D0I:10.13374/j.issnl00I53.2006.04.005 第28卷第4期 北京科技大学学报 Vol.28 No.4 2006年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2006 内循环三相流化床的生物膜的培养 黄青华)王化军)曹从荣) 1)北京科技大学土木与环境学院，北京1000832)北京环境保护科学研究院，北京100037 摘要研究了内循环三相流化床在两种不同进水方式情况下生物膜培养情况.研究表明：间歇 进水时生成的生物膜能达到200~250m左右，连续进水时生物膜厚度能达到100m:前者较为 圆滑紧密，而后者的活性较高：较低的启动容积负荷有利于启动挂膜：挂膜完成后进水的容积负荷 不能过低，否则容易因污泥负荷低而引起丝状菌膨胀·通过间歇式进水培养的活性污泥达到了生 物量9.65gL(其中附着生物膜占92.7%)，而连续式进水负荷C0D可以达到11.45kgm3.1, 此时C0D去除率达到80%. 关键词内循环：三相流化床：生物膜培养 分类号X799 好氧流化床应用于废水处理始于20世纪80 陶瓷，其粒径为0.5~0.6mm的陶瓷颗粒作为载 年代，它以生物膜法为基础，吸收了化工操作中的 体，湿密度1400kgm3.本实验采用两套实验 流态化技术，形成了一种高效的废水处理工艺，是 装置，结构如表1. 生物膜法应用的一大突破。国内外采用内循环流 化床处理废水的研究涉及含酚废水山、印染废 出水 水)]、石化废水等)等，显示了该类反应器对有 毒难降解性废水处理方面的优越性， 在流化床反应器内，微生物附着在载体的表 面，形成一层生物膜，处理过程中，液相中溶解的 ·进水 或呈胶体状的有机物以及溶氧从液相进入生物 空气 膜，被生物膜中的细胞分解、利用，这样，在生物 A为升流区；B为降流区：C为三相分离区；D为沉降区 膜表面与液相中形成一个有机物和溶氧的浓度梯 图1内循环流化床示意图 度，使废水中的有机物不断地被吸附到生物膜上， Fig.1 Diagram of an inner loop fluidized bed 从而达到连续处理废水的目的，可见，三相流化 床的挂膜质量与挂膜速度直接影响到三相流化床 表1反应器设计参数（外径尺寸） Table 1 Design parameters of reactors (external diameter) 正常的运行，以及启动的快慢，本文通过不同的 反应器 D./Da AalA, 高径比 启动方式来研究影响生物膜挂膜与活性的因素， Rl 70/110 1.47 10:1(1000/100) 1 实验过程 R2 35/70 3.00 16.7:1(1000/60) 1.1实验装置 注：D,为反应器内桶外径，mm:Da为反应器外桶外径，mm:Aa 为反应器外桶截面积减反应器内桶截面积，mm2:A,为反应器内 采用内循环三相生物流化床反应器，实验系 桶截面积mm2. 统见图1，反应器筒体材料为有机玻璃管，上部筒 体与下部筒体连接锥的锥度为45°，为了避免载 1.2废水来源 体因气流的作用随出水流出，反应器上部安装一 实验用废水为人工合成废水，其中以葡萄糖 个导流筒，下部设有气体分布器，材料为多孔烧结 作为微生物生长碳源，另加氨源、磷源和微量元素 以保证微生物的生长，配制比例按COD:N:P= 收稿日期：2005-02-25修回日期.2005-05-26 100:5:1,实验废水的pH值调至中性（约为6.5~7） 基金项目：国家“863”计划资助项目(N。.2002AA601200) 作者简介：黄青华(1977一)，男，硕士 1.3接种污泥来源 活性污泥由北京市环境保护科学研究院的中
内循环三相流化床的生物膜的培养 黄青华1） 王化军1） 曹从荣12） 1） 北京科技大学土木与环境学院北京100083 2） 北京环境保护科学研究院北京100037 摘 要 研究了内循环三相流化床在两种不同进水方式情况下生物膜培养情况．研究表明：间歇 进水时生成的生物膜能达到200～250μm 左右连续进水时生物膜厚度能达到100μm；前者较为 圆滑紧密而后者的活性较高；较低的启动容积负荷有利于启动挂膜；挂膜完成后进水的容积负荷 不能过低否则容易因污泥负荷低而引起丝状菌膨胀．通过间歇式进水培养的活性污泥达到了生 物量9∙65g·L －1（其中附着生物膜占92∙7％）而连续式进水负荷 COD 可以达到11∙45kg·m －3·d －1 此时 COD 去除率达到80％． 