十一講好氧生物膜法生物流化床技術(shù)圖文

十一講好氧生物膜法生物流化床技術(shù)圖文第1頁/共29頁一、生物流化床的基本原理與特征1、載體顆粒流化原理載體顆粒的流化，是由于上升的水流(或水流與氣流)所造成的。三種狀態(tài)：1)固定狀態(tài)；2)流化狀態(tài)；3)流失狀態(tài)第2頁/共29頁2、生物膜與生物膜技術(shù)一些微生物群體固著、吸附于固體顆粒介質(zhì)的表面，它們由菌膠團和一些絲狀菌組成，其中有的是繁殖較迅速的異養(yǎng)性細菌，有的是增殖緩慢的自養(yǎng)性細菌（如硝化菌），形成由多種微生物組合的群體，它們在固體顆粒介質(zhì)表面生長與脫落，不斷更新，對有機污染物進行代謝降解反應，對氨氮進行硝化與反硝化反應。這種生長在固體介質(zhì)表面的微生物群體即為生物膜;近百年來，在利用生物膜凈化廢水方面發(fā)展了許多的構(gòu)筑物型式，如灑滴濾池、生物濾塔、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化池、生物土壤進化床、生物曝氣濾池等，利用它們的技術(shù)統(tǒng)稱為生物膜法技術(shù);將生物膜法技術(shù)與流態(tài)化技術(shù)結(jié)合在一起就產(chǎn)生一種新型的高效廢水處理技術(shù)，這就是生物流化床技術(shù)。生物流化床技術(shù)分為好氧生物流化床技術(shù)和厭氧生物流化床技術(shù)。第3頁/共29頁3、好氧生物流化床的基本原理與特征在懸浮固體顆粒生物膜反應器內(nèi)，懸浮固體顆粒載體（通常粒徑為0.2-0.5mm)上生長的微生物形成生物膜。（1）在好氧生物流化床反應器中進行著復雜的反應過程，包括：①基質(zhì)從液相轉(zhuǎn)移至生物膜表面；②基質(zhì)在膜內(nèi)傳遞；③氧的擴散與傳輸；④膜內(nèi)進行好氧生物化學反應。第4頁/共29頁（2）生物膜的形成與生長好氧生物流化床反應器內(nèi)生物膜的形成過程包括固體介質(zhì)表面微生物的吸附、成長及脫落等過程，這是一個動態(tài)的水動力學與生化代謝的綜合過程。載體體積和有機負荷越高，越容易生成較厚的生物膜，但不一定比較薄的生物膜其活性就高。載體的性質(zhì)與濃度對掛膜的作用也十分重要。載體顆粒表面粗糙比表面光滑更容易形成生物膜。有的僅20％的載體上生長有生物膜，卻仍具有較穩(wěn)定的凈化能力。反應器內(nèi)的劇烈的水力運動使膜的生長密度增加，使膜變得致密。生物膜內(nèi)部往往生長著世代周期長、生長緩慢的細菌，如自養(yǎng)型細菌、硝化細菌等，而膜的外層往往生長著生長迅速的異養(yǎng)型細菌。液體的pH值與溫度等因素與膜的形成及生長也有密切關系。第5頁/共29頁（3）生物膜的脫落生物膜的形成、生長、成熟與脫落，在流化床穩(wěn)態(tài)運行過程中會自動達到平衡。