SBBR和SBR氧传质特性对比

1、SBBR和SBR氧传质特性对比    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 SBR Abstract: Aeration tes

2、ts of clean 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

3、the(KLa)20 and Eo2 of SBR and that SBBR has a better oxygen mass transfer capability and a hisher oxygen transfer efficiency Key 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

4、，是在SBR的基础上发展起来的一种改良工艺。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 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：

5、lg(C*-C0)/(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)/(Qg×O2)(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) 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

6、，高1400mm，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(SBR)

7、，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。 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 试验结果及讨论 氧传质测定结果见表1。(KLa

8、)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上的趋势线可以看出，SBBR的(KLa)20值趋势线的斜率

9、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

10、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。    

11、表1 氧传质测定结果    曝气强度(m3·h-1) 反应器 项目 测定结果 水温    0.12 溶解氧Ct/(mg·L-1) 0 1.2 2.4 3.6 4.8 6.0     28    SBBR 充氧时间/min 0 2.40 4.82 7.13 10.78 19.10        lgC*/(C*-Ct) 0 0.0724 0.1594 0.2684 0.4141

12、0.6350        SBR 充氧时间/min 0 2.47 5.17 8.75 14.07 21.24        lgC*/(C*-Ct) 0 0.0724 0.1594 0.2684 0.4141 0.6350        0.18 溶解氧Ct/(mg·L-1) 0 1.2 2.4 3.6 4.0 6.0 7.0 7.3      SBBR

13、充氧时间/min 0 1.56 3.12 4.68 6.68 10.08 16.31 19.43 28    lgC*/(C*-Ct) 0 0.0724 0.1594 0.2684 0.4141 0.6350 0.9950 1.1851    SBR 充氧时间/min 0 1.47 2.97 4.77 7.18 13.23 18.98 22.15 27    lgC*/(C*-Ct) 0 0.0711 0.1561 0.2619 0.4021 0.6103 0.9319 1.

14、0875    0.24 溶解氧Ct/(mg·L-1) 0 1.2 2.4 3.6 4.0 6.0 7.0 7.3      SBBR 充氧时间/min 0 1.05 2.12 3.13 4.50 6.72 9.82 15.50 25.5    lgC*/(C*-Ct) 0 0.0690 0.1510 0.2523 0.3846 0.5758 0.8515 0.9727    SBR 充氧时间/min 0 1.11

15、2.23 3.88 6.83 9.96 15.39 18.13 27.5    lgC*/(C*-Ct) 0 0.0717 0.1578 0.2651 0.4080 0.6224 0.9620 1.1331    0.30 溶解氧Ct/(mg·L-1) 0 1.2 2.4 3.6 4.0 6.0 7.0 7.3      SBBR 充氧时间/min 0 0.87 1.68 2.52 3.65 5.30 7.82 9.10 27  

16、60; lgC*/(C*-Ct) 0 0.0711 0.1561 0.2619 0.4021 0.6103 0.9319 1.0875    SBR 充氧时间/min 0 0.98 2.12 3.62 6.43 9.35 14.44 17.01 27.5    lgC*/(C*-Ct) 0 0.0717 0.1578 0.2651 0.4080 0.6224 0.9620 1.1331    0.40 溶解氧Ct/(mg·L-1) 0 1.2 2.4 3.

17、6 4.0 6.0 7.0 7.3      SBBR 充氧时间/min 0 0.67 1.32 2.02 3.03 4.92 7.40 8.64 27    lgC*/(C*-Ct) 0 0.0711 0.0711 0.1561 0.2619 0.4021 0.6103 0.9319    SBR 充氧时间/min 0 0.78 1.57 2.62 4.75 6.90 10.67 12.56 27.5    lgC*/(C*

18、-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 SBBR 0.0680 0.1199 0.1493 0.2102 0.2524    SBR 0.0588 0.0985 0.1240 0.1322 0.1790    EO2/% SBBR 2.85 3.35 3.12 3.52 3.17    SBR 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(K