流化床反响器(Fluidizedbedreactors，FBR)是应用气体或液体经过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，完成载体流态化的生物反响器。废水流经沸石、活性炭及多孔高分子聚合物等载体经吸附解吸作用去除其中的有机污染物，完成污水净化。自20世纪70年代以来，有近2000篇关于FBR的科学论文发表，特别是从1990年左右开端进入快速开展期。其中，FBR作为一种废水处置的重要技术得到普遍应用。曼哈顿学院(纽约)、美国环保署俄亥俄州辛辛那提市环境研讨实验室(MERL)和英国梅德梅纳姆水研讨中心协作初次开发了用于工业废水处理的FBR技术。1980年，英国曼彻斯特举行的WRC/UMIST会议上把FBR技术誉为近50年来废水处置范畴最重要的提升之一。20世纪80年代初，美国首个生产性范围流化床反响器在雷诺-斯巴克斯废水处置厂胜利投产。

　　尔后的10年，通用汽车公司运用了DorrOliver公司开发的12套好氧FBR工艺设备。与此同时，1982年厌氧FBR在美国马斯卡汀一家大豆蛋白工厂应运而生。1999年，DorrOliver提供两座直径9m、高8.5m的反响塔，采用FBR法处置酚醛负荷为1120kg/d的工业废水。尔后，BiothaneB。V。树立了多个二级厌氧FBR安装。Degremont.S.A公司开发了基于FBR的ANAFLUX工艺，由于污泥浓度可高达30～90kg/m3，表观升流液速可达10m/h，从而产生高效气液传质速率，使得系统十分高效。

　　依据2010年的WEF理论手册和ASCE报告，1999年建成的80多台生产性范围FBR中有三分之二用于工业废水处置;其他三分之一处置城市污水。Nicollela等以为，运用颗粒生物膜反响器是一项成熟的技术，具有成熟的设计和放大指南。实验室和中试范围工厂研讨了FBR对各种废水的处置，能让工厂将来在扩建或晋级时满足更严厉的排放规范。

　　目前FBR系统已应用于各种废水的处置处置。其主要优点，一是经过提供固液两相的高强度混合，最大限度地减少传质限制；二是可以提供微生物生长和富集的载体和介质。因而，FBR可经过高基质负荷来富集生长迟缓的微生物。特别是关于含有毒物质废水的处置有宏大优势，液相中溶液的循环稀释了进水浓度，使其对细菌到达无毒程度，并提供了完整混合的条件。FBR系统的突出优势包括污泥浓度高、附着外表积大、稀释进水浓度能减少毒物峰值的冲击效应、更高的负荷以及适用于各种处置系统的有效传质。

　　本文概述了FBR技术的新开展，主要包括：FBR别离固体产物、降流式流化床、流化床与生物膜分离、流化床与各种生物电化学系统(bioelectrochemicalsystem，BES)相分离以及厌氧-好氧系统的结合应用，以期为该类高效系统的研发提供参考。表1总结了FBR新技术的适用范围及处置优势。

　　1、FBR中固体产物的别离

　　FBR与重力沉降器一体化工艺是以FBR为根底，应用重力沉降器将冶金废水中的铁离子或硫酸盐等实施沉淀去除的生物处置工艺。来自硫化物矿物加工的湿法冶金废水中通常含有高浓度的铁离子和硫酸盐。因而，在生物浸出过程中去除废水里的铁和硫酸盐是必不可少的。Kinnunen和Puhakka应用FBR完成了高效的生物铁氧化。之后，该工艺被用于铁浸出剂的生产。坦佩尔理工大学实施的一体化生物铁氧化沉淀工艺是第一项关于FBR促进铁浸出的研讨，多余的铁和硫酸必需去除以克制不用要的铁沉淀对其他环节循环运转的负面影响，如梗塞泵、阀门、管道。同时，强酸性条件下，构成的黄钾铁矾也能对反响形成动力学障碍。如图1所示，集成系统由FBR和重力沉降器组成。

　　同样地，集成系统也用于从模仿含砷酸性废水中去除砷。经过研讨pH3.0～1.6范围对砷去除效率和沉淀物稳定性的影响，结果标明，该系统具有从生物浸出废水和强酸性矿山废水中去除砷、铁和硫酸盐的潜力。

　　2、降流式流化床：逆流化床反响器(IFBR)和逆流湍动床反响器(ITBR)

