流化床生物反应器载体的研究

流化床生物反应器（FBBR）是利用附着生长于微小载体粒子上的生物膜降解水中的污染物的反应器类型，载体粒子通过向上流动的水或者气体的曳力悬浮于流体之中，呈流态化[1]。FBBR依附于微小的载体粒子为反应器的介质[2]，具有优于其它反应器的性能：微生物浓度高，传质阻力小，不易阻塞，水力停留时间短，生物膜内的微生物链较长，剩余污泥量少等[3-5]，目前得到了广泛的研究与应用。载体作为FBBR中微生物附着生长的主体，起着决定反应器能耗和处理效率的关键作用，本文针对FBBR载体的相关情况进行综述，旨在为FBBR载体材料的选择和从载体角度改进FBBR性能的研究提供一定的参考。1FBBR中的载体的特性1.1载体在FBBR的作用载体在FBBR中主要起着固定生物膜，供微生物附着生长的作用。在FBBR中，被生物膜覆盖的载体处于流化状态，增大了污水与生物膜的接触面积，生物膜内的微生物能更好地与基质和氧气接触，保证了良好的传质；再者，载体在流化过程中具有切割、分散气泡的作用，使布气更均匀，也能强化传质[6]。FBBR载体可提供硝化细菌和聚磷菌的生长空间和生长周期，从而实现污水的脱氮除磷。附着生物膜的载体在FBBR中反应一段时间后，要进入分离器中去除多余的生物膜之后再返回反应器，这样可维持FBBR中的微生物量的恒定，且能保证生物膜的活性。1.2微生物在载体上的附着微生物在载体上的生长是一个受吸附、生长、繁殖及脱落的动态生长过程[7]。载体作为FBBR中微生物附着的主体，关联着微生物形成的生物膜的空间结构和性能，直接影响和制约着工艺的处理效率和能耗。水处理中的细菌主要为杆菌与球菌[8]，肖鸿等研究发现厌氧区生物颗粒表面积内孔中附着的主要是球菌和杆菌，而好氧区生物颗粒表面主要是球菌[9]。FBBR中，微生物附着于载体的表面或者在载体的空隙中[10]。微生物在载体表面附着主要取决于两方面：一是细菌表面的特性，二是载体表面的物理化学性质[11]。1.3生物膜生长对载体的影响生物膜在载体粒子表面生长会对载体粒子的流化性质产生影响，主要表现在：（1）改变生物颗粒的形状和粒径；（2）改变颗粒的总有效密度；（3）生物膜的生长会改变纯颗粒的表面性质[12]。并且由于生物膜的生长情况随着时间不断变化，生物颗粒的流化性质也处于不断的波动变化之中。另外，生物膜的生长还可能导致载体从FBBR中流失，一方面，生物流化床生物反应器载体的研究罗雪梅，丁桑岚（四川大学建筑与环境学院，四川成都610065）摘要：流化床生物反应器（FBBR）是一种微生物同时具有附着生长和悬浮生长特征的废水处理反应器，虽然起步较晚，但因其具有优良的反应性能，目前得到广泛的研究与应用。本文正是针对FBBR中决定反应器处理效率与能耗的重要因素之一－载体颗粒进行综述。介绍了载体颗粒在反应器中所起作用、微生物与载体的结合及生物膜附着对载体性质影响等方面的情况。对比了目前FBBR中常用的3类载体－无机多孔性载体、有机多孔性载体和复合多孔性载体中部分应用载体的物理性质，并重点阐述了它们在反应器中的反应特性。最后指明复合多孔载体将是今后载体研究的主要方向，而部分可降解载体颗粒是其中的一个较重要的突破点。关键词：流化床生物反应器（FBBR）；载体；物理性能；反应特性中图分类号：X703.3文献标识码：A文章编号：1000-3770(2010)07-0020-004收稿日期：2009-10-27作者简介：罗雪梅（1986－），女，硕士研究生，主要从事水污染控制方面的研究；联系电话：13688465398；E-mail：luoxuemei1986@126.com联系作者：丁桑岚；联系电话：13908010547；E-mail：dingsanglan@gmail.com.cn第36卷第7期2010年7月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.36No.7Jul.,201020膜不断生长会导致床层高度不断增加，当其增加到一定高度，上层的载体就又有可能随出水流出[13]；另一方面，由于载体上生物膜的厚度和密度都是载体极限沉淀速度的影响因子，并且影响是相对的，而这两者不成正比例变化。2载体的性质由前面的讨论可知，载体的性质对载体上微生物的附着、生物颗粒的流化、反应器的能耗和处理效率等有重要影响。因此研究者和设计者在选择载体时会慎重考虑载体的性质，这些性质主要包括：载体形状，密度、比表面积、粒径、空隙率、亲水性等等。一般认为优良的载体应具备以下的性质：载体形状以球形或近似球形为最佳[14]；密度应接近于生物膜密度[15]（一般假设生物膜密度为1.1g·cm-3[16]）；粒径较小，一般无机载体的粒径介于0.2～0.8mm[17]；孔径分布合理，空隙率高，比表面积大，具有良好的亲水性，生物亲和力强，化学稳定性