膜的脫落對膜的厚度、膜的擴散梯度、膜的組分、膜中微生物的分布規(guī)律及不同類型微生物的增長起重要作用。流化床內(nèi)生物膜的脫落既有物理過程又有生物、生化過程。第6頁/共29頁涉及的物理過程有：①水力剪切引起的剝蝕，使生物膜連續(xù)地從載體表面脫落并去除；②載體顆粒之間的碰撞與摩擦，使覆蓋的生物膜脫落；③由于生物膜的老化、礦化而使老膜掉皮而脫落。第7頁/共29頁屬于生物、生化過程的有：①原生動物吞食細菌，使生物量不斷減少；②快速生長的微生物往往在膜的外層占優(yōu)勢，而慢速生長的微生物往往處于膜的深處，此類微生物受供氧的限制比外層微生物更為顯著。膜的脫落為膜內(nèi)微生物進行不同代謝過程創(chuàng)造了條件，有利含碳、氮污染物的去除。第8頁/共29頁二、生物流化床的工藝類型根據(jù)供氧和脫膜方式及床體結(jié)構(gòu)等的不同，可分為：兩相生物流化床（體外充氧的流化床）三相生物流化床（傳統(tǒng)的三相好氧流化床、外循環(huán)三相好氧流化床、內(nèi)循環(huán)三相好氧生物流化床）第9頁/共29頁1、兩相生物流化床在生物流化床外設充氧設備和脫膜設備，在床體內(nèi)只有液、固兩相；進入反應器之前，廢水中的DO可達8~9mg/l(以純氧為氣源時，可達30~40mg/l)。第10頁/共29頁2、三相生物流化床直接向反應器內(nèi)充氧，床體內(nèi)有氣、固、液三相共存；氣體攪動劇烈，載體顆粒之間摩擦劇烈，可使表層的生物膜自行脫落，因此，一般無需體外脫膜裝置。第11頁/共29頁2、三相生物流化床第12頁/共29頁2、三相生物流化床第13頁/共29頁工程實例高效內(nèi)循環(huán)流化床（4組）高效內(nèi)循環(huán)流化床（2組）第14頁/共29頁三、生物流化床的構(gòu)造反應器載體布水裝置充氧裝置脫膜裝置第15頁/共29頁1、反應器：一般呈圓柱狀；高徑比一般采用3~4:1；若采用內(nèi)循環(huán)三相生物流化床時，升流區(qū)截面積與降流區(qū)面積之比應在1左右。第16頁/共29頁2、載體主要性能：①比重略大于1；②表面比較粗糙；③對微生物無毒性；④不會與廢水中的物質(zhì)發(fā)生反應；⑤價廉易得。常用載體有：砂粒、無煙煤、焦炭、活性炭、陶粒及聚苯乙烯顆粒；生物固體濃度與載體投加量有直接關系。第17頁/共29頁3、布水設備對兩相生物流化床，布水均勻十分關鍵；對三相生物流化床，由于有氣體的攪拌，布水設備不十分重要。第18頁/共29頁4、脫膜裝置一般三相生物流化床不需設置專門的脫膜裝置在兩相生物流化床系統(tǒng)中常設的脫膜裝置有：①振動篩②葉輪脫膜裝置③刷式脫膜裝置第19頁/共29頁優(yōu)點及問題：1）生物濃度高(10~20g/l)，容積負荷高(7~8kgBOD5/m3.d以上)，水力停留時間可大大縮短，基建費用較?。?/p>

