摘要：在試驗(yàn)條件相同的情況下，進(jìn)行了序批式膜生物反應(yīng)器SBBR與SBR的清水充氧試驗(yàn)，氧傳質(zhì)特性比較 研究 結(jié)果表明：當(dāng)曝氣強(qiáng)度為0.3立方米/小時(shí)時(shí)，SBBR的(Kla)20和Eo2的值均為SBR的1.59倍。SBBR具有更好的氧傳質(zhì)能力和更高的氧轉(zhuǎn)移效率。

關(guān)鍵詞：污水處理 曝氣強(qiáng)度 氧傳質(zhì) 活性污泥 生物膜反應(yīng)器

A Comparative Study of Oxygen Mass Transfer Performances of SBBR and SBR

Abstract: Aeration tests 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 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

序批式生物膜反應(yīng)器(Sequencing Biofilm Batch Reactors)簡(jiǎn)稱(chēng)SBBR，又稱(chēng)膜SBR(BSBR)[1]，是在SBR的基礎(chǔ)上 發(fā)展 起來(lái)的一種改良工藝。由于其工藝簡(jiǎn)單，基建、運(yùn)行費(fèi)用低，處理效果好，因而受到了國(guó)內(nèi)外水處理專(zhuān)家的廣泛關(guān)注。筆者通過(guò)SBBR與SBR反應(yīng)器的清水充氧試驗(yàn)，對(duì)兩個(gè)反應(yīng)器的氧傳質(zhì)特性進(jìn)行了對(duì)比研究，以期為SBBR工藝的放大設(shè)計(jì)和工程 應(yīng)用 提供 理論 基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)原理

空氣中的氧向水中轉(zhuǎn)移的過(guò)程通常用雙膜理論來(lái)描述，可用公式(1)表示：

dC/dt=Kla(C*-Ct)　　　　(1)

式中：Ct—t時(shí)(min)溶解氧的質(zhì)量濃度，mg/L;

C*—飽和溶解氧的質(zhì)量濃度，mg/L;

KLa—傳質(zhì)系數(shù)，min-1。

令C0及Ct分別代表t=0及t=t時(shí)水中溶解氧的質(zhì)量濃度，由式(1)得：

進(jìn)行積分并整理得：

lg[(C*-C0)/(C*-Ct)]=(Kla/2.303)t　　　　　(3)

由公式(3)即可求得KLa。

本試驗(yàn)采用特性參數(shù)(KLa)20和氧轉(zhuǎn)移效率EO2來(lái)評(píng)價(jià)SBBR與SBR的氧傳質(zhì)特性[2]。

氧轉(zhuǎn)移效率EO2可以用公式(4)來(lái) 計(jì)算 ：

EO2=VKla(C*-C)/(Qg×ρO2)　　　　　　　　　(4)

式中：V—反應(yīng)器容積，m3;

Qg—曝氣強(qiáng)度，m3/s;

由于試驗(yàn)條件的限制，每次測(cè)量的溫度不同，必須進(jìn)行溫度修正，將(KLa)t，統(tǒng)一到(KLa)20，溫度修正可用公式(5)[2]：

(KLa)20=(KLa)t/1.02t-20　　　　　(5)

式中：t—反應(yīng)器內(nèi)介質(zhì)溫度，℃;

2 試驗(yàn)裝直

試驗(yàn)裝置為兩有機(jī)玻璃圓柱，內(nèi)徑220mm，高1400mm，總?cè)莘e53.2 L，有效容積45.6 L，其中一反應(yīng)器內(nèi)裝YCDT立體彈性填料。生活污水間歇進(jìn)入反應(yīng)器，周期運(yùn)行。控制器可控制進(jìn)水、厭氧、好氧、排水、閑置、排泥等操作過(guò)程。試驗(yàn)所用生物填料為YCDT型立體彈性填料。該填料是一種將耐腐蝕、耐溫、耐老化的拉毛絲條穿插固著在耐腐蝕、高強(qiáng)度的中心繩上，使絲條呈立體輻射狀態(tài)均勻排列的懸掛式立體彈性填料，填料單元直徑為180mm，絲條直徑0.35mm，比表面積為50～300m2/m3，孔隙率大于99%。

