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1、1SBBR 与 SBR 氧传质特性比较研究摘要：在试验条件相同的情况下，进行了序批式膜生物反应器 SBBR 与 SBR 的清水充氧试验，氧传质特性比较研究结果表明：当曝气强度为 0.3 立方米/小时时，SBBR 的（Kla）20 和 Eo2 的值均为 SBR 的 1.59 倍。SBBR 具有更好的氧传质能力和更高的氧转移效率。 关键词：污水处理 曝气强度 氧传质 活性污泥 生物膜反应器 A Comparative Study of Oxygen Mass Transfer Performances of SBBR and SBRAbstract: Aeration tests of clean
2、 water with SBBR and SBR were made under the same testing conditions.It is shown by the results of a comparative study of oxygen mass transfer performances that when the intensity of the aeration was 0.3m3/h the values of (KLa)20 and Eo2 of SBBR were respectively 1.59 times the values of the(KLa)20
3、and Eo2 of SBR and that SBBR has a better oxygen mass transfer capability and a hisher oxygen transfer efficiencyKey words：sewage treatment；aeration intensity；oxygen mass transfer；activated sludge；biomembrane reactor序批式生物膜反应器(Sequencing Biofilm Batch Reactors)简称 SBBR，又称膜SBR(BSBR)1，是在 SBR 的基础上发展起来的一种
4、改良工艺。由于其工艺简单，基建、运行费用低，处理效果好，因而受到了国内外水处理专家的广泛关注。笔者通过 SBBR 与 SBR 反应器的清水充氧试验，对两个反应器的氧传质特性进行了对比研究，以期为 SBBR 工艺的放大设计和工程应用提供理论基础。1 试验原理2空气中的氧向水中转移的过程通常用双膜理论来描述，可用公式（1）表示：dC/dt=Kla(C*-Ct) (1)式中：Ctt 时(min)溶解氧的质量浓度，mgL；C*饱和溶解氧的质量浓度，mgL；KLa传质系数，min-1。令 C0 及 Ct 分别代表 t=0 及 t=t 时水中溶解氧的质量浓度，由式(1)得：进行积分并整理得：lg(C*-C
5、0)/(C*-Ct)=(Kla/2.303)t (3)由公式(3)即可求得 KLa。本试验采用特性参数(KLa)20 和氧转移效率 EO2 来评价 SBBR 与 SBR 的氧传质特性2。氧转移效率 EO2 可以用公式(4)来计算：EO2=VKla(C*-C)/(QgO2) (4)式中：V反应器容积，m3；Qg曝气强度，m3s；由于试验条件的限制，每次测量的温度不同，必须进行温度修正，将(KLa)t，统一到(KLa)20，温度修正可用公式(5)2：(KLa)20=(KLa)t/1.02t-20 (5)3式中：t反应器内介质温度，；2 试验装直试验装置为两有机玻璃圆柱，内径 220mm，高 140
6、0mm，总容积 53.2 L，有效容积 45.6 L，其中一反应器内装 YCDT 立体弹性填料。生活污水间歇进入反应器，周期运行。控制器可控制进水、厌氧、好氧、排水、闲置、排泥等操作过程。试验所用生物填料为 YCDT 型立体弹性填料。该填料是一种将耐腐蚀、耐温、耐老化的拉毛丝条穿插固着在耐腐蚀、高强度的中心绳上，使丝条呈立体辐射状态均匀排列的悬挂式立体弹性填料，填料单元直径为 180mm，丝条直径 0.35mm，比表面积为 50300m2m3，孔隙率大于 99。3 试验方法进行传质特性研究时，采用了平行对比试验方法、 ，即设置两个同型号反应器，反应器一加挂填料(SBBR)而另一反应器未挂填料(
7、SBR)，在相同的操作控制条件下，研究两者氧传质的异同。具体操作步骤如下： 将反应器内注满清水，并启动空气压缩机，调节转子流量计将进气量控制在选定值上。 向反应器内投加还原剂 Na2S03 和催化剂 CoCl2 进行脱氧。Na2S03 投加量按 1 mgL 溶解氧加 10mg/L 计算。CoCl2 投加量为 2mgL。大约 1min 后溶解氧测定仪指针置零，表明反应气内溶解氧为零。 为了纠正每次测量的零点计时误差，每次测量统一在溶解氧测定表盘指数升至 0.1mg/L 时作为充氧过程的计时零点。4 反应器内溶解氧大约每增加 1mg/L，就记录下所对应的时间，直至反应器内溶解氧接近饱和。4 试验结
8、果及讨论氧传质测定结果见表 1。(KLa)20 和 EO2 值计算结果见表 2，其图形表示见图1。从图 1 可以看出，无论是否加挂填料，反应器的(KLa)20 值均随着曝气强度的增加而增加。当曝气强度较小时，两种反应器的(KLa)20 值接近，当曝气强度较大时，SBBR的(KLa)20 值明显高于 SBR，即两种反应器的(KLa)20 值随曝气强度的增加速率不同。当曝气强度从 0.12 m3h 增大到 0.4 m3h 时，SBR 的(KLa)20 加值增大了 3.0 倍，而 SBBR 的(KLa)20 值增大了 3.7 倍。对两种反应器的(KLa)20 值作趋势分析，从图 1 上的趋势线可以看