　　传统的流化床反响器采用比严重于1且可以呈向上流态化的载体资料。Nikolov和Karamanev讨论了理想生物膜反响器的特性，并在此根底上提出了一种用于生物膜研讨的逆流化床反响器(Inversefluidizedbedreactor，IFBR)。Nikolov和Karamanev依据气升原理开发的IFBR内部有一个导流筒，液体可以在反响器中循环活动，或者能够经过将液体从反响器底部再循环到顶部来完成。逆流化的另一品种型为逆流湍动床(inverseturbulentbedreactor，ITBR)，它应用从反响器顶部到底部的沼气循环来完成床层收缩

　　逆流化已被用于好氧和厌氧生物过程，例如啤酒厂废水和葡萄酒酿酒厂废水的厌氧处置、硒酸盐生物复原、酸性硫酸盐和含金属废水、好氧淀粉废水、苯酚好氧生物降解以及生物外表活性剂和青霉素的生产等。

　　相比传统的升流式流化床，降流式流化床的优势在于反响器底部可用于沉淀。Sahinkaya和Gungor提出，降流式流化床中构成的金属硫化物能够经过沉淀，在反响器底部与细胞别离。但是，研讨还发现生物复原硫酸盐和金属沉淀时，在升流式流化床反响器中应用电子供体复原硫酸盐的效率更高，而在降流式流化床反响器中会产生较多的甲烷。

　　3、流化床膜生物反响器

　　将流化床与超/微滤膜相分离，构成流化床膜生物反响器(Fluidized-bedmembranebioreactor，FB-MR)，综合了传统活性污泥法和生物膜法的优点，经过向反响器中投加一定数量的悬浮载体，提升反响器中的生物量及生物品种，改善生长迟缓的微生物的细胞停留时间，提升反响器性能。

　　Yoo等采用小试分级厌氧FBMR处置生活污水。该过程由两个独立的FBR组成，第一级是传统厌氧流化床，第二级是FBMR。反响器应用初沉后的生活污水为进水。颗粒活性炭(GAC)的流态化可削弱膜污染，使得在25℃，水力停留时间(HRT)为2.3h的条件下，连续运转192d，废水的化学需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)均匀浓度分别为25mg/L和7mg/L。反响器内所产生的甲烷生物质能大于实践能耗，具有宏大的产能潜力。

　　在另一项研讨中，Bae等经过对单级和多级厌氧FBMR的比拟(图2)，以为单级厌氧FBR可替代多级厌氧FBR以降低施工和运维本钱。在小试获得胜利后，该团队又在中试中评价了在不同温度(8～30℃)下处置生活污水的多级厌氧FBMR的工作性能，其出水COD和BOD浓度分别为23mg/L和7mg/L。在这一过程中，仅需0.23kWh/m3的运转电耗。Evans等经过对GAC载体与气相分散厌氧膜生物反响器(AnMBR)的比拟，提出了一种由一级GAC载体流化床生物反响器和二级含超滤膜的气相分散AnMBR组成的新型混合式膜反响器(MBR)。该反响器兼具GAC载体流化床可以缩短65%HRT和气相分散AnMBR中膜的性能愈加稳定的优点，使得处置办法愈加经济、有效。

　　AnMBR在中低温度下处置城市生活污水具有优势。但是，膜污染成为限制该工艺的理想问题。Duppenbecker等将玻璃珠应用于FBMR陶瓷膜中，由于玻璃微珠具有良好的冲刷作用，可显著减少膜污染。在本研讨中，外置错流膜工艺也有助于改善运转条件。

　　另一研讨中，Gao等在研讨35℃处置生活污水的一体化厌氧FBMR中发现HRT对COD去除率有显著影响，在8h、6h和4h不同HRTs下，COD去除率分别约76%、74%和54%。多项研讨标明，低温造成厌氧处置效果削弱。而MBR工艺能够提供更好的处置效能，因其可降解更多厌氧过程中产生的可溶解性微生物代谢产物(SMPs)，使其在反响器中停留更长时间。但是，低温条件下，膜污染造成膜浸透性降低仍是一个棘手问题。因而，Gao等研讨了在中低温条件下采用一体化FBMR工艺处置生活污水。在35℃、25℃和15℃条件下，COD去除率分别为74%、67%和51%。相应地，产甲烷活性分别为0.17、0.15和0.1L/(L.d)。HRT和膜通量分别在6h和7.1LMH坚持恒定。