3 試驗(yàn) 方法

進(jìn)行傳質(zhì)特性研究時(shí)，采用了平行對(duì)比試驗(yàn)方法、，即設(shè)置兩個(gè)同型號(hào)反應(yīng)器，反應(yīng)器一加掛填料(SBBR)而另一反應(yīng)器未掛填料(SBR)，在相同的操作控制條件下，研究?jī)烧哐鮽髻|(zhì)的異同。具體操作步驟如下：

① 將反應(yīng)器內(nèi)注滿(mǎn)清水，并啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計(jì)將進(jìn)氣量控制在選定值上。

② 向反應(yīng)器內(nèi)投加還原劑Na2S03和催化劑CoCl2進(jìn)行脫氧。Na2S03投加量按1 mg/L溶解氧加10mg/L計(jì)算。CoCl2投加量為2mg/L。大約1min后溶解氧測(cè)定儀指針置零，表明反應(yīng)氣內(nèi)溶解氧為零。

③ 為了糾正每次測(cè)量的零點(diǎn)計(jì)時(shí)誤差，每次測(cè)量統(tǒng)一在溶解氧測(cè)定表盤(pán)指數(shù)升至0.1mg/L時(shí)作為充氧過(guò)程的計(jì)時(shí)零點(diǎn)。

④ 反應(yīng)器內(nèi)溶解氧大約每增加1mg/L，就記錄下所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，直至反應(yīng)器內(nèi)溶解氧接近飽和。

4 試驗(yàn)結(jié)果及討論

氧傳質(zhì)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。(KLa)20和EO2值計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2，其圖形表示見(jiàn)圖1。

從圖1可以看出，無(wú)論是否加掛填料，反應(yīng)器的(KLa)20 值均隨著曝氣強(qiáng)度的增加而增加。

當(dāng)曝氣強(qiáng)度較小時(shí)，兩種反應(yīng)器的(KLa)20值接近，當(dāng)曝氣強(qiáng)度較大時(shí)，SBBR的(KLa)20值明顯高于SBR，即兩種反應(yīng)器的(KLa)20 值隨曝氣強(qiáng)度的增加速率不同。當(dāng)曝氣強(qiáng)度從0.12 m3/h增大到0.4 m3/h時(shí)，SBR的(KLa)20加值增大了3.0倍，而SBBR的(KLa)20值增大了3.7倍。對(duì)兩種反應(yīng)器的(KLa)20值作趨勢(shì) 分析 ，從圖1上的趨勢(shì)線(xiàn)可以看出，SBBR的(KLa)20值趨勢(shì)線(xiàn)的斜率為0.6665，而SBR的(KLa)20值趨勢(shì)線(xiàn)的斜率為0.4024，這說(shuō)明SBBR的(KLa)20值增長(zhǎng)速率要比SBR的快1.66倍。產(chǎn)生這一結(jié)果的原因分析如下：

當(dāng)曝氣強(qiáng)度較小時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)氣泡密度較小，氣泡上升速度較慢，填料對(duì)氣泡的切割、截留作用不明顯。當(dāng)曝氣強(qiáng)度增大時(shí)，氣泡密度增加，氣泡上升速度加快。在SBR反應(yīng)器內(nèi)，由于沒(méi)有阻擋物，可以觀(guān)察到氣泡幾乎垂直上升。在SBBR反應(yīng)器內(nèi)，由于填料的緣故，可以觀(guān)察到氣泡無(wú)法垂直上升，其上升速度減緩，上升軌跡復(fù)雜、多變，反應(yīng)器內(nèi)氣液兩相擾動(dòng)加劇。SBBR反應(yīng)器內(nèi)隨著曝氣強(qiáng)度增加，液體紊動(dòng)程度增大，在加強(qiáng)傳質(zhì)的同時(shí)，氣泡被填料分割加劇，較小氣泡的增多增加了氣液傳質(zhì)界面，總的結(jié)果強(qiáng)化了傳質(zhì)過(guò)程，并且這種效果隨曝氣強(qiáng)度增加有增大趨勢(shì)。故SBBR顯示出傳質(zhì)優(yōu)越性。

