低負荷生物濾池現(xiàn)在已經(jīng)基本上不常用，僅在污水量小、地區(qū)比較偏僻、石料不貴的場合尚有可能使用。大多采用高負荷生物濾池兩種類型回流式塔式（多層式） 濾池類型的選擇，只有通過方案的比較，才能得出合理的結(jié)論。 占地面積，基建費用和運行費用的比較，常起關(guān)鍵作用。 流 程 的 選 擇 確定流程時要解決的問

17、題是否設(shè)初次沉淀池采用幾級濾池是否采用回流，回流方式和回流比的確定 當廢水含懸浮物較多，采用拳狀濾料時,須有初次沉淀池,以避免生物濾池阻塞。處理城市污水時,一般都設(shè)置初次沉淀池。 下述三種情況應(yīng)考慮用二次沉淀池出水回流：入流有機物濃度較高，可能引起供氧不足時；水量很小，無法維持水力負荷率在最小經(jīng)驗值以下時；污水中某種污染物在高濃度時，可能抑制微生物生長的情況下。生物濾池正式運行之后，有一個“掛膜”階段，即培養(yǎng)生物膜的階段。在這個始運行階段，潔凈的無膜濾床逐漸長了生物膜，處理效率和出水水質(zhì)不斷提高，終于進入正常運行狀態(tài)。當溫度適宜時，始運行階段歷時約一周。處理含有毒物質(zhì)的工業(yè)廢水時，生物濾池的運

18、行要按設(shè)計確定的方案進行，一般說來，這種有毒物質(zhì)正是生物濾池的處理對象，而能分解氧化這種有毒物質(zhì)的微生物常存在于一般環(huán)境中，無需從外界引入；但是，在一般環(huán)境中，它們在微生物群體中并不占優(yōu)勢，或?qū)@種有毒物質(zhì)還不太適應(yīng)，因此，在濾池正常運行前，要有一個讓它們適應(yīng)新環(huán)境、繁殖壯大的始運行階段，稱為“馴化掛膜”階段。 馴化掛膜方式：一種方式是從其他工廠廢水站或城市廢水廠取來活性污泥或生物膜碎屑,進行馴化，掛膜。另一種方式是用生活污水、城市污水、河水或回流出水代替部分工業(yè)廢水進行運行，運行過程中把二次沉淀池中的污泥不斷回流到濾池的進水中。1.8生物濾池的運行及其經(jīng)驗第二節(jié) 生 物 轉(zhuǎn) 盤2.1 生物轉(zhuǎn)

19、盤的凈化機理生物轉(zhuǎn)盤的凈化機理（1）當轉(zhuǎn)盤浸沒水中時，有機物被生物膜吸附；（2）當轉(zhuǎn)盤離開水面時，固著水層從空氣中吸收氧，固著水層氧過飽和，轉(zhuǎn)移到生物膜和污水中；（3）圓盤的攪動也使大氣中的O2進入水中（O2有兩部分來源）；（4）盤上的“生物膜”，與“水”及“空氣”間，交替接觸，進而去除BOD、COD，也有CO2、NH3等的傳遞。2.2 生物轉(zhuǎn)盤的特征生物轉(zhuǎn)盤的特征1、工藝特征（1）微生物濃度高，折成MLVSS可達40000-60000mg/l，效率高的主要原因。（2）耐沖擊負荷BOD值10000mg/l-10mg/l，均可適應(yīng)（3）不需要曝氣，污泥回流，及調(diào)節(jié)污泥量，不存在污泥膨脹，節(jié)能，易

20、于管理（4）生物有分級，污泥齡長，食物鏈長（5）流態(tài)：完全混合-推流式2、需注意的問題（1）進水方式進水方向與轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)方向一致，污水在槽中混合均勻水頭損失小，但剝落的膜不易隨水流出。進水方向和轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)方向相反，混合較差，水頭損失大，但剝落膜易流出。進水方式上無定論，主要取決于進水水質(zhì)2.3 生物轉(zhuǎn)盤處理系統(tǒng)的工藝流程與組合生物轉(zhuǎn)盤處理系統(tǒng)的工藝流程與組合1、需要有預(yù)處理調(diào)節(jié)池可小點（與活性污泥相比）2、高濃度有機廢水，中間設(shè)沉淀池3、轉(zhuǎn)盤的布置：單軸單級，單軸多級，多軸多級4、多極布置：盤片面積不變，能提高處理水水質(zhì)和DO含量2.4生物轉(zhuǎn)盤的流程 2.5生物轉(zhuǎn)盤的工作特點 （1）不需曝氣和