关键词 内循环；三相流化床；生物膜培养 分类号 X799 收稿日期：20050225 修回日期：20050526 基金项目：国家“863”计划资助项目（No．2002AA601200） 作者简介：黄青华（1977－）男硕士 好氧流化床应用于废水处理始于20世纪80 年代它以生物膜法为基础吸收了化工操作中的 流态化技术形成了一种高效的废水处理工艺是 生物膜法应用的一大突破．国内外采用内循环流 化床处理废水的研究涉及含酚废水［1］、印染废 水［2］、石化废水等［3］ 等显示了该类反应器对有 毒难降解性废水处理方面的优越性． 在流化床反应器内微生物附着在载体的表 面形成一层生物膜．处理过程中液相中溶解的 或呈胶体状的有机物以及溶氧从液相进入生物 膜被生物膜中的细胞分解、利用．这样在生物 膜表面与液相中形成一个有机物和溶氧的浓度梯 度使废水中的有机物不断地被吸附到生物膜上 从而达到连续处理废水的目的．可见三相流化 床的挂膜质量与挂膜速度直接影响到三相流化床 正常的运行以及启动的快慢．本文通过不同的 启动方式来研究影响生物膜挂膜与活性的因素． 1 实验过程 1∙1 实验装置 采用内循环三相生物流化床反应器实验系 统见图1．反应器筒体材料为有机玻璃管上部筒 体与下部筒体连接锥的锥度为45°为了避免载 体因气流的作用随出水流出反应器上部安装一 个导流筒下部设有气体分布器材料为多孔烧结 陶瓷其粒径为0∙5～0∙6mm 的陶瓷颗粒作为载 体湿密度1400kg·m －3．本实验采用两套实验 装置结构如表1． A 为升流区；B 为降流区；C 为三相分离区；D 为沉降区 图1 内循环流化床示意图 Fig．1 Diagram of an inner loop fluidized bed 表1 反应器设计参数（外径尺寸） Table1 Design parameters of reactors （external diameter） 反应器 Dr／Dd Ad／A r 高径比 R1 70／110 1∙47 10∶1（1000／100） R2 35／70 3∙00 16∙7∶1（1000／60） 注：Dr 为反应器内桶外径mm；Dd 为反应器外桶外径mm；Ad 为反应器外桶截面积减反应器内桶截面积mm 2；A r 为反应器内 桶截面积 mm 2． 1∙2 废水来源 实验用废水为人工合成废水其中以葡萄糖 作为微生物生长碳源另加氮源、磷源和微量元素 以保证微生物的生长．配制比例按 COD∶N∶P＝ 100∶5∶1实验废水的 pH 值调至中性（约为6∙5～7）． 1∙3 接种污泥来源 活性污泥由北京市环境保护科学研究院的中 第28卷 第4期 2006年 4月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．28No．4 Apr．2006 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2006．04．005
Vol.28 No.4 黄青华等：内循环三相流化床的生物膜的培养 .331. 水处理车间提供.，显微镜下观察生物的活性较 应器1采用间歇进水方式进水，工艺流程见图2. 好.MLVSS(挥发性活性污泥浓度)污泥按1g· 进水噪☒闲四一淀排泥进水暝冈 L1投加. 1.4分析项目和测试方法 图2反应器1工艺流程图 Fig-2 Process flow diagram of reactor 1 (I)COD,SV,SVI,MLSS(活性污泥浓度)， MLVSS等均按标准方法测定 2结果分析与讨论 (2)污泥显微镜观察采用Nikon Optiphot X一 2型生物显微镜， 2.1生物膜的形成 (3)D0(溶解氧浓度)，pH分别采用上海精 (1)连续运行.本实验的入水方式是浓溶液 密科学仪器公司和上海雷磁公司的便携式JPB一 和清水以一定比例分别进入的方式，这样可以比 607和pHS3B测定仪 较灵活的控制水力停留时间和有机负荷，将两个 1.5生物膜厚度的计算方法 参数分开控制 作下列假设：(1)载体与包有生物膜的载体均 初次启动时R2流化床连续运行条件为：载 呈球形；(2)载体流失量很小，可以忽略不计.