SBBR與SBR氧傳質(zhì)特性比較研究

1、SBBR與SBR氧傳質(zhì)特性比較研究摘要：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AComparativeStudyofOxygenMassTransferPerformancesofSBBRandSBRAbstract:AerationtestsofcleanwaterwithSBBRandSBRweremadeunderthesamet

2、estingconditions.Itisshownbytheresultsofacomparativestudyofoxygenmasstransferperformancesthatwhentheintensityoftheaerationwas0.3m3/hthevaluesof(KLa)20andEo2ofSBBRwererespectively1.59timesthevaluesofthe(KLa)20andEo2ofSBRandthatSBBRhasabetteroxygenmasstransfercapabilityandahisheroxygentransferefficien

3、cyKeywords：sewagetreatment；aerationintensity；oxygenmasstransfer；activatedsludge；biomembranereactor序批式生物膜反應(yīng)器(SequencingBiofilmBatchReactors)簡稱SBBR，又稱膜SBR(BSBR)1，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)，對兩個(gè)反應(yīng)器的氧傳質(zhì)特性進(jìn)行了對比研究，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

4、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(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來評價(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)來計(jì)算：EO2=VKla(C*-C)/(QgO2)(4)式中：V反應(yīng)器容積，m3；Q

5、g曝氣強(qiáng)度，m3s；由于試驗(yàn)條件的*，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)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e53.2L，有效容積45.6L，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、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

6、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)器內(nèi)投加還原劑Na2S03和催化劑CoCl2進(jìn)行脫氧。Na2S03投加量按1mgL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

7、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0.12m3h增大到0.4m3h時(shí)，SB

8、R的(KLa)20加值增大了3.0倍，而SBBR的(KLa)20值增大了3.7倍。對兩種反應(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，氣泡上升速度較慢，填料對氣泡的切割、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

9、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0.18m3h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

10、，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)01.22.43.64.86.028SBBR充氧時(shí)間/min02.404.827.1310.7819.10lgC*/(C*-Ct)00.07240.15940.26840.41410.6350SBR充氧時(shí)間/min02.475.178.7514.0721.24lgC*/(C*-Ct)00.07240.15940.26840.41410.63500.18溶解氧Ct/

11、(mgL-1)01.22.43.64.06.07.07.3SBBR充氧時(shí)間/min01.563.124.686.6810.0816.3119.4328lgC*/(C*-Ct)00.07240.15940.26840.41410.63500.99501.1851SBR充氧時(shí)間/min01.472.974.777.1813.2318.9822.1527lgC*/(C*-Ct)00.07110.15610.26190.40210.61030.93191.08750.24溶解氧Ct/(mgL-1)01.22.43.64.06.07.07.3SBBR充氧時(shí)間/min01.052.123.134.506.

12、729.8215.5025.5lgC*/(C*-Ct)00.06900.15100.25230.38460.57580.85150.9727SBR充氧時(shí)間/min01.112.233.886.839.9615.3918.1327.5lgC*/(C*-Ct)00.07170.15780.26510.40800.62240.96201.13310.30溶解氧Ct/(mgL-1)01.22.43.64.06.07.07.3SBBR充氧時(shí)間/min00.871.682.523.655.307.829.1027lgC*/(C*-Ct)00.07110.15610.26190.40210.61030.93

13、191.0875SBR充氧時(shí)間/min00.982.123.626.439.3514.4417.0127.5lgC*/(C*-Ct)00.07170