21、回流，運行時動力消耗和費用低； （2）運行管理簡單，技術(shù)要求不高； （3）工作穩(wěn)定，適應(yīng)能力強； （4）適應(yīng)不同濃度、不同水質(zhì)的污水； （5）剩余污泥量少，易于沉淀脫水； （6）沒有濾池蠅、惡臭、堵塞、泡沫、噪音等問題； （7）可多層立體布置； （8）一般需加開孔防護罩保護、保溫。 1954年在聯(lián)邦德國的Heilbronn建成世界上第一座生物轉(zhuǎn)盤污水處理廠。生物轉(zhuǎn)盤的主要組成部分2.6生物轉(zhuǎn)盤的構(gòu)造轉(zhuǎn)動軸盤片廢水處理槽驅(qū)動裝置 盤片：高強度、輕質(zhì)、耐腐蝕。 直徑：23m，轉(zhuǎn)速23r/min，間距2030mm。 受材料、污水與膜的接觸均勻性、外緣膜易脫落等影響，直徑不可能做大。生物轉(zhuǎn)盤的構(gòu)造 轉(zhuǎn)

22、動軸：具有足夠的強度和剛度，防止斷裂和撓曲。 直徑：50mm以上，長度0.57m。 處理槽：與盤片相吻合的半圓形或多邊形，凈空相距2050mm，設(shè)排泥和放空管。 驅(qū)動裝置： 機械驅(qū)動裝置； 空氣驅(qū)動裝置； 水輪驅(qū)動裝置。進進水水出出水水轉(zhuǎn)動抽轉(zhuǎn)動抽廢水處理槽廢水處理槽轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)盤 生物轉(zhuǎn)盤的主體是垂直固定在水平軸上的一組圓形盤片和一個同它配合的半圓形水槽。 微生物生長并形成一層生物膜附著在盤片表面，約40%50%的盤面（轉(zhuǎn)軸以下的部分）浸沒在廢水中，上半部敞露在大氣中。 工作時，廢水流過水槽，電動機轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤，生物膜和大氣與廢水輪替接觸，浸沒時吸附廢水中的有機物，敞露時吸收大氣中的氧氣。轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動,

23、帶進空氣,并引起水槽內(nèi)廢水紊動, 使溶解氧均勻分布。 生物膜的厚度約為0.52.0mm，隨著膜的增厚，內(nèi)層的微生物呈厭氧狀態(tài)，失去活性時使生物膜脫落，并隨同出水流至二次沉淀池。2.7生物轉(zhuǎn)盤的布置方式 2.8生物轉(zhuǎn)盤的新進展第三節(jié) 生物接觸氧化法 接觸氧化池構(gòu)造示例接觸氧化池構(gòu)造示例生物接觸氧化法1971年開始于日本污水浸沒全部濾料淹沒式生物濾池，或叫做“接觸曝氣法”接觸氧化法介于活性污泥與生物濾池之間的生物處理技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，深受重視 生物接觸氧化法是一種浸沒曝氣式生物濾池，是曝氣池和生物濾池綜合在一起的處理構(gòu)筑物，兼有兩者優(yōu)點。3.1生物接觸氧化法的特點 生物接觸氧化池的性能特征：

24、(1)具有較高的微生物濃度，一般可達1020g/L； (2)生物膜具有豐富的生物相，含有大量絲狀菌，形成了穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，污泥產(chǎn)量低； (3)具有較高的氧利用率； (4)具有較強的耐沖擊負荷能力； (5)生物膜活性高； (6)沒有污泥膨脹的問題。 缺點：濾床易堵塞和更換，運行費用較高。生物接觸氧化法的基本流程接觸氧化池的主要部分3.2生物接觸氧化池的構(gòu)造填料要求：比表面積大；空隙率大；水力阻力?。粡姸却?；化學和生物穩(wěn)定性好；能經(jīng)久耐用。填料池底布水布氣裝置池底用于設(shè)置填料、布水布氣裝置和支撐填料的柵板和格柵。布氣管可布置在池子中心、側(cè)面和全池。接觸氧化池外觀圖接觸氧化池外觀圖接觸氧化池反應(yīng)區(qū)的