以 体投加量为4.30%，空气流量1.5Lmin,有机 Sauter当量直径法表示生物颗粒直径并计算生物 容积负荷C0D3.4kgm-3d-,水力停留时间2 膜的厚度 h,5d后为1h,在连续20d的实验过程中，出现 1.6启动方式 污泥膨张，出水水质不好，出水中带有大量污泥以 目前，生物膜反应器的挂膜方法广泛采用的 及丝状菌，反应器中载体无法流化，整个反应器中 是密闭循环法，即把预先培养好的活性污泥与污 充满丝状菌，通过显微观察表明，载体表面有生 水混合后泵入反应器中，出水流入循环池，经过2 物膜但是比较薄、松，丝状菌完全包围了载体（如 ~3d密闭循环，以小水量直接进水并逐渐加大水 图3)·由于丝状菌发生膨胀，所以最终导致反应 量，直至挂好膜，但密闭循环法挂膜需要设置循 器无法运行，而此过程的出水COD去除率达 环池和循环泵，且需要数量较多的接种污泥，操作 80%以上·显然，有机物的去除并非载体上生物 不方便， 膜的作用结果所致，而是反应器内的丝状菌生长 采用快速排泥挂膜法[闺可以大大缩短启动 作用的结果，经实验表明，该膨胀现象与气体流 时间，即将接种的活性污泥和污水混合后泵入反 量（即剪切力，溶解氧）无关，与微量元素的种类多 应器中，静置6~8h,使污泥与载体接触起到接种 少也无关可]，而是与反应器中的污泥负荷有关可. 作用，之后全部排掉，再连续进不含污泥的污水， 此后反应器R2在裸载体投加4.30%的条件 并逐渐加大进水量，直至生物膜形成 下开始启动，入水C0D保持在50mgL1左右 本实验采用两种挂膜方法以考察启动挂膜情 (相当于入水负荷C0D1.27kgm-3d1),入水 况，同时用两个相同的反应器启动.反应器R1, 负荷C0D按1.27,2.23,3.34,5.34kgm-3d-1 R2均采用后一种挂膜方式启动，为了保证启动成 逐步提升，出水$C0D(过滤后化学需氧量)均小 功，还继续闷曝24h.反应器2此后连续进水，反 于10mgL1.反应器在运行到第20天、负荷 图3R2丝状菌及其包裹的载体形态 Fig-3 Filamentous colony and the packaged carrier in reactor R2
水处理车间提供．显微镜下观察生物的活性较 好．MLVSS（挥发性活性污泥浓度）污泥按1g· L －1投加． 1∙4 分析项目和测试方法 （1） CODSVSVIMLSS （活性污泥浓度） MLVSS 等均按标准方法测定． （2） 污泥显微镜观察采用 Nikon OptiphotX－ 2型生物显微镜． （3） DO（溶解氧浓度）pH 分别采用上海精 密科学仪器公司和上海雷磁公司的便携式 JPB－ 607和 pH S3B 测定仪． 1∙5 生物膜厚度的计算方法 作下列假设：（1）载体与包有生物膜的载体均 呈球形；（2）载体流失量很小可以忽略不计．以 Sauter 当量直径法表示生物颗粒直径并计算生物 膜的厚度． 1∙6 启动方式 目前生物膜反应器的挂膜方法广泛采用的 是密闭循环法即把预先培养好的活性污泥与污 水混合后泵入反应器中出水流入循环池经过2 ～3d 密闭循环以小水量直接进水并逐渐加大水 量直至挂好膜．但密闭循环法挂膜需要设置循 环池和循环泵且需要数量较多的接种污泥操作 不方便． 采用快速排泥挂膜法［4］ 可以大大缩短启动 时间即将接种的活性污泥和污水混合后泵入反 应器中静置6～8h使污泥与载体接触起到接种 作用之后全部排掉再连续进不含污泥的污水 并逐渐加大进水量直至生物膜形成． 图3 R2丝状菌及其包裹的载体形态 Fig．3 Filamentous colony and the packaged carrier in reactor R2 本实验采用两种挂膜方法以考察启动挂膜情 况同时用两个相同的反应器启动．反应器 R1 R2均采用后一种挂膜方式启动为了保证启动成 功还继续闷曝24h．反应器2此后连续进水．反 应器1采用间歇进水方式进水工艺流程见图2． 图2 反应器1工艺流程图 Fig．2 Process flow diagram of reactor1 2 结果分析与讨论 2∙1 生物膜的形成 （1） 连续运行．本实验的入水方式是浓溶液 和清水以一定比例分别进入的方式这样可以比 较灵活的控制水力停留时间和有机负荷将两个 参数分开控制． 初次启动时 R2流化床连续运行条件为：载 体投加量为4∙30％空气流量1∙5L·min －1有机 容积负荷 COD3∙4kg·m －3·d －1水力停留时间2 h5d 后为1h．