2）傳質(zhì)性能良好。流化態(tài)的載體顆粒和巨大的氣液固相的傳質(zhì)面積使速率大大提高，甚至可趕上生化反應速率，從而使后者成為限速因子。特別當采取高效充氧時，可使流化床具有很高的處理效率；

3）無污泥膨脹或堵塞，氣、固、液相的劇烈翻滾，促進生物膜的形成、生長、成熟與脫落過程加劇，使膜的更新快、活性強；

4）液、固、氣相分離容易、迅速

5）能適應不同濃度范圍的廢水和較大的沖擊負荷；

6）由于容積負荷和床體高度較大，占地面積較小，可節(jié)省基建投資。第20頁/共29頁不足之處1）能耗較高（為維持床內(nèi)流化）；2）載體顆粒粒徑不均勻，易出現(xiàn)分層現(xiàn)象；3）管理要細微；4）技術(shù)要求較高，工程設計和實際運行有一定難度。第21頁/共29頁三、設計方法1、選擇載體種類、確定技術(shù)參數(shù)（1）載體的種類石英砂、人工載體（聚苯乙烯小球等）；（2）載體顆粒的粒徑。容易流化，運行能耗省；（3）載體的級配為使床內(nèi)載體分布均勻，使水動力學狀況良好，床內(nèi)生物量分布均勻，合理，要求高度的級配一致。最大粒徑與最小粒徑之比小于2；（4）載體顆粒的性狀。盡量接近球形，表面粗糙；（5）載體顆粒的質(zhì)量。保證不易隨出水外逸，又要節(jié)省運行能耗，有利于傳質(zhì)；（6）載體的強度載體應具有足夠強度，承受摩擦、侵蝕、碰撞的能力強，不易磨損；（7）載體生物膜厚最好控制在100－200μm,以120－140μm為佳。第22頁/共29頁2、反應器的計算由于流化床的結(jié)構(gòu)，特別是三相分離裝置，對一些公司和開發(fā)研究者均屬專利，其設計方法及型式構(gòu)造各家迥異，遠未規(guī)范化、定型化。介紹一下它的計算順序和相關的概念。第23頁/共29頁計算順序（1）計算進入流化床反應器的有機負荷；（2）初選反應器的容積負荷；（3）求得反應器的容積；（4）選擇、確定水力停留時間HRT；（5）計算降流區(qū)液體循環(huán)流量；（6）計算循環(huán)比，它是降流區(qū)的流量與廢水的總流量；（7）求出降流區(qū)容積；（8）計算反應器的橫截面及直徑；（9）從液體上升流速求得升流區(qū)橫截面積；（10）求得降流區(qū)橫截面積。第24頁/共29頁3、若干技術(shù)參數(shù)的推薦值有機負荷荷蘭的生物流化床生產(chǎn)性裝置對高濃度工業(yè)廢水的實際負荷可達18.8-23.5kgCOD/(m3.d)，其生物量可達20－40g/L；國內(nèi)對一些較復雜的工業(yè)廢水的有機負荷一般為8－11kgCOD/(m3.d).慎重選用。對于生活污水，國內(nèi)外的實驗結(jié)果顯示有機負荷為5－11kgCOD/(m3.d）。第25頁/共29頁3、若干技術(shù)參數(shù)的推薦值床內(nèi)生物量最大達40g/L，一般6－20g/L為易；載體量最大達200/L，一般為50－100g/L.污泥產(chǎn)率0.24-0.38kgVSS/(去除kgCOD);污泥齡1.3-2.7d；澄清區(qū)上升流速0.3mm/s;氧利用率10％－30％；出水DO≥2.0mg/L;沖擊負荷COD2000mg/L,最大達9000mg/L，流化床均能忍受，并很快恢復正常運行;能耗變化較大，有的廢水達4.8-9.6kW.h/(去除kgBOD5);HRT30-40min；氣水比約10：1第26頁/共29頁四、生物流化床的科研成果與工程應用實例1、生產(chǎn)性規(guī)模應用實例北京市環(huán)科院于1993年設計，建造了生產(chǎn)性射流曝氣型三相生物流化床，處理廢水量600m3/d，處理對象為度假村的生活廢水。設計有兩座流化床。載體為石英砂。膜厚137μm時，BOD5去除率達90％，COD去除率為75%.荷蘭Gist-brocadesN.V.公司的生產(chǎn)性內(nèi)循環(huán)三相好氧生物流化床工程在3L容積的反應器的實驗室基礎上放大成生產(chǎn)性規(guī)模流程。反應器總?cè)莘e為300m3,分為兩座。遼寧錦州煉油廠廢水處理工程撫順石油化工研究院在三相好氧生物流化床試驗基礎上，在錦州煉油廠進行了工業(yè)裝置的實驗研究（1982－1984年）。以砂為載體，床的BOD5容積去除負荷達3.86-15.3kgBOD5/(m3.d),HRT為28.8-64.8min，去除負荷為活性污泥法的5－8倍?？諝庵醒醯睦寐蕿榛钚晕勰喾ǖ?－8倍。第27頁/共29頁2、生物流化床的實驗室及半生產(chǎn)性試驗研究實例與研究成果清華大學環(huán)境系采用內(nèi)循環(huán)三相好氧生物流化床工藝處理丙烯酸廢水、石油廢水、抗生素制藥廢水的中試研究。