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内循环三相生物流化床处理麦草浆中段废水的研究 摘要 内循环三相生物流化床是近年国内外发展起来的一项废水生物 处理新工艺，与传统活性污泥法相比内循环三相生物流化床具有处 理能力强、处理效果好、受气温影响小、耐冲击负荷、工艺流程简 单和菌群结构合理等优点。本课题就目前碱法草浆中段废水存在的 主要问题，提出采用内循环三相生物流化床处理工艺处理麦草浆中 段废水。本实验设计制作了内循环三相好氧流化床试验装置，对载 体进行选择，对内循环三相好氧流化床充氧性能和反应器处理草浆 中段废水的运行进行了系统的试验研究。以大量的数据和理论分析 作为依据，为麦草浆中段废水的处理，提供了一种新选择。 本实验设计并制作了圆形导流筒、圆形外壁结构的内循环三相生 物流化床，设计参数为总高度1310 m m ，直径14 0 m m ，导流筒高度 9 0 0 m m ，直径1 0 0 8 m m 有效容积2 8 3 l 。 实验以测定反应器充氧能力开始，分别在不同温度、供气量条件 下的标准氧总转移系数，肯定了设计的合理性。 分别以焦炭和棒状活性炭为载体，采用封闭挂膜法，在供气量 6 0 0 l h 进水c o d 浓度1 0 0 0 m g l 的条件下，缓慢加大进水。实验分 别持续2 5 天左右，期间测定c o d 去除率，生物膜量和悬浮生物量， 通过实验期问的观察和综合比较，认定棒状活性炭作为载体较为适 日。 在选定棒状活性炭作为载体后，采用自行摸索的挂膜方法，以城 市污水处理厂氧化沟污泥为接种污泥，进行挂膜驯化。随着挂膜盼 不断进行，逐步增大水力负荷和麦草浆中段废水比例，使得微生物 驯化。并且用显微镜观察了内循环三相生物流化床中生物膜生长情 况，发现载体表面微生物相丰富。证明了挂膜和驯化的成功。整个 过程19 天左右，挂膜驯化结束时c o d 去除率为7 5 ，悬浮生物量 为8 5 0 m g l 。 考察了内循环三相生物流化床处理麦草浆中段废水的主要影响 因素，即水力停留时间( h i h ) 和供气量的研究。实验发现在正常水力、 水质条件下的最佳工作条件为：水力停留时间( h r t ) 6 小时，供气量 为1 5 0 0 l h 。在最优工作条件下，进行麦草浆中段废水连续运行实验， 测定出氧的利用率为o 5 7 。分别改变进水水质负荷和水力负荷，研 究它们对内循环三相生物流化床运行及处理效果的影响，实验结果 表明流化床能承受水质负荷和水力负荷的冲击，并且能较快地恢复 正常工作状态。通过红外光谱研究流化床脱色机理，说明了废水中 有部分带苯环物质被去除。最后，采用幅流式沉淀池，解决了出水 悬浮污泥的问题，并且找出了实验过程中的泡沫多和生物膜脱落的 处理办法。 关键词：内循环三相生物流化床，挂膜驯化，标准氧转移系数，麦 草浆中段废水 i l s t u d yo nt r e a t m e n to fw a s t e w a t e rf r o mw h e a t s t r a w p u l l w i t hi n n e rc i r c u l a t i o nt h r e ep h a s ebiologicaluli n n e r - c i r c u l a t i o nt l l r e e - 1 1 a s ed 1 0 1 0 r i c a l f l u i d i z e db e d a b s t r a c t t h ei n n e r c i r c u l a t i o nt h r e e - p h a s eb i o l o g i c a f l u i d i z e db e di san e w w a s t e w a t e rt r e a t m e n ti nt h e s ey e a r sa th o m ea n da b r o a d c o m p a r i n gt o t r a d i t i o n a la c t i v i t e d s l u d g ep r o c e s s ，t h e r e a r em a n ya d v a n t a g e s ，f o r e x a m p l e ，s t r o n g e ra b i l i t y ，b e t t e re f f e c t ，s m a l l e ra f f e c tb ya i rt e m p e r a t u r e ， b i g g e rc a p a c i t y t ol o a d ，s i m p l e rf l o w ，c o n f i g u r a t i o no fb a c t e r i u mg r o u p a n ds oo n a i m i n ga tt h e p r o m b l e sw h i c he x i s t i nw a s t e w a t e rf r o m a l k a l i n es t r a wp u l p ，t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dt h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n t w i t hi n n e r c i r c u l a t i o nt h r e e p h a s eb i o l o g i c a lf l u i d i z e db e d s ot h i s e x p e r i m e n td e s i g n sa n de l a b o r a t e s l a b o r a t o r i a le q u i p m e n t ，t oc h o o s e c a r r i e r s ，t o r e s e a r c h t h e c a p a b i l i t y o f s u p p l yo x y g e n a b o u t i n n e r c i r c u l a t i o nt h r e e p h a s eb i o l o g i c a lf l u i d i z e db e da n dc i r c u l a t i v e c o n d i t i o no ft h er e a c t o r a c c o r d i n gt op l e n t i f u ld a t a sa n dt h e o r e t i c a l a n a l y s i s ，i to f f e r san e wc h o o s ef o rt h et r e a t m e n to fw a s t e w a t e rf r o m w h e a ts t r a wp u l p t h ei n n e r c i r c u l a t i o n t h r e e p h a s eb i o l o g i c a l f l u i d i z e db e di s d e s i g n e da n de l a b o r a t e di nt h ee x p e r i m e n t ，w h i c hh a v ear o u n dd r a f t t u b ea n dar o u n de k t e x i n es t r u c t u r e t h ep a r a m e t e r sa r ea l s od e s i g n e d ， t h e r e i n t o ，t o t a lh e i g h ti s 1310 m m ，d i a m e t e ri s14 0 m ma n dc u b a g ei n e f f e c ti s2 8 3 l h e i g h to fd r a f tt u b ei s9 0 0 m m ，a n di t sd i a m e t e ri s 1 0 0 8 m m s t a r t e dw i t hm e a s u r a t i o no ft h er e a c t o r so x y g e nt r a n s f e rr a t e ，t h e s t a n d a r dt o t a l t r a n s f e r a b l ec o e f f i c i e n to f o x y g e n i nd i f f e r e n t t e m p e r a t u r ea n da i rf e e dc a p a c i t y , t h ee x p e r i m e n ta f f i r m st h ed e s i g no f r e a c t o r sr a t i o n a l i t y u s i n gc o k e a n dv i r g u l a t ea c t i v ec a r b o na sc a r r i e r s ，b ym e a n so f h a n ga f i l mc l o s ei n ，t h ec a p a c i t yo fi n f l u e n ti si n c r e a s e dg r a d u a l l y i i i w h e na i rf e e dc a p a c i t yi s6 0 0l ha n di n f l u e n tc o di sl0 0 0 m g l t h e e n t i r ee x p e r i m e n ti sl a s t e do u t2 5d a y s ，d u r i n gt h i st i m e ，t h er e m o v a l r a t eo fc o d ，q u a n t i t i e so fb i o f i l ma n ds u s p e n d e dc r i t t e rm u s tb et e s t e d b yw a yo fo b s e