25、構(gòu)造接觸氧化池反應(yīng)區(qū)的構(gòu)造酚醛樹脂蜂窩填料酚醛樹脂蜂窩填料3.3常用填料的類型正六角行蜂窩狀斜管正六角行蜂窩狀斜管聚乙烯蜂窩填料聚乙烯蜂窩填料聚乙烯蜂窩填料聚乙烯蜂窩填料軟性纖維填料軟性纖維填料半軟性填料半軟性填料半軟性填料半軟性填料軟性、復(fù)合填料軟性、復(fù)合填料組合填料組合填料立體彈性填料立體彈性填料立體彈性填料立體彈性填料漂浮填料漂浮填料SQC型絲球形懸浮填料型絲球形懸浮填料生物接觸氧化法填料新型的纖維網(wǎng)狀填料新型的纖維網(wǎng)狀填料生物填料框架生物填料框架框架與生物填料框架與生物填料框架與生物填料框架與生物填料新型的三維立體網(wǎng)狀填料新型的三維立體網(wǎng)狀填料掛膜后的網(wǎng)狀填料掛膜后的網(wǎng)狀填料反應(yīng)區(qū)曝氣

26、系統(tǒng)的布置反應(yīng)區(qū)曝氣系統(tǒng)的布置3.5曝氣裝置安裝 第四節(jié) 生物流化床4.1流態(tài)化原理 美國Ecolotrol公司19731975年研制成功的HyFlo生物流化床床層的三種狀態(tài)固定床階段 流化床階段 液體輸送階段 流態(tài)化原理 當液體以很小的速度流經(jīng)床層時，固體顆粒處于靜止不動的狀態(tài)，床層高度也基本維持不變，這時的床層稱固定床。固定床階段 上圖中的ab段：液體通過床層的壓力降p隨空塔速度v的上升而增加，呈冪函數(shù)關(guān)系，在雙對數(shù)坐標圖紙上呈直線。 上圖中的b點：液體濾速增大到壓力降p大致等于單位面積床層重量，固體顆粒間的相對位置略有變化，床層開始膨脹，固體顆粒仍保持接觸且不流態(tài)化。 流化床階段 當液體

27、流速大于b點流速，床層不再維持于固定狀態(tài)，顆粒被液體托起而呈懸浮狀態(tài)，且在床層各個方向流動，在床層上部有一個水平界面，此時由顆粒所形成的床層完全處于流化態(tài)狀態(tài)，這類床層稱流化床。 上圖中的bc段：流化層的高度h是隨流速上升而增大，床層壓力降p則基本不隨流速改變。 b點的流速vmin是達到流態(tài)化的起始速度，稱臨界流態(tài)化速度。臨界速度值隨顆粒的大小、密度和液體的物理性質(zhì)而異。 生物流化床中的載體顆粒表面有一層微生物膜，因此其流化特性與普通的流化床不同。 流化床床層的膨脹程度可以用膨脹率K或膨脹比R表示：流化床階段式中：v、ve分別為固定床層和流化床層體積。式中：h、he分別為固定床層和流化床層高度

28、。 在生物流化床中，相同的流速下，膨脹率隨著生物膜厚度的增加而增大，如右圖所示。一般K采用50200。 %1001vevKhhRe生物顆粒粒徑與生物顆粒粒徑與膨脹率的關(guān)系膨脹率的關(guān)系液體輸送階段 當液體流速提高至超過c點后，床層不再保持流化，床層上部的界面消失，載體隨液體從流化床帶出，這階段稱液體輸送階段。在水處理工藝中，這種床稱“移動床”或“流動床”。 上圖中的c點的流速vmax稱顆粒帶出速度或最大流化速度。 流化床的正常操作應(yīng)控制在vmin和vmax之間。 4.2流化床的類型 根據(jù)生物流化床的供氧、脫膜和床體結(jié)構(gòu)的不同，好氧生物流化床主要有兩種類型：兩相生物流化床三相生物流化床 兩相生物流化床三相生物流化床 三相流化床設(shè)備較簡單，操作亦較容易，此外，能耗也較二相流化床低。 三相生物流化床是氣、液、固三相直接在流化床體內(nèi)進行生化反應(yīng)，不另設(shè)充氧設(shè)備和脫膜設(shè)備，載體表面的生物膜依靠氣體的攪動作用，使顆粒之間劇烈摩擦而脫落。 三相