在连续20d 的实验过程中出现 污泥膨胀出水水质不好出水中带有大量污泥以 及丝状菌反应器中载体无法流化整个反应器中 充满丝状菌．通过显微观察表明载体表面有生 物膜但是比较薄、松丝状菌完全包围了载体（如 图3）．由于丝状菌发生膨胀所以最终导致反应 器无法运行．而此过程的出水 COD 去除率达 80％以上．显然有机物的去除并非载体上生物 膜的作用结果所致而是反应器内的丝状菌生长 作用的结果．经实验表明该膨胀现象与气体流 量（即剪切力溶解氧）无关与微量元素的种类多 少也无关［5］而是与反应器中的污泥负荷有关［6］． 此后反应器 R2在裸载体投加4∙30％的条件 下开始启动入水 COD 保持在50mg·L －1左右 （相当于入水负荷 COD1∙27kg·m －3·d －1）入水 负荷 COD 按1∙272∙233∙345∙34kg·m －3·d －1 逐步提升出水 SCOD（过滤后化学需氧量）均小 于10mg·L －1．反应器在运行到第20天、负荷 Vol．28No．4 黄青华等： 内循环三相流化床的生物膜的培养 ·331·
.332 北京科技大学学报 2006年第4期 C0D为5.34kgm-3d1时出现了肉眼可视的覆 1.0 盖整个载体的生物膜，测量得生物膜的膜厚达到 了100m.此后，反应器R2在裸载体投加2.8% 0.5 的条件下重新开始启动，入水C0D提升到50~ 150mgL-1,入水负荷C0D按5.34,8.40， 11.48,15.27kgm-3d-1逐步提升，C0D去除率 在负荷C0D11.45kgm-3d-1时达到80%以上 -0.50 20 40 60 天数d (如图4)·反应器在运行到第18天、负荷为8.40 kgm一31一时生物膜膜厚达到了100hm(如图5). 图4R2反应器出水处理效率图 Fig.4 Efficiency of effluent treatment in reactor R2 图5R2反应器中生物膜厚及微生物相图 Fig-5 Biofilm thickness and microorganism sorts in reactor R2 从上图可以看出，第1天的处理效率主要是 6%,入水容积负荷C0D为1.42kgm-3d1的 因为水中的悬浮污泥的作用，第2天之所以为负 条件下采用间歇运行的方式启动，运行周期按“闲 值是因为出水中含有大量的固体悬浮物，以后每 置、沉淀、排泥、补加营养液、反应”进行，基本上每 次提高负荷则处理效率呈下降趋势，但反应器都 天排泥1次，在每个运行周期内“闲置、沉淀、排 能自我恢复，说明反应器具有很好的抗冲击性· 泥、补加营养液·所占用的时间很短，相对于反应 在低倍光学显微镜下，可以观察到颗粒污泥 时间而言可忽略不计.反应器在运行到第36天 外观为浅黄色、近似圆形的小颗粒，在其表面和周 出现了肉眼可视的好氧颗粒污泥，在显微镜下观 围存在大量的原生、后生动物（附着生长着大量钟 察测得反应器内载体生物膜膜厚已经接近或超过 虫，如等枝虫)，以及丝状细菌和丝状真菌等.这 100m,反应器的入水负荷C0D提升到4.31 些丝状细菌和丝状真菌缠绕，并且向周围空间蔓 kgm3d,去除容积负荷C0D也提高到了 延，大量的附着型原生、后生动物则附着在这些丝 4.11kgm3d.图6是反应器负荷随时间而 状微生物之中 发生的变化， 扫描电镜下还可以观察到：颗粒本身的生物 反应器R1生物量达到9.65gL(其中附 相极其丰富，主要是形态各异的细菌，有球菌、杆 着生物膜占92.7%)，间歇运行培养的颗粒污泥 菌以及丝状菌等等（图5），颗粒表面附着生长着 沉降速度达到50~100m·h-1,粒径为1~1.5 种类繁多、形态各异、数目巨大的原生、后生动物， mm,即膜厚在250~500m,在显微镜下其微生 加上周围多种浮游型原生、后生动物，对于减少出 物相与R2相同，但是由于膜较厚，所以活性较 水中游离细菌的数目、提高出水水质，具有很重要 差，生物膜较易破裂，故反应器中生物膜絮体较 的作用，而且，大量存在的原生、后生动物可以吞 多，需要经常排泥 食污水中细菌难以降解的大颗粒污染物，强化有 在此实验过程中，R1,R2载体的沉降性能如 机物的分解代谢反应，大大提高反应器的处理能 图7和和图8. 力和处理效率 实验表明，虽然R1的膜厚较大，但其沉降性 (2)间歇运行.反应器R1在裸载体投加 能比连续运行的要差，这表明，虽然其生物量高
