1. 前言

隨著人類文明進(jìn)程的不斷深化，資源短缺問題日益凸顯，已經(jīng)逐漸成為制約人類發(fā)展的瓶頸，被稱為生命之源的水資源尤甚，節(jié)水早已成為世界各國的普遍共識。生活污水、工業(yè)廢水的回收和重復(fù)利用是解決水資源短缺問題的行之有效的方法之一。20世紀(jì)后期至今以來，污水處理事業(yè)取得了長足的進(jìn)步，污水處理大多采用生化法，其技術(shù)成熟、運行經(jīng)濟(jì)可靠、處理能力強(qiáng)、出水水質(zhì)好。國內(nèi)、外的研究表明，在生化處理工藝中，生物流化床技術(shù)以其表面積巨大、傳質(zhì)高效、污泥負(fù)荷和容積負(fù)荷高、抗沖擊能力強(qiáng)、生物活性好、占地面積少等優(yōu)點成為近年來研究的熱點。

本文針對生物流化床污水處理技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，對其工藝進(jìn)行簡要介紹，并總結(jié)其研究現(xiàn)狀，指出未來的研究方向，為生物流化床技術(shù)更大規(guī)模的工程應(yīng)用創(chuàng)造條件。

2. 生物流化床工藝簡介

2.1 生物流化床的發(fā)展歷史

20世紀(jì)30年代最先有人提出在懸浮床、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[1]。70年代繼流化床技術(shù)在化工領(lǐng)域廣泛應(yīng)用之后，人們開始將其應(yīng)用到廢水處理上[2]。1971年Robertl等人發(fā)現(xiàn)被活性炭吸附的廢水中的有機(jī)物大都能被微生物所分解。此后，美、英、日等國對生物流化床技術(shù)進(jìn)行了大量的研究試驗工作。1973年美國Jeris Johns等人成功開發(fā)出用于去除BOD5和NH3-N的硝化處理的厭氧生物流化床技術(shù)，并申請了專利。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[3]。日本于70年代中期開始研究，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。1993年日本Hokkaido大學(xué)的學(xué)者報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)[4]。在工程實踐中，以好氧流化床降解含22種酚和氮雜環(huán)、芳香胺的廢水[5]，以純氧為氧源的生物流化床降解含多氯代酚的地下水[6-7]，生物流化床處理酵母廢水[8]，垃圾填埋場浸出液中難降解有機(jī)污染物的處理[9]，在顆�；钚蕴苛骰仓�2，4，6-三氯代酚的厭氧降解[10]，流化床生物膜反應(yīng)器系統(tǒng)處理湖水中的藻類[11]等均取得了滿意的效果。

近年來，我國也對生物流化床進(jìn)行了不少的試驗研究工作，在石化廢水[12]、印染廢水[13]、制藥廢水[14]等的試驗中均取得了良好的效果。

2.2生物流化床的作用機(jī)理

生物流化床以砂、活性炭、焦炭、陶粒、沸石、磁環(huán)、玻璃珠、多孔球以及橡膠粒等高分子聚合物等材料為載體，充填在床內(nèi)，載體表面被覆著生物膜，其質(zhì)變輕，污水以一定流速從下向上流動，使載體處于流化狀態(tài)。載體顆粒小，比表面積大，生物量大。載體處于流化狀態(tài)，污水從其下部、左、右側(cè)流過，廣泛而頻繁多次地與生物膜相接觸，同時載體顆粒之間互相磨擦碰撞而強(qiáng)化傳質(zhì)過程和生物膜的活性，從而使污水中的有機(jī)物在生物膜的吸附降解作用下得以去除。

2.3生物流化床的工藝類型

傳統(tǒng)的生物流化床按照耗氧形式的不同可分為厭氧流化床、好氧流化床和兼氧流化床；好氧流化床按照床內(nèi)物相的不同可分為二相流化床和三相流化床；好氧流化床按循環(huán)方式的不同又可分為內(nèi)循環(huán)流化床和外循環(huán)流化床[15]。

為使生物流化床發(fā)展成為高效、低耗、連續(xù)處理大量廢水的新型反應(yīng)器，國內(nèi)外又研究開發(fā)了一些新型生物流化床反應(yīng)器。如磁場生物流化床，厭氧—好氧復(fù)合式生物流化床，固定床—流化床生物反應(yīng)器，好氧流化床—接觸氧化床復(fù)合反應(yīng)器，厭氧甲烷發(fā)酵流化床膜反應(yīng)器，三重環(huán)流生物流化床等等。