9、出，SBBR 的(KLa)20 值趋势线的斜率为0.6665，而 SBR 的(KLa)20 值趋势线的斜率为 0.4024，这说明 SBBR 的(KLa)20 值增长速率要比 SBR 的快 1.66 倍。产生这一结果的原因分析如下：当曝气强度较小时，反应器内气泡密度较小，气泡上升速度较慢，填料对气泡的切割、截留作用不明显。当曝气强度增大时，气泡密度增加，气泡上升速度加快。在 SBR 反应器内，由于没有阻挡物，可以观察到气泡几乎垂直上升。在 SBBR 反应器内，由于填料的缘故，可以观察到气泡无法垂直上升，其上升速度减缓，上升轨迹复杂、多变，反应器内气液两相扰动加剧。SBBR 反应器内随着曝气强度
10、增加，液体紊动程度增大，在加强传质的同时，气泡被填料分割加剧，较小气泡的增多增加了气液传质界面，总的结果强化了传质过程，并且这种效果随曝气强度增加有5增大趋势。故 SBBR 显示出传质优越性。从表 2 可以看出，SBR 的 EO2 值随着曝气强度增加反而减少，而 SBBR 的EO2 值随着曝气强度的增加而增加。SBR 反应器内曝气强度达到 0.18m3h 时，EO2 值达到最大，然后 EO2 值走势呈下降趋势，原因是曝气强度达到 0.18 m3h 后继续增大，氧传质效果增加不明显，而系统供氧量大大增加，造成氧转移效率逐步下降，曝气强度越大，能耗越大。SBBR 反应器不同，随着曝气强度的增加，氧
11、传质系数的增加高于供氧量的增加，因此提高了氧转移效率，从而节约了能耗。表 1 氧传质测定结果曝气强度(m3h-1)反应器项目测定结果水温0.12 溶解氧 Ct/(mgL-1) 0 1.2 2.4 3.6 4.8 6.0286SBBR充氧时间/min0 2.40 4.82 7.13 10.78 19.10lgC*/(C*-Ct) 0 0.0724 0.1594 0.2684 0.4141 0.6350SBR充氧时间/min0 2.47 5.17 8.75 14.07 21.24lgC*/(C*-Ct) 0 0.0724 0.1594 0.2684 0.4141 0.635070.18 溶解氧 C
12、t/(mgL-1) 0 1.2 2.4 3.6 4.0 6.0 7.0 7.3SBBR充氧时间/min0 1.56 3.12 4.68 6.68 10.08 16.31 19.43 28lgC*/(C*-Ct) 0 0.0724 0.1594 0.2684 0.4141 0.6350 0.9950 1.1851SBR充氧时间/min0 1.47 2.97 4.77 7.18813.23 18.98 22.15 27lgC*/(C*-Ct) 0 0.0711 0.1561 0.2619 0.4021 0.6103 0.9319 1.08750.24 溶解氧 Ct/(mgL-1) 0 1.2 2.
13、4 3.6 4.0 6.0 7.0 7.3SBBR充氧时间/min0 1.05 2.12 3.13 4.50 6.72 9.82 15.50 25.5lgC*/(C*-Ct) 0 0.0690 0.151090.2523 0.3846 0.5758 0.8515 0.9727SBR充氧时间/min0 1.11 2.23 3.88 6.83 9.96 15.39 18.13 27.5lgC*/(C*-Ct) 0 0.0717 0.1578 0.2651 0.4080 0.6224 0.9620 1.13310.30 溶解氧 Ct/(mgL-1) 0 1.2 2.4 3.6 4.0 6.0 7.0
14、 7.3SBBR充氧时间/min100 0.87 1.68 2.52 3.65 5.30 7.82 9.10 27lgC*/(C*-Ct) 0 0.0711 0.1561 0.2619 0.4021 0.6103 0.9319 1.0875SBR充氧时间/min0 0.98 2.12 3.62 6.43 9.35 14.44 17.01 27.5lgC*/(C*-Ct) 0 0.0717 0.1578 0.2651 0.4080 0.6224 0.9620 1.13310.4011溶解氧 Ct/(mgL-1) 0 1.2 2.4 3.6 4.0 6.0 7.0 7.3SBBR充氧时间/min0
15、 0.67 1.32 2.02 3.03 4.92 7.40 8.64 27lgC*/(C*-Ct) 0 0.0711 0.0711 0.1561 0.2619 0.4021 0.6103 0.9319SBR充氧时间/min0 0.78 1.57 2.62 4.75 6.90 10.671212.56 27.5lgC*/(C*-Ct) 0 0.0717 0.1578 0.2651 0.4080 0.6224 0.9620 1.1331表 2 氧传质特性参数计算结果特性参数反应器不同曝气强度(m3/h)的传质特性0.12 0.18 0.24 0.30 0.40(KLa)20 /min-1 SBB
16、R 0.0680 0.1199 0.1493 0.2102 0.2524SBR 0.0588 0.0985 0.1240130.1322 0.1790EO2 /% SBBR 2.85 3.35 3.12 3.52 3.17SBR 2.46 2.75 2.60 2.21 2.255 结论SBBR 和 SBR 的(KLa)20 值均随着曝气强度的增加而增加。SBBR 的(KLa)20 值增长速率要比 SBR(KLa)20 值是 SBR 的快 1.66 倍，当曝气强度为 0.3m3/h时，SBBR 的(KLa)20 值是 SBR 的 1.59 倍。SBR 的 EO2 值随着曝气强度增加而减少，而 SBBR 刚好相反，其 EO2 值随着曝气强度的增加而增加。对 SBBR 反应器来说，增大曝气强度能提高氧转移效率。当曝气强度为 0.3m3/h 时，SBBR 的 EO2 值也是 SBR 的 1.59 倍。SBBR 具有更好的氧传质能力和更高的氧转移效率。