r v a t i o na n dc o m p a r e ，i t sc o g n i z a n c e dt h a tv i r g u l a t e a c t i v ec a r b o ni sm u c hm o r ea p p r o p r i a t et h a nc o k ea sc a r r i e r s a f t e rt a k i n gv i r g u l a t ea c t i v ec a r b o na sc a r r i e r ，d o m e s t i c a t i o n o f h a n gf i l mi sp u tu p ，w h o s ei n o c u l a b l es l u d g ei sf r o mc i t ys e w a g ep l a n t i nw h i c ht h e r ei sa no x i d a t i o nd i t c h a l o n gw i t hh a n gf i l m sp r o g r e s s c o n t i n u o u s l y ，w a t e rl o a da n dt h ep r o p o r t i o no fw a s t e w a t e rf r o mw h e a t s t r a wp u l pi si n c r e a s e d a n d t h r o u g h i n g o b s e r v a t i o no fg r o w t h c o m p l e x i o no fc r i t t e rf i l m ，i ti s a s l od i s c o v e r e dt h a tm i c r o o r g a n i s mo f c a r r i e re x t e r i o ri sa b u n d a n c e s of i l mh a n g e da n dd o m e s t i c a t i o ns u c c e e d e n t i r ep r o c e s sg o e st h r o u g h19d a y s ，a n dt h er e m o v a lr a t eo fc o di s 7 5 a n ds u s p e n d e dc r i t t e rq u a n t i t yi s8 5 0 m g lw h e nf i l mh a n g e da n d d o m e s t i c a t i o ne n d e d t h e p a p e rr e v i e w s t h em o s t l yf a c t o r sw h e ni n n e r c i r c u l a t i o n t h r e e p h a s eb i o l o g i c a lf l u i d i z e db e di su s e dt od e a lw i t hw a s t w a t e rf r o m w h e a ts t r a wp u l p ，n a m e l yh y d r o d y n a m i cr e t e n t i o nt i m e ( h r t ) a n da i r f e e dc a p a c i t y i ti sd i s c o v e r e dt h a tt h eb e s tc o n d i t i o n sa r eh r t6 h ，a i r f e e dc a p a c i t y150 0 l hi nn o r m a lw a t e rp o w e ra n dw a t e rq u a l i t y u n d e r t h em o s te x c e l l e n tc o n d i t i o n s ，w a s t e w a t e rf r o mw h e a ts t r a wp u l pi s c i r c u l a t e d c o n t i n u o u s l y a n di ti st e s t e dt h a t p e r c e n t o f o x y g e n u t i l i z a t i o ni s0 7 5 t h er e s u l ti n d i c a t e st h a tf l u i d i z e db e dh a sa c a p a c i t yt oc o n c u s s i o no fw a t e rq u a l i t ya n dw a t e rp o w e rl o a da f t e r c h a n g i n gw a t e rq u a l i t ya n dw a t e rp o w e rl o a dr e s p e c t i v e l y a tt h es a m e t i m e ，t h er e a c t o rc a ng e ti t sb r e a t ha g a i nq u i c k l y d e c o l o rm e c h a n i s m o f f l u i d i z e db e db yt h em e a n so fi n f r a r e ds p e c t r u me x p l a i n st h a ts o m eo f t h es u b s t a n c e sw h i c hh a v ep h e n y l si sr e m o v e d a tl a s t ，t h ep r o m b l eo f e f f i u e n tw i t hs u s p e n d e ds l u d g ei sr e s o l v e d ，a n dt h em e a s u r e st os o l v e f o a ma n dt h ep r o m b l eo fc r i t t e rf i l m sf a l l i n go u ta r ef o u n do u t k e y w o r d s ：i n n e r c i r c u l a t i o nt h r e e p h a s eb i o l o g i c a lf l u i d i z e db e d ，f i l m h a n g e dd o m e s t i c a t i o n ，t h es t a n d a r dt r a n s f e r a b l ec o e f f i c i e n to fo x y g e n ， w a s t e w a t e rf r o mw h e a ts t r a wp u l m i v b f b s a b f b s c o d b o d r d o a o x d o c c s 6 v w l j l c h l w h r d r s ， c a 符号说明 生物流化床 好氧生物流化床 化学需氧量，m g l 生物需氧量，m g l 回流比 溶解氧，m g l 可吸附有机卤化物，m g l 可溶性有机物，m g l 机质浓度 膜的活性厚度 流化床有效容积，m 3 每天需处理污水量，m 3 进入流化床污水的b o d 浓度，m g l 设计流化床出水的b o d 浓度，m g l 容积负荷，k g b o d m 3 - d 导流筒高度，m m 反应器直径，m m 升流区气相含率 降流区气相含率 v a r a d d t h s h l d k l a k l a s 升流区面积，m 2 降流区面积，m 2 导流简直径，m m 底隙高度，m m 导流筒上方液面高度，m m 扩大区直径，m m 氧总转移系数，h 。1 标准氧总转移系数，h j 内循环三相生物流化床处理麦草浆中段废水的研究 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 磷， 日 期：2 q q 星生篁基 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权陕西科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学 位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供 信息服务。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：魅导师签名：辽董堕翌日期：2 q q 世旦 内循环三桷生物流优床处理麦莩浆孛段废水豹研究 1 绪论 1 1 生物流化床的发展 生物流化床是将流态化技术移植到废水生物处理领域丽开发出来的新工 艺技术f 。生物流化床技术的开发始于2 0 世纪7 0 年代，巍时一些科学家欲改善 废水生物处理构筑物的净化效率，以使容积更小，占地面积更少( 2 1 。他们发现 若采用砂或其他表面粗糙的细小颗粒作为支持生物质生长填料的生物反应器， 废水处理效率可以比传统的生物处理法大大提高【3 1 。 美丽和日本首先开仓l j 了生物流化床( b i o l o g i c a lf l u i d i z e db e d s 简称b f b s ) ， 对污水进行深度处理( 硝化、脱氮) ，随后又应用于污水的二级处理( 有机物氧化、 部分硝化) 。b f b s 具有效率高，占地少，投资省等优点，引起了人们很大的兴 趣f 4 】p 1 。 v ， 1 9 7 5 年j e r i s 和o w e n s 首先应用b f b s 技术反硝纯完全硝他了的废水，焉 来他们一起又把b f b s 技术应用于沉淀污水的有机物氧化和硝化。19 9 0 年 m a c d o n a l d 也报道了b f b s 应用于反硝纯的实际运行参数和经验堪】。 1 9 7 3 19 7 5 年，美国e c o l o t r o 公司通过三年的研制形成了应用于二、三级处理 的生物流讫床互艺。