　　FBRs与MBR工艺相分离，以便同时从废水中去除碳、氮和磷，满足日益严厉的废水排放规范。Alemu等报告称间歇式曝气FBMR工艺能够有效去除NH4+-N和COD(>98%)。近年来，许多学者在不同运转条件下对不同生物反响器基于硫和硫代硫酸盐的自养反硝化过程展开了研讨。普通的填料床生物反响器已得到应用，但系统存在传质阻力，可能造成反硝化速率较低。另外，还需从填料床出水中去除零落的生物膜。在此背景下，Zhang等应用含硫FBMR克制传质阻力，从而提升出水水质。并且添加甲醇或乙醇，开发硫自养反硝化工艺以减少硫酸盐的生成。HRT为0.5h，以甲醇和乙醇为碳源的FBMR(1.4-3.84gNO3--N/(L•d))反硝化速率明显优于固定床生物反响器。

　　4、电化学生物流化床(FB-BESs)

　　除了膜生物反响器外，流化床(FBs)还与各种生物电化学系统(BES)相分离以提升其性能。BES是一种经过阴极和阳极将电路接通，运用电场能为反响动力，应用电流和电压的变化对污染物实施氧化或复原的生物处置系统，有时系统中还含有离子交流膜将两极隔开。依据能否需求施加外加电压，BES主要可分为微生物燃料电池(MFCs)和微生物电解池(MECs)两大类。FB-BES分离生物法处置本钱低，电化学能量应用率高，有利于测定和自动控制处置难降解有机物的特性。与传统填充床生物电化学系统相比，FB-BESs可以减少梗塞问题、降低电阻和减小集电器体积，因而可应用大容量BESs提升流化运转功率密度，促进高效放电、提升电流和电功率、加强化学需氧量去除与库仑效率。

　　Huang等在酿酒废水处置过程中开发了一种应用阳极室内的流化床多孔聚合物载体发电的双室厌氧流化床微生物燃料电池(AFB-MFC)。该燃料电池的正负极均由碳纤维纸制成，经过质子交流膜将两室隔开。AFB-MFC的功率密度到达了124mW/m2，去除了80%～90%的化学需氧量。

　　Kong等开发了一种应用空气阴极和GAC或颗粒石墨作为流化床载体的单室AFB-MFC。石墨颗粒(530mW/m2)的最大功率密度高于GAC(410mW/m2)。Liu等经过比拟GAC流化床(951±10mW/m2)、GAC填料床(813±2mW/m2)和不含GAC填料床(525±1mW/m2)时的最大功率密度，证明了生物膜掩盖GAC颗粒可充任电容器，基于这一点，他们提出了在阳极室的生物膜中充电，并快速放电的可活动电极反响器。

　　图3和图4为常见流化床生物电化学系统配置示例。

　　5、厌氧-好氧流化床

　　厌氧-好氧生物流化床由英国水研讨中心开发，主要用于有机物和总氮的去除。废水首先进入厌氧床，其中的兼性菌应用有机物为电子供体，将硝酸盐复原为氮气；而在好氧床内完成硝化反响。应用高效生物反响器的厌氧-好氧系统能在较短的HRT下取得较高的COD去除率。Tavares等指出，在处置进水COD为180mg/L的模仿废水时，好氧流化床(AFB)可以在较短的HRT(30min)下取得较高的COD均匀去除率(80%)，对低浓度废水(COD100～200mg/L)具有较大的处置潜能。由于具有高pH耐受性、较少的污泥产量和稳定的COD去除才能，分离了UASB和AFB的反响器系统可以有效处置中等浓度的工业废水。处置中等浓度的模仿纺织废水(COD约为2700mg/L)时，在HRT为14h的状况下，COD去除率达75%，相关于好氧系统，污泥产量要少45%。但是，Yu等指出，带入到AFB反响器的厌氧污泥(1g挥发性悬浮固体(VS)/L)会造成反响器悬浮固体浓度的增加，降低好氧微生物的活性，实践操作中应尽可能的减少带到AFB反响器中的厌氧污泥。

　　6、结论

　　近年来，国内外研讨了FBR技术的新开展主要包括：与重力沉降组合，减少有害物质的负面影响；降流式流化床更有利于在反响器底部产生沉淀；FBR与生物膜分离，提升污泥停留时间和反响器性能；FBR与各种生物电化学系统相分离可提升其性能；结合厌氧-好氧系统能在较短的水力停留时间下取得较高的COD去除率。