3.生物流化床的研究現(xiàn)狀

3.1生物載體研究

李探微等采用氣提式循環(huán)流化床反應(yīng)器處理污水，對爐渣、焦碳、塑料顆粒進(jìn)行了載體實驗比較。結(jié)果表明，塑料顆粒較易流化，但稍有流失；載體掛膜效果，焦碳略優(yōu)于爐渣，塑料效果最差；有機(jī)物降解作用，焦碳、爐渣兩者的COD去處率相當(dāng)，塑料效果最差。李探微等還考察了不同級配的載體對床內(nèi)氧傳質(zhì)的影響。結(jié)果表明，載體中投配部分大顆粒，有利于氧在水中的轉(zhuǎn)移；反應(yīng)器條件不同，最佳顆粒尺寸級配也不相同。

蔡建安等發(fā)現(xiàn)，在氣升式流化床反應(yīng)器中使用粗粒焦碳與細(xì)粒石英砂組成的混合載體來處理廢水，有良好的效果。與單一載體相比，不同粒徑級配的混合載體容積負(fù)荷高，不易流失，有利于載體掛膜和氧的轉(zhuǎn)移傳質(zhì)，可降低曝氣能耗。

Edwards在研究生物流化床處理高濃度化工廢水時發(fā)現(xiàn)，顆粒活性炭流化床比以砂粒作載體的流化床具有更高的抗COD 沖擊負(fù)荷的能力，也能更迅速地啟動。

3.2 生物膜特性研究

Kargi等對生物流化床進(jìn)行了理論分析，認(rèn)為生物膜有一個最理想的厚度可以使廢水中污染物的去除效率最高。

周平等也對生物膜厚度對流化床反應(yīng)器處理性能的影響進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)載體生物膜較薄時，雖然膜內(nèi)傳質(zhì)阻力較小，但由于此時生物濃度也較低，故處理效果較差，出水濃度較高；而當(dāng)載體生物膜較厚時，一方面由于膜內(nèi)傳質(zhì)阻力較大，另一方面由于為維持床高而排出的載體量過大，導(dǎo)致床內(nèi)生物濃度下降，故處理效果也不好，出水濃度較高。

Ruggerit等以砂子和玻璃這兩種不同的載體來測定最佳生物膜活性的影響因素，結(jié)果發(fā)現(xiàn)生物膜活性受到液一固傳質(zhì)及載體的粗糙性的強(qiáng)烈影響。

潘濤等通過工業(yè)規(guī)模的三相生物流化床試驗，探討了載體表面生物膜厚度與有機(jī)物去除速率、容積負(fù)荷及污泥濃度等傳統(tǒng)參數(shù)之間的必然聯(lián)系，證實了生物膜厚度是描述反應(yīng)器行為的關(guān)鍵參數(shù)，揭示了三相生物流化床高處理效率的實質(zhì)是微生物濃度高。

3.3高濃度、難降解有機(jī)廢水處理中的應(yīng)用研究

鄭禮勝等[16]人在利用好氧生物流化床處理生活污水的中試中，平均去除COD容積負(fù)荷達(dá)10.4kg/（m³·d）。

王志盈等[17]報道，采用下向流內(nèi)循環(huán)生物流化床反應(yīng)器，在0.5~1.0mg/L溶解氧下，NH3-N由進(jìn)水時的300mg/L降低至<20mg/L，去除率高達(dá)90%。

葉正芳等[18]用曝氣生物流化床對煤氣化廢水進(jìn)行處理，研究發(fā)現(xiàn)，對平均值為COD 3450 mg/L、NH₃—N 451 mg/L、揮發(fā)酚為177 mg/L的煤氣化廢水，經(jīng)過ABFB處理后，其出水降為COD 57.7 mg/L、NH₃-N 0.285 mg/L、揮發(fā)酚0.434 mg/L，其運行效果好、運行穩(wěn)定、抗種擊負(fù)荷強(qiáng)是一種先進(jìn)的永處理技術(shù)。

陳怡等[19]進(jìn)行了曝氣生物流化床（ABFT）技術(shù)在氨氮廢水和高濃度有機(jī)廢水治理上的應(yīng)用研究，結(jié)果表明，石油類、揮發(fā)酚、SS、COD、氨氮和硫化物的去除率分別達(dá)到77.8%、97.2%、66.77%、89.03%、99.9%、97.5%，有效地解決了含高濃度氨氮、硫化物、揮發(fā)酚等廢水的治理難題。

4.生物流化床的發(fā)展趨勢

生物流化床有比表面積大、微生物濃度高、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)等諸多優(yōu)點。

隨著廢水處理技術(shù)的不斷發(fā)展，生物流化床在各種廢水處理上應(yīng)用的也越來越廣泛，高效、低耗和處理難降解高濃度有機(jī)物廢水是生物流化床的發(fā)展方向之一。然而，在微污染水的處理方面，國內(nèi)的研究尚處于起步階段，這也必將成為今后的一大研究趨勢。

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