经初次沉淀池处理看的城市污水，在生物流化床审处理蜃 出水达到二级要求。 1 9 8 4 一量9 8 5 年美豳通用汽车公司对好氧生物流亿床法( a e r o b i cb i o l o g i c a l f l u i d i z e db e d s 简称a b f b s ) 作了大量的中试研究。根据这些研究结果，他们在 豳个工厂以处理金属工艺工业废永和环卫污水为疆的，设计了卡座a b f b s 。这 些流化床反应器的体积为6 0 。7 3 0 m j 设计这些实际运行的流化床是建立在7 7 1 个中试流化床的运行结果的基础上的。1 9 9 0 年s u t t o n 等入就a b f b s 的实际运 行结果和试验场运行结果比较，以便弄清a b f b s 从中试到生产实际运行时按 比例放大的影响。 通用汽车公司研究a b f b s 的中试场主要部分是装有硅砂填料的反应器。 反应器横断面为0 0 2 l m 2 ，出水高度3 7 m 膨胀滤床高度通过人王去除长有生物 群的砂来控制。连续快速混合来剥脱过多的生物量( 在填料、生物群分离器中 进行，分离出的砂流到反应器中。每个反应器流化滤层以上装有溶解氧探测 仪用于显示溶解氧，通常流化层以上保持d 0 1 8 m g l 。反应器中p h 值和温度 控制在6 。9 7 。5 和2 0 2 8 。a b f b s 碳氧化的中试结果表明：流化床水力停留时 间3 小时，经预处理的金属工艺废水中的9 0 b o d 5 可被去除，但是大部分黪 陕西科技大学硕士学位论文 难生物降解或不能生物降解有机物限制了c o d 的去除。试验期间投加到反应 器中的b o d 浓度为5 5 0 1 2 6 0 m g l ，相应的c o d 为6 0 0 2 3 0 0m g l ，反应器出 水中不可生物降解的c o d 大约4 0 0 8 5 0 m g l ，二级a b f b s 用于碳氧化和硝化 二级a b f b 获褥完全硝化的水力停黧时间为6 小时p 】。 据文献报道，a b f b s 的水力停留时间短，而对有机物氧化和氨氮的硝化效 果好，这主要有两个方面的原因。其一，a b f b s 的大部分生物群是附着生长在 圆体填料表面，水力停留时间短并不影响固体停留时间，也就是s r t 可以很 长，生物浓度很高。卷于微生物菌胶团能迅速氧化分解可生物降解的有机物及 硝化反应速度很快，生化反应时间远小于水力停留时间，因此从根本上说水力 停留时间并不能直接影响反应效果：而微生物浓度高则单位体积、单位时间内 的微生物消耗的基质量也高，所以生物群绝对数量的多少是影响微生物降解基 质效果的关键因素。其二，污水的b o d 浓度和氨氮浓度的一定比例，是同时 取得碳氧化和硝化良好效果的必要条件。在a b f b s 的生物菌胶团中，存在着 复杂的生物相，分为好氧异养菌和好氧自养菌。这两类不同的菌胶团的形成会 发生竞争生长现象；对有机基质氧化起主要作用的好氧异养菌的生长速率较对 n h 3 一n 氧化起主要作用的好氧自养菌的生长速率大。如果污水的b o d 浓度过 高，则会造成爨养菌的大量繁殖，丽可能抑制宣养菌的生长，这种情况下，硝 化难以发生或硝化不完全。如果污水的氨氮浓度较高而又有浓度合适的b o d ， 则在进彳亍碳氧化的同时硝化也能顺利进行。国外用于处理废水的a b f b s 的水 质条件一般都符合b o d 和n h 3 - n 的一定比例，所以碳氧化和硝化的效果均佳。 出于通用汽车公司利溺a b f b s 主要用来去除来自金属王艺的含复杂难生物降 解有机物的废水及进行硝化作用。一方面废水的过高，碳氧化和硝化分别在不 阏的池中进行，增大? 总停留时间；另一方面氧化分解难b o d 生物降解有机 物的异养菌净增长速率很慢而导致水力停留时间较大。因此需要加强循环才能 达到较好的处理效果。 a b f b s 中试研究结果和n d h o l d s m o b i l e 的a b f b s 实际运行结果比较得 出： ( 1 ) 流化床h r t 不超过3 小时就可以把经预处理废水中9 0 的可生化降解 有机物去除。 ( 2 ) 大部分难降解有机物限制了c o d 的去除。 ( 3 ) 用予分离流化床填料( 砂) 和过量生物量的分离池运行不好会导致出水 水质变坏。 ( 4 ) 废水中的有机氮转化为氨氮，并在二级流化床中实现硝化作用很容易。 2 内循环三裰生物滚化床处理麦革浆中段废承静研究 ( 5 ) 中试和实际运行中吸附在填料上的挥发性固体量相当吻合。 ( 6 ) 实际运行中生物量的净生长率要大，这是由于废承成份不同的缘故。氧 利用率呈可比较性。 a b f b s 法除在美国得到应用外，在欧洲也有应用，如丹麦采用a b f b s 法 处理制药废水和荷兰采用a b f b s 法处理炼钢废水。加拿大也有采用a b f b s 法 对焦化废水进行硝化和反硝化。1 9 9 3 年h e i j n e n 和l o o s d r e c h t 等人研究的空气 提升循环反应器是三相流化床的一种。这种反应器是使生物附着在微小悬浮颗 粒的表面上，由空气提升丽形成循环。这种反应器具有低污泥负荷和离容积负 荷的特点。