COD 为5∙34kg·m －3·d －1时出现了肉眼可视的覆 盖整个载体的生物膜测量得生物膜的膜厚达到 了100μm．此后反应器 R2在裸载体投加2∙8％ 的条件下重新开始启动入水 COD 提升到50～ 150mg·L －1入 水 负 荷 COD 按 5∙348∙40 11∙4815∙27kg·m －3·d －1逐步提升COD 去除率 在负荷 COD11∙45kg·m －3·d －1时达到80％以上 （如图4）．反应器在运行到第18天、负荷为8∙40 kg·m －3·d －1时生物膜膜厚达到了100μm （如图5）． 图4 R2反应器出水处理效率图 Fig．4 Efficiency of effluent treatment in reactor R2 图5 R2反应器中生物膜厚及微生物相图 Fig．5 Biofilm thickness and microorganism sorts in reactor R2 从上图可以看出第1天的处理效率主要是 因为水中的悬浮污泥的作用．第2天之所以为负 值是因为出水中含有大量的固体悬浮物．以后每 次提高负荷则处理效率呈下降趋势但反应器都 能自我恢复说明反应器具有很好的抗冲击性． 在低倍光学显微镜下可以观察到颗粒污泥 外观为浅黄色、近似圆形的小颗粒在其表面和周 围存在大量的原生、后生动物（附着生长着大量钟 虫如等枝虫）以及丝状细菌和丝状真菌等．这 些丝状细菌和丝状真菌缠绕并且向周围空间蔓 延大量的附着型原生、后生动物则附着在这些丝 状微生物之中． 扫描电镜下还可以观察到：颗粒本身的生物 相极其丰富主要是形态各异的细菌有球菌、杆 菌以及丝状菌等等（图5）．颗粒表面附着生长着 种类繁多、形态各异、数目巨大的原生、后生动物 加上周围多种浮游型原生、后生动物对于减少出 水中游离细菌的数目、提高出水水质具有很重要 的作用．而且大量存在的原生、后生动物可以吞 食污水中细菌难以降解的大颗粒污染物强化有 机物的分解代谢反应大大提高反应器的处理能 力和处理效率． （2） 间歇运行．反应器 R1在裸载体投加 6％入水容积负荷 COD 为1∙42kg·m －3·d －1的 条件下采用间歇运行的方式启动运行周期按“闲 置、沉淀、排泥、补加营养液、反应”进行基本上每 天排泥1次在每个运行周期内“闲置、沉淀、排 泥、补加营养液”所占用的时间很短相对于反应 时间而言可忽略不计．反应器在运行到第36天 出现了肉眼可视的好氧颗粒污泥在显微镜下观 察测得反应器内载体生物膜膜厚已经接近或超过 100μm．反应器的入水负荷 COD 提升到4∙31 kg·m －3·d －1去除容积负荷 COD 也提高到了 4∙11kg·m －3·d －1．图6是反应器负荷随时间而 发生的变化． 反应器 R1生物量达到9∙65g·L －1（其中附 着生物膜占92∙7％）．间歇运行培养的颗粒污泥 沉降速度达到50～100m·h －1粒径为1～1∙5 mm即膜厚在250～500μm．在显微镜下其微生 物相与 R2相同但是由于膜较厚所以活性较 差生物膜较易破裂故反应器中生物膜絮体较 多需要经常排泥． 在此实验过程中R1R2载体的沉降性能如 图7和和图8． 实验表明虽然 R1的膜厚较大但其沉降性 能比连续运行的要差．这表明 虽然其生物量高 ·332· 北 京 科 技 大 学 学 报 2006年第4期
Vol.28 No.4 黄青华等：内循环三相流化床的生物膜的培养 .333 4.5 物膜厚度无关，因为在启动期间裸载体浓度减 :日 少，因此磨损的脱落率降低，这导致了生物膜厚度 9 随时间而强烈的非线性增加，但是在本实验中， R1反应器中的膜厚度越大，活性越差，而生物膜 ◆人水负荷 ■一去除负荷 厚度增大导致生物膜颗粒在反应器中所占比例的 上升，从而导致剪切力增加，碰撞几率加大，因而 膜的脱落率上升 50 100 150 时间d Gjaltemas]等人对比了在纯培养和混合培 养中生物膜附着和形成载体的类型，在实验室的 图6反应器间歇运行容积负荷 Fig.6 Loading rates of a sequencing batch reactor 气体反应器中采用了悬浮载体，结果清楚地表明 气体反应器的水力学特性和颗粒碰撞影响着生物 122 膜的形成，增加载体表面粗糙度可促进生物膜在 120 18 悬浮载体表面上的形成，而载体表面的物化特性 11 4 显得并不重要，实验表明，生物膜的形态很大程 11 度由表面负荷和所受的剪切力决定；中等程度的 