從表2可以看出，SBR的EO2值隨著曝氣強(qiáng)度增加反而減少，而SBBR的EO2值隨著曝氣強(qiáng)度的增加而增加。SBR反應(yīng)器內(nèi)曝氣強(qiáng)度達(dá)到0.18m3/h時(shí)，EO2值達(dá)到最大，然后EO2值走勢(shì)呈下降趨勢(shì)，原因是曝氣強(qiáng)度達(dá)到0.18 m3/h后繼續(xù)增大，氧傳質(zhì)效果增加不明顯，而系統(tǒng)供氧量大大增加，造成氧轉(zhuǎn)移效率逐步下降，曝氣強(qiáng)度越大，能耗越大。SBBR反應(yīng)器不同，隨著曝氣強(qiáng)度的增加，氧傳質(zhì)系數(shù)的增加高于供氧量的增加，因此提高了氧轉(zhuǎn)移效率，從而節(jié)約了能耗。

表1　 氧傳質(zhì)測(cè)定結(jié)果

曝氣強(qiáng)度 ／(m3·h-1)	反應(yīng)器	項(xiàng)目	測(cè)定結(jié)果								水溫／℃
0.12	溶解氧Ct/(mg·L-1)		0	1.2	2.4	3.6	4.8	6.0			28
	SBBR	充氧時(shí)間/min	0	2.40	4.82	7.13	10.78	19.10
		lgC*/(C*-Ct)	0	0.0724	0.1594	0.2684	0.4141	0.6350
	SBR	充氧時(shí)間/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	充氧時(shí)間/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	充氧時(shí)間/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	1.0875
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	充氧時(shí)間/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	充氧時(shí)間/min	0	1.11	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	充氧時(shí)間/min	0	0.87	1.68	2.52	3.65	5.30	7.82	9.10	27
		lgC*/(C*-Ct)	0	0.0711	0.1561	0.2619	0.4021	0.6103	0.9319	1.0875
	SBR	充氧時(shí)間/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	3.6	4.0	6.0	7.0	7.3
	SBBR	充氧時(shí)間/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	充氧時(shí)間/min	0	0.78	1.57	2.62	4.75	6.90	10.67	12.56	27.5
		lgC*/(C*-Ct)	0	0.0717	0.1578	0.2651	0.4080	0.6224	0.9620	1.1331

表2　 氧傳質(zhì)特性參數(shù)計(jì)算結(jié)果

特性參數(shù)	反應(yīng)器	不同曝氣強(qiáng)度(m3/h)的傳質(zhì)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	2.25

5 結(jié)論

①SBBR和SBR的(KLa)20值均隨著曝氣強(qiáng)度的增加而增加。SBBR的(KLa)20 值增長(zhǎng)速率要比SBR(KLa)20值是SBR的快1.66倍，當(dāng)曝氣強(qiáng)度為0.3m3/h時(shí)，SBBR的(KLa)20值是SBR的1.59倍。

②SBR的EO2值隨著曝氣強(qiáng)度增加而減少，而SBBR剛好相反，其EO2值隨著曝氣強(qiáng)度的增加而增加。對(duì)SBBR反應(yīng)器來(lái)說(shuō)，增大曝氣強(qiáng)度能提高氧轉(zhuǎn)移效率。當(dāng)曝氣強(qiáng)度為0.3m3/h時(shí)，SBBR的EO2值也是SBR的1.59倍。SBBR具有更好的氧傳質(zhì)能力和更高的氧轉(zhuǎn)移效率。

參考 文獻(xiàn) ：

[1]趙麗珍，廖應(yīng)棋.SBR技術(shù)的 研究 及進(jìn)展[J].江蘇理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，22(3)：58—61.

[2]許保玖.當(dāng)代給水與廢水處理原理講義[M]北京：清華大學(xué)出版社，1985.