态。
图5-13 生物流化床示意图
图5-14 载体颗粒的三种状态
6.5.1.1 固定床阶段
当液体以很小的速度流经床层时，固体颗粒处于静止状态，床层的高度基本维持不变，这时的床层称固定床（见图5-14a）。在这一阶段，液体通过床层的压力降△P随空塔速度υ的上升而增加，呈幂函数关系，在双对数坐标图纸上呈直线，见图5-15中的ab段。
当液体流速增大到压力降△P大致等于单位面积床层重量时（图5-15中的b点），固体颗粒间的相对位置略有变化，床层开始膨胀，固体颗粒仍保持接触且不流态化。
图5-15 h、△P、υ的关系
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6.5.1.2 流化床阶段
当液体流速大于b点流速后，床层不再维持于固定状态，颗粒被液体托起而呈悬浮状态，且在床层内各个方向流动，在床层上部有一个水平界面，此时颗粒所形成的床层完全处于流态化状态，这类床层称流态化床（见图5-14b）。在这阶段，流化床的高度h是随流速上升而增大，床层压力降△P则基本上不随流速改变，如图5-15中的bc段所示。B点的流速υ
min
是达到流态化的起始速度，称临界流态化速度。临界速度值与颗粒的大小、密度
和液体的物理性质有关。
由于生物流化床中的载体颗粒表面有一层微生物膜，因此其流态化特性与普通的流化床不同。流化床床层的膨胀程度可以用膨胀率K或膨胀比R表示。
?V?K??e?1??100% （5-19）
?V?R?he （5-20） h式中：V、Ve——分别为固定床层和流化床层的体积，m3；
h、he——分别为固定床层和流化床层的高度，m。
在生物流化床中，相同的速度下，膨胀率随着生物膜厚度的增加而增大。一般膨胀率采用50%～200%。
6.5.1.3 液体输送阶段
当液体流速提高至超过c点后，床层不再保持流态化，床层上部的界面消失，载体随液体从流化床带出，这阶段称液体输送阶段（见图5-14c）。在水处理工艺中，这种床称“流动床”。c点的流速υ与υ
max
max
称颗粒带出速度或最大流化速度。流化床的正常操作应控制在υ
min
之间。
6.5.2 生物流化床的类型
根据生物流化床的供氧、脱膜和床体结构等方面的不同，好氧生物流化床主要有两相生物流化床和三相生物流化床2种类型。
6.5.2.1 两相生物流化床
两相生物流化床是在流化床体外设置充氧设备与脱膜装置，用于微生物充氧和脱除载体表面的生物膜。基本工艺流程如图5-16所示。
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图5-16 二相流化床工艺流程图
以纯氧为氧气源时，充氧后水中溶解氧可达30～40mg/L；以压缩空气为氧源时，水中溶解氧一般低于9mg/L。当一次充氧不能提供足够的溶解氧时，可采用处理水回流循环。回流比r可以根据氧量平衡计算来确定。
r?(La?Lt) D?1 （5-21）
Oi?Oe式中：La、Lt——分别为进水和出水BOD5浓度，mg/L； Oi、Oe——分别为进水和出水的溶解氧浓度，mg/L；
D——去除每公斤BOD5所需要的氧量（kgO2/kgBOD5），对于城市污水，取1.2～1.4。
图5-17 三相生物流化床
6.5.2.2 三相生物流化床
三相生物流化床是气、液、固三相直接在流化床体内进行生化反应，不另设充氧设备和脱膜设备，载体表面的生物膜依靠气体的搅动作用，使颗粒之间激烈摩擦而脱落。其工艺流程如图5-17所示。
三相生物流化床的设计应注意防止气泡在床内兼并成大气泡影响充氧效率。充氧方式有减压释放空气充氧和射流曝气充氧等形式。由于有时可能有少量载体被带出床体，因此在流程中通常有载体（含污泥）回流。三相流化床具有设备简单、操作容易、能耗低等优
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点。
生物流化床除用于好氧生物处理外，还可用于生物脱氮和厌氧处理。
6.5.3 生物流化床的特点
6.5.3.1 生物流化床的优点
（1）容积负荷高，抗冲击负荷能力强
由于生物流化床是采用小粒径固体颗粒作为载体，且载体在床内呈流化状态，因此其单位体积表面积比其它生物膜法大很多。单位床体的生物量很高，达10～14g/L，加上传质速度快，废水一进入床内，很快地被混合和稀释，因此生物流化床的抗冲击负荷能力较强，容积负荷也较其它生物处理法高。
（2）微生物活性强
由于生物颗粒在床体内不断相互碰撞和摩擦，其生物膜厚度较薄，一般在0.2μm以下，且较均匀。据研究，对于同类废水，在相同处理条件下，其生物膜的呼吸率约为活性污泥的2倍，可见其反应速率快，微生物活性较强，这也正是生物流化床负荷率较高的原因。
（3）传质效果好
由于载体颗粒在床体内处于剧烈运动状态，气—固—液界面不断更新，因此传质效果好，这有利于微生物对污染物的吸附和降解，加快了生化反应速率。
6.5.3.2 生物流化床的缺点
生物流化床的缺点是设备的磨损较固定床严重，载体颗粒在湍流过程中会被磨损变小。此外，设计时还存在着放大方面的问题，如防堵塞、曝气方法、进水配水系统的选用和生物颗粒的流失等。因此，目前生物流化床在我国废水处理中应用还不多。
思考题：
1、 污水的生物膜法处理主要有哪几种形式？各自有哪些特点？
2、 某别墅区有人口1000人，污水排放量按150L/（人·d）计，BOD5浓度为300mg/L，
出水BOD5不大于50mg/L，拟采用生物滤池法处理，试计算生物滤池的设计参数。 3、 按上题条件，计算生物转盘的设计参数。
4、 某工厂污水污水排放量为3000m3/d，经一级处理后BOD5浓度为150mg/L，污水
可生化性较好，拟采用好氧生物接触法处理，要求出水BOD5浓度小于20mg/L，试设计生物接触氧化池。
5、 生物流化床污水处理系统中，载体的选择要考虑哪些因素？
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