10 6 表面负荷和高剪切力产生平滑而坚实的生物膜， 而高表面基质负荷和低剪切力导致粗糙而松散的 102 生物膜；生物膜的强度也与在生物膜形成期间所 1006 20 40 60 筋 100 受的剪切力和基质负荷有关 沉降距离cm 3结论 图7R1中生物膜颗粒沉降性能 Fig-7 Dropping capability of granular biofilms in reactor RI (1)启动的容积负荷对反应器启动影响较 大，较低的容积负荷有利于启动挂膜，但是挂膜 145 14 完成后，也即大约15d左右时，有机负荷不能过 低，否则容易因污泥负荷低而引起丝状菌膨胀， (2)利用间歇进水能够培养出比连续进水更 好的生物膜，而生物膜活性较连续进水方式培养 的要低，但是其生物量较大，所以处理效率不比连 续进水低，而且因为其膨胀后体积较大，碰撞频 1360 繁，所以颗粒圆滑、密实 20 406080 100 沉降距离lcm (3)间歇进水因为排泥方式的原因，载体损 失较小，但是反应器中会产生大量悬浮污泥无法 图8R2中生物膜颗粒沉降性能 排出，对反应器运行产生一定影响. Fig-8 Dropping capability of granular biofilms in reactor R2 参考文献 于R2,但其活性比R2要差，这就验证了潘涛 等门的结论，即生物膜厚度最佳在100m [1]Tang WT.Dynamics of a draft tube gas-liquid-solid fluidized 2.2生物膜形成的影响因素 bed bioreactor for phenol degradation.Chem Eng Sci,1987. 42(9):2123 生物膜的培养受很多过程的影响，这包括微 [2]韦朝海，谢波，吴超飞·高浓度印染废水处理工程工艺条 生物在固体表面吸附和微生物从附着表面的解 件与实例分析，重庆环境科学，1998,20(5)：14 吸、微生物在表面的附着及生物膜的生长和脱落， [3]周平，汪诚文，吴晓磊，等.内循环生物流化床处理石化废 稳定状态下，生物膜的生长和脱落之间的平衡决 水的中试研究.环境科学，1997,18(1)：26 定着生物膜的物理结构，从而确定了沉降和流化 []顾国维.水污染治理技术研究.上海：同济大学出版社 1997 特性 [5]邓洪权，潘永亮，杨平.内循环三相生物流化床启动特性 研究发现BAS反应器生物膜的比表面脱落 实验研究.环境科学与技术，2001,5(1)：55 速率是裸载体浓度的函数，与表面基质负荷和生 [6]周利，彭永臻.膨胀污泥沉降性能的恢复实验研究.中国
图6 反应器间歇运行容积负荷 Fig．6 Loading rates of a sequencing batch reactor 图7 R1中生物膜颗粒沉降性能 Fig．7 Dropping capability of granular biofilms in reactor R1 图8 R2中生物膜颗粒沉降性能 Fig．8 Dropping capability of granular biofilms in reactor R2 于 R2但其活性比 R2要差．这就验证了潘涛 等［7］的结论即生物膜厚度最佳在100μm． 2∙2 生物膜形成的影响因素 生物膜的培养受很多过程的影响这包括微 生物在固体表面吸附和微生物从附着表面的解 吸、微生物在表面的附着及生物膜的生长和脱落． 稳定状态下生物膜的生长和脱落之间的平衡决 定着生物膜的物理结构从而确定了沉降和流化 特性． 研究发现 BAS 反应器生物膜的比表面脱落 速率是裸载体浓度的函数与表面基质负荷和生 物膜厚度无关．因为在启动期间裸载体浓度减 少因此磨损的脱落率降低这导致了生物膜厚度 随时间而强烈的非线性增加．但是在本实验中 R1反应器中的膜厚度越大活性越差而生物膜 厚度增大导致生物膜颗粒在反应器中所占比例的 上升从而导致剪切力增加碰撞几率加大因而 膜的脱落率上升． Gjaltema ［89］等人对比了在纯培养和混合培 养中生物膜附着和形成载体的类型在实验室的 气体反应器中采用了悬浮载体结果清楚地表明 气体反应器的水力学特性和颗粒碰撞影响着生物 膜的形成．增加载体表面粗糙度可促进生物膜在 悬浮载体表面上的形成而载体表面的物化特性 显得并不重要．