由子反应器占地少，故势必需要较高的床体。该反应器包括下部反 应区和一个顶部沉淀区。在反应器内部有空气提升液体从雨使气、水、载体三 相充分混合，又能提供生物的生命活动所需的氧气。经混合后的水和载体在沉 降过程中分离，载体颗粒回流至反应区，霾新提升，由此丽形成循环，两处理 后的水则经沉淀区沉淀后溢流出去【1 0 l 。据文献报道，这种反应器具有c o d 去 除率高、占地少、产污泥量少等优点，适用范围广，但其床体较高。 1 9 9 4 年b a d o t 和c o u l o m 等人研制的生物流化床反应器与h e i j n e b 他们研 究的工作原理基本相同，只是h e i j n e n 他们的是内循环反应器丽b a d o t 健们的 是外循环反应器j 。 1 2 生物流化床的分类 随着a b f b s 技术的发展，衍生出多种新技术。按照载体流化态的推动力， 生物漉化床可以分为以液相流动为推动力的两相流化床和以气体流动为主要 推动力的三相流化床两大类。一般厌氧流化床中只有当厌氧微生物产气量非常 大时才可能形成三棚流化床l l2 1 。 生物流化床是一种高效生物处理工艺。根据供氧、脱膜、整体结构的不同， 主要可以分为四种类型： ( 1 ) 以纯氧为氧源的生物流化床工艺： 污水与回流水在充氧设备中与纯氧混合，使水中的溶解氧提高至 3 2 4 0 m g l 。充满溶解氧的污水进入生物流化床，进行生物反应。对于一般浓 度的污水( b o d 5 为8 0 2 0 0m g l ) ，一次充氧还不足以保证生物处理对氧的需要， 往往出水需回流，回流比r 可用下式估算： r = ( b o da , - b o d 出承) d d o 进承一d o 出承】一l ( 1 一1 ) 式中：b o d 孝震迸水b o d 5 ( m g l ) ： 3 陕西科技大学硕十学位论文 b d d 出承出水b o d 5 ( m g l ) ； d o 谨震进水溶解氧( m g l ) ； d o 艚承出水溶解氧( m g l ) ； d 去除每公斤b o d 5 所需的氯量( k 9 0 2 馒g b o d 5 ) ，对于城 市污水一般为1 2 1 4 。 ( 2 ) 以压缩空气为氯源的生物流化床工艺 由予空气中氧分压低，充气后水的溶解氧含量低( 一般情况下低子9r a g l ) ， 因而如污水的b o d 较高时，循环系数大，动力消耗多。以纯氧或压缩空气为氧 源的生物流化床工艺，在处理污水时一般均设有脱膜装疆。 ( 3 ) 三相生物流化床工艺 所谓三相生物流化床是指气( 空气或纯氧) 、液( 污水) 、固( 带生物膜的载 体) 同时在流化床中进行生物反应，不需要另外的充氧设备。由于空气的搅 动，载体之闻的摩擦较为强烈，一些多余老化的生物膜在填料流化过程中脱落， 故不需要特别的脱膜装置。但有小部分的载体可能从流化床中带出，故需 圈流载体。三相生物流化床的技术关键之一是防止气泡在床内互相并合，形成 许多巨大的鼓气泡，而影响充氧效率。 ( 4 ) 厌氧好氧生物流化床工艺 城市污水在管道中流动时表面富氧，往往含有2 m g l 左右的溶解氧，可 酋先经过厌氧一好氧生物流纯床处理，去除一部分b o d 。经厌氧好氧流化床 处理后的污水，再去进行好氧处理。这种工艺的优点是动力消耗小，剩余生物 污泥量少。 根据其内部结构形式，三相流化床又可以分为，传统三相流化床，外循环 三相流纯床，内循环三相流化床【1 ”，如图重1 新示。 4 内循巧三穰生物流讫床处理麦孽浆中段废水的研究 舂簧弦瑟攘灌纯瘴鲞舞翻朗漫囊翰燃陵纛舞鬟琢誉穰滩稳袋 t 。籀吣纂纛纛横努鬻蒸 氖静壤掰 氐羚奢峨嚣撵藏奠 图1 - 1 量相流化床的分类 f i g1 - 1c 1 a s s i f i c a t i o no ft h r e ep h a s eb i o f l u i d i z e db e d s 1 3 内循环三相流化床的特点 传统的三相生物流化床系统由曝气装黄、流化床及三相分离器组成。工艺 流程中不是在床外单独设置曝气充氧装置，丽是设置在床内。空气从床的底部 进入，废水也从底部进入。废水、空气、载体在床内剧烈混合、搅动，比两 相流他床剧烈的多。逶过载体与载体、载体与气体、载体与液体之间的碰撞、 摩擦，而使生物膜从载体脱去，旧的生物膜脱落，从而在三相分离区使水、气、 载体分离，出水外排。而本实验采取的是最新的内循环式三相好氧生物流化床。 流化床内设有升流区与降流区，在升流区内进行曝气充氧，水、气、载体在升 流区与降流区之闻产生密度差，乃进行循环流动。载体颗粒之间相互碰撞、摩 擦，并受水流剪切力等的作用，各向基本上较均匀一致，载体上的膜厚均匀一 致，载体也无分层现象，并使载体上生物膜的形成与脱落状况获得改善。具体 的来说，内循环三相流化床有以下特点： ( 1 ) 流化床中的小粒径为微生物附着生长提供了巨大的比表蕊积，微生物浓 度可达4 0 5 0 9 l ，容积负荷可达1 0 1 5 k g c o d ( m 3 d ) 。 ( 2 ) 流化态的操作方式创造了良好的传质条件，无论是氧还是基质的传递速 率均明显提高；对于可生化性好的工业废水，生化反应速率较快，生物流化床 在传质方面的优势更能明显体现。 ( 3 ) 与活性污泥工艺相比，生物流化床工艺具有较强的抗冲击负荷能力，运 5 陕西科技大学硕士学位论文 行过程中带出体系微生物较少，而且不存在污泥膨胀问题。 ( 4 ) 与生物膜法相比，生物流化床不会因为生物量的积累而引起反应齐的阻 塞。 ( 5 ) 在整个反应器内，有较为均匀的剪切力场。因为在内循环流化床中，液 体有规则的整体流动；而在传统三相流化床中，剪切力与布气器的距离关系更 为密切，离布气器近的剪切力大。剪切力是微生物生长的重要影响因素，均匀 的剪切力场对于微生物的是很有利的。 ( 6 ) 生物膜的厚度可以控制，有利于保持较高的生物活性。在内循环流化床 的设计中，选取适当的升流区和降流区面积比，底隙高度等结构参数，可以使 液体循环速度及剪切力处于适当的范围，在易于挂膜的同时又防止生物膜长 的过厚，以避免由于生物膜过厚而引起传质阻力增加，保持较高的生物活性。 ( 7 ) 流体的循环流动去除了死区，改善了混合性能。 1 4 内循环三相流化床的应用和研究 我国一些科研单位是从7 0 年代末开始这方面的研究工作的，已取得一些 成果。为了发挥生物流化床的优势，提高废水处理设备的处理能力和处理效率， 国内外学者们都倾注了大量的努力。迄今为止，国内外已经利用生物流化床进 行处理石化废水、生活污水、淀粉废水、含酚废水、造纸废水、印染废水、丙 烯酸废水等实验，取得不少成果，显示了内循环三相生物流化床用于废水处理 过程的优越性。下面列举一些应用的实例。 韦朝海等【1 4 以6 】采用新型结构三重环流生物三相流化床工程化应用于磁电 器制品厂的洗涤废水和漂染厂高浓度印染废水的处理，处理规模分别为2 4 0 m 3 d 和2 5 0 0 m 3 d 。采用a 0 2 的流化床组合工艺，在总h r t 低于2 4 h 的操作 条件下，当洗涤废水进水c o d 。，负荷为2 3 3 2 5 8 k g ( m 3 d ) ，b o d 5 负荷为 o 7 2 0 9 5 k g ( m 3 d ) 的情况下，出水c o d 。，b o d 5s s 及油分的平均浓度分别为 4 3 5 0 m g l ，1 8 9 0m g l ，2 1 0 m g l 及0 8 6m g l 。当印染废水的进水c o d 。，b o d 5 负荷为3 8 5 8 k g ( m 3 d ) 和1 3 一1 8 ( m 3 d ) 时，出水c o d 。，b o d 5 浓度分别低 于9 0 m g l 和3 5 m g l 。其处理出水均达到了国家一级排放标准，出水稳定，吨 水处理费用为0 6 0 8 元，且基本无污泥排出。 蔡建安【l7 j 等用内循环三相流化床处理焦化废水，以4 0 6 0 目的焦炭为载 体，c o d 的进水负荷为13 k g ( m 3 d ) ，c o d 的容积负荷可达7 k g ( m 3 d ) ，反应 器对酚、氰等污染物的耐受能力强，其c o d 去除率为5 4 4 7 6 ，酚去除率为 6 内循环三攘生物滚优床处理麦革浆中段废水的研究 9 9 5 9 9 8 ，氰去除率为9 5 9 9 。2 耿艳楼等【1 8 】采用厌氧一缺氧一好氧生物 流化床反应器处理焦化废水，结果表明，反应器具有较强的去除焦化废水中 c o d m 和n h 4 + n 的能力，较强的抗c o d 。，和n h 4 + 一n 冲击负荷的能力；当 进水c o d c ，浓度小予1 2 0 0 m g l ，系统总水力停留时间为4 4h 时，系统出水 c o d 。，浓度小于2 5 0 m g l 。 周平 1 9 - 2 0 】采用内循环三相生物流化床处理丙烯酸废水，当进水c o d 梵 1 2 7 7 2 2 7 6 m g l 时，c o d 平均去除率为7 2 4 ，容积负荷达到6 8 k g c o d ( m 3 - d ) 。他还采用同系统对石纯废水进行了研究，当h r t 为1 强，进 水c o d 浓度为5 0 0 8 0 0m g l 时，c o d 去除率可达7 5 8 0 ，容积负荷高达15 k g c o d ( m 3 d ) 。韦朝海、吴镰华 2 1 | 。等用内循环三相流化床褶结合应用于处理 油制气厂排出的难降解毒性有机废水，分别进行了废水处理动态试验及抗冲击 负荷试验，反应器容积负荷为7 。1 6k g ( c o d 。，) p ( m 3 d ) ，c o d e ，平均去除率为 7 9 5 ，芳烃类化合物的去除率为7 9 8 ，酚类化合物的去除率达9 4 8 以上。 反应器表现出优良的抗冲击能力与高效的处理能力。 谢澄等【2 2 】以活性炭为载体，采用内循环三相生物流化床处理含氯漂白废 水，当进水c o d 。，为1 3 0 0 m g l ，b o d 5 为4 0 0 m g l ，气水比为1 2 0 ：l ，水力停 留时间为6 h ，c o d 。，、b o d 5 的去除率均可达6 0 以上，色度去除率也达到7 0 左右。 范轶 2 3 】等以聚亚氨酷为载体，用环流曝气塔处理模拟废水，用来同时去 除污水中的c o d e ，氮氮和硝酸氮。