SBBR與SBR氧傳質(zhì)特性比較研究(1)

1、SBBR與SBR氧傳質(zhì)特性比較研究(1)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。 要害詞：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 sbrabstract: aeration tests of clean water with sbbr

2、 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 a

3、nd 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序批式生物膜反應(yīng)器(sequencing biofilm batch reactors)簡稱sbbr，又稱膜sbr(bsbr)，是在sbr的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種改良工藝。由于其工藝簡單，基建、運(yùn)行費(fèi)用

4、低，處理效果好，因而受到了國內(nèi)外水處理專家的廣泛關(guān)注。筆者通過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)移的過程通常用雙膜理論來描述，可用公式（1）表示：dc/dt=kla(c*-ct)(1)式中：ctt時(shí)(min)溶解氧的質(zhì)量濃度，mgl；c*飽和溶解氧的質(zhì)量濃度，mgl；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=(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)(kl

5、a)20和氧轉(zhuǎn)移效率eo2來評(píng)價(jià)sbbr與sbr的氧傳質(zhì)特性。氧轉(zhuǎn)移效率eo2可以用公式(4)來計(jì)算：eo2=vkla(c*-c)/(qgo2)(4)式中：v反應(yīng)器容積，m3；qg曝氣強(qiáng)度，m3s；由于試驗(yàn)條件的限制，每次測量的溫度不同，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)：(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?？刂破骺煽刂七M(jìn)水、

6、厭氧、好氧、排水、閑置、排泥等操作過程。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50300m2m3，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，研究兩者氧傳質(zhì)的異同。具體操作步驟如下： 將反應(yīng)器內(nèi)注滿清水，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。 向反應(yīng)器

7、內(nèi)投加還原劑na2s03和催化劑cocl2進(jìn)行脫氧。na2s03投加量按1 mgl溶解氧加10mg/l計(jì)算。cocl2投加量為2mgl。大約1min后溶解氧測定儀指針置零，表明反應(yīng)氣內(nèi)溶解氧為零。 為了糾正每次測量的零點(diǎn)計(jì)時(shí)誤差，每次測量統(tǒng)一在溶解氧測定表盤指數(shù)升至0.1mg/l時(shí)作為充氧過程的計(jì)時(shí)零點(diǎn)。 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)測定結(jié)果見表1。(kla)20和eo2值計(jì)算結(jié)果見表2，其圖形表示見圖1。從圖1可以看出，無論是否加掛填料，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

8、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 m3h增大到0.4 m3h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值作趨勢分析，從圖1上的趨勢線可以看出，sbbr的(kla)20值趨勢線的斜率為0.6665，而sbr的(kla)20值趨勢線的斜率為0.4024，這說明sbbr的(kla)20值增長速率要比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

9、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)，由于沒有阻擋物，可以觀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，可以觀察到氣泡無法垂直上升，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)過程，并且這種效果隨曝氣強(qiáng)度增加有增大趨勢。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

10、增加。sbr反應(yīng)器內(nèi)曝氣強(qiáng)度達(dá)到0.18m3h時(shí)，eo2值達(dá)到最大，然后eo2值走勢呈下降趨勢，原因是曝氣強(qiáng)度達(dá)到0.18 m3h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)測定結(jié)果曝氣強(qiáng)度(m3h-1) 反應(yīng)器 項(xiàng)目 測定結(jié)果 水溫0.12 溶解氧ct/(mgl-1) 0 1.2 2.4 3.6 4.8 6.028sbbr 充氧時(shí)間/min 0 2.40 4.82 7.13 10.78 19.10lgc*/(c

11、*-ct) 0 0.0724 0.1594 0.2684 0.4141 0.6350sbr 充氧時(shí)間/min 0 2.47 5.17 8.75 14.07 21.24lgc*/(c*-ct) 0 0.0724 0.1594 0.2684 0.4141 0.63500.18 溶解氧ct/(mgl-1) 0 1.2 2.4 3.6 4.0 6.0 7.0 7.3sbbr 充氧時(shí)間/min 0 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 1.1851s

12、br 充氧時(shí)間/min 0 1.47 2.97 4.77 7.18 13.23 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 2.4 3.6 4.0 6.0 7.0 7.3sbbr 充氧時(shí)間/min 0 1.05 2.12 3.13 4.50 6.72 9.82 15.50 25.5lgc*/(c*-ct) 0 0.0690 0.1510 0.2523 0.3846 0.5758 0.8515 0.9727sbr 充氧時(shí)間/min 0 1

13、.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 7.3sbbr 充氧時(shí)間/min 0 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 充氧時(shí)間/min 0 0.98 2.12 3.62 6.4

14、3 9.35 14.44 17.01 27.5lgc*/(c*-ct) 0 0.0717 0.1578 0.2651 0.4080 0.6224 0.9620 1.13310.40 溶解氧ct/(mgl-1) 0 1.2 2.4 3.6 4.0 6.0 7.0 7.3sbbr 充氧時(shí)間/min 0 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 充氧時(shí)間/min 0 0.78 1.57 2.62 4.75 6.90 10.67 12.5

15、6 27.5lgc*/(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 0.2524sbr 0.0588 0.0985 0.1240 0.1322 0.1790eo2/%sbbr 2.85 3.35 3.12 3.52 3.17sbr 2.46 2.75 2.60 2.21 2.25: 1 5 結(jié)論sbbr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