实验表明生物膜的形态很大程 度由表面负荷和所受的剪切力决定；中等程度的 表面负荷和高剪切力产生平滑而坚实的生物膜 而高表面基质负荷和低剪切力导致粗糙而松散的 生物膜；生物膜的强度也与在生物膜形成期间所 受的剪切力和基质负荷有关． 3 结论 （1） 启动的容积负荷对反应器启动影响较 大较低的容积负荷有利于启动挂膜．但是挂膜 完成后也即大约15d 左右时有机负荷不能过 低否则容易因污泥负荷低而引起丝状菌膨胀． （2） 利用间歇进水能够培养出比连续进水更 好的生物膜而生物膜活性较连续进水方式培养 的要低但是其生物量较大所以处理效率不比连 续进水低而且因为其膨胀后体积较大碰撞频 繁所以颗粒圆滑、密实． （3） 间歇进水因为排泥方式的原因载体损 失较小．但是反应器中会产生大量悬浮污泥无法 排出对反应器运行产生一定影响． 参 考 文 献 ［1］ Tang W T．Dynamics of a draft tube gas-liquid-solid fluidized bed bioreactor for phenol degradation．Chem Eng Sci1987 42（9）：2123 ［2］ 韦朝海谢波吴超飞．高浓度印染废水处理工程工艺条 件与实例分析．重庆环境科学199820（5）：14 ［3］ 周平汪诚文吴晓磊等．内循环生物流化床处理石化废 水的中试研究．环境科学199718（1）：26 ［4］ 顾国维．水污染治理技术研究．上海：同济大学出版社 1997 ［5］ 邓洪权潘永亮杨平．内循环三相生物流化床启动特性 实验研究．环境科学与技术20015（1）：55 ［6］ 周利彭永臻．膨胀污泥沉降性能的恢复实验研究．中国 Vol．28No．4 黄青华等： 内循环三相流化床的生物膜的培养 ·333·
.334 北京科技大学学报 2006年第4期 给水排水，2004,20(6)：18 Biofilm abrasion by particle collisions in airlift reactors.Water [7]潘涛，邬扬善，王绍堂·三相生物流化床中生物膜厚度研 Sci Technol,1997,36(1):221 究.中国给水排水，1999,15(5)：51 [9]van Loosdrecht M C M.Eikelboom D.Gjaltema A,et al. [8]Gjaltema A.Vinke J L.van Loosdrecht M C M.et al. Biofilm structures.Water Sci Technol.1995.32(8)35 Cultivation of biofilms in an inner loop three phase fluidized bed HUANG Qinghua,WANG Huajun,CAO Congrong?) 1)Civil and Environmental Engineering School.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Beijing Environment Protection Scientific Research Institute,Beijing 100037.China ABSTRACI This paper studied the situation of cultivating the biofilms with two different flow modes in an inner loop three phase fluidized bed.The results showed that the diameter of the biofilm formed in a se- quencing batch reactor(SBR)could increase to about 200~250/m,and that formed in a continuance reac- tor could arrive at 100/m.The former biofilm is smooth and compact,but the later has a higher activity. A lower initial loading rate makes for suspension membrane,and in the successive process,the loading