该实验装置对氨氮有较高的去除率，当气 速大于o 0 3 9m 3 r a i n 时，c o d 可以在l h 之内得到较完全的降解；研究了载体在 整个体系中的填充率对c o d 和氮的脱除效果的影响，当载体填充率达到l5 时，可以得到较高的c o d 和氨氮去除水平。w e n j i a n p i n g 等【2 霹】在1 2 l 的三榴 环流反应器中处理高硝氮低c o d 的模拟废水，在p h 值为6 5 7 5 ，温度为 2 0 3 5 ，c n 为0 9 5 1 ，气液比为6 2 5 和水力停留时间为2 5 h 的最优条件下， c o d 和n o x n 的平均去除率高于9 3 和9 6 ，出水残余的c o d 和n o x n 相 应小于4 0 m g l 和2 0 m g l 。 1 5 国内制浆造纸废水的现状 根据国家环境保护总局2 0 0 6 年中国环境状况公报的资料，全国地表水 总体水质属中度污染，在国家环境监测网监测的7 4 5 个地表水监测断面中，i 、 鞋、类，、v 类，劣v 类水质的断面比例分别为4 0 、3 2 和2 8 。我国七 7 陕西科技大学硕士学位论文 大水系流域的总体水质状况为：符合i 类水质者占3 0 ；符合i i 类水质者占 1 8 o ；符合类水质者占1 9 ，o ；符合类水质者占2 2 o ；符合v 类水质者 占10 o ；劣于v 类水质者占2 8 0 。七大水系中，珠江、长江水质良好，松花 江、黄河、淮河为中度污染，辽河、海河为重度污染。太湖、滇池为劣v 类水 质，巢湖为v 类水质。重点城市集中式饮用水源地总体水质良好，根据ll3 个环 保重点城市的3 8 2 个集中式饮用水源地的监测结果统计，监测的达标水量占 7 2 3 。i6 3 个城市的地下水水质监测结果表明，地下水水质以良好较差为主。 深层地下水水质优于浅层地下水，开采程度低的地区地下水水质优于开采程度 高的地区：地下水水位总体保持稳定态势 2 5 1 。 造纸行业是传统的用水大户，也是造成水污染的重要之一。随着国民经济 的发展，企业日益面临水资源短缺、原料匮乏的问题，另一方面，水污染越来 越严重。2 0 0 5 年，造纸工业废水排放量3 6 7 亿吨，约占全国重点统计企业废水 排放总量的17 0 ，c o d 排放量l5 9 7 万吨，占全国重点统计企业c o d 排放总量 的3 2 4 。万元产值c o d 排放负荷高居各行业之首 2 6 - 2 7 1 。造纸厂的中段水主要 污染物为蒸煮残夜、漂白溶出物及短小纤维等。中段水污染物浓度范围很宽， 与黑夜提取、治理的程度有直接关系。制浆造纸中段水有多种有机物质，这些 物质大多是由蒸煮时产生的，其中以木素及其衍生物、纤维素、半纤维素及其 水解产物为主。 ( 1 ) 木素及其衍生物：木素本身无毒或毒性非常小，其在废水中的浓度与 加入的蒸煮剂的量及黑夜提取率有关，是造成中段水c o d 的主要物质之一。 在生物处理中，大分子的木素几乎不能被生物降解。但是在蒸煮工序中。高温、 高压、高碱使木素的大分子结构被破坏，产生许多木素分子碎片和单体衍生物， 这些物质一部分属于生物可降解物质，另一部分经过生物劲i 化，也可以被降解。 ( 2 ) 聚戊糖及部分纤维素、半纤维素的水解物：这部分物质也是在蒸煮过 程中溶解到液相中的，其在废水中的浓度与制浆工艺和操作水平有关。它们大 多可以作为微生物的碳源而被降解，是构成中段水b o d 的主要物质。 ( 3 ) 残留的纤维部分：这些纤维个体很小，混杂在洗涤水中而被夹带到废 水中。其浓度与设备先进程度、洗涤水量和操作管理水平有关，是构成中段水 s s 的主要成分。 ，( 4 ) 残碱及钠盐：这些物质是蒸煮过程中人为加入的，正是由于它们的存 在才产生了以上这些物质。其在废水中的浓度与制浆工艺类型、设备及管理水 平有关，它主要控制着废水的碱度。在生物处理中，碱类物质对微生物的生长 尤为重要。 8 内循环三掴生物流他床处理麦草浆中段废水酶研究 ( 5 ) 氯代酚：氯代酚是漂白工序特有的毒性物质，其毒性随苯环上氯原予 个数的增加而增大。到三氯代酚仅当浓度超过每升几百毫克才严重有毒。毒 性最大的五氯代酚浓度不到1 0 m g l 就会影响微生物的生长。但这些物质在废 水中的浓度很低，微生物经过驯化后可以正常的生长。 ( 6 ) 氯代甲烷：氯代甲烷的毒性极强，即使在漂白沸水中的浓度月几百个 p g l ，其毒性足以对微生物的生长产生重要的影响。在好氧条件下，它属于难 降解物质。此外，对排放水体也会造成严重影响。 、 一般情况下，黑液治理螽，中段水仍占污染负荷的l0 0 2 0 。o ，有的c o d 、 b o d 负荷可高达几千m g l ，有的可低到几百m g l 。实际上造纸中段水的污染 物浓度( 以c o d 量计) 随各纸厂的实际情况变化很大，郄使是同一类型的纸 厂，由乎其管理水平的不同，排放废水的c o d 浓度也是不同的，中段水的c o d 浓度一般为8 0 0 - 2 0 0 0 m g l 。 近十多年来，国内外在中段废水处理方面开展了较多的研究，其研究范围 几乎涉及物理、纯学和生物法麓各种处理工艺。 ( 1 ) 化学氧化法化学氧化法是利用在废水中投加化学氧化