rate can not be excessively low.Otherwise filamentous colonies expand because of the low loading rate.The biomass density of active sludge with SBR mode could increase to 9.65gL 92.7%of which is attach- ment biofilm,and the loading rate of COD with continuance mode could arrive at 11.45kgmd. KEY WORDS inner loop:three phase fluidized bed;biofilm cultivation
给水排水200420（6）：18 ［7］ 潘涛邬扬善王绍堂．三相生物流化床中生物膜厚度研 究．中国给水排水199915（5）：51 ［8］ Gjaltema AVinke J Lvan Loosdrecht M C Met al． Biofilm abrasion by particle collisions in airlift reactors．Water Sci Technol199736（1）：221 ［9］ van Loosdrecht M C MEikelboom DGjaltema Aet al． Biofilm structures．Water Sci Technol199532（8）35 Cultivation of biofilms in an inner loop three-phase fluidized bed HUA NG Qinghua 1）WA NG Huajun 1）CAO Congrong 2） 1） Civil and Environmental Engineering SchoolUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） Beijing Environment Protection Scientific Research InstituteBeijing100037China ABSTRACT This paper studied the situation of cultivating the biofilms with two different flow modes in an inner loop three-phase fluidized bed．The results showed that the diameter of the biofilm formed in a sequencing batch reactor （SBR） could increase to about200～250μmand that formed in a continuance reactor could arrive at 100μm．The former biofilm is smooth and compactbut the later has a higher activity． A lower initial loading rate makes for suspension membraneand in the successive processthe loading rate can not be excessively low．Otherwise filamentous colonies expand because of the low loading rate．The biomass density of active sludge with SBR mode could increase to9∙65g·L －192∙7％ of which is attachment biofilmand the loading rate of COD with continuance mode could arrive at 11∙45kg·m －3·d －1． KEY WORDS inner loop；three-phase fluidized bed；biofilm cultivation ·334· 北 京 科 技 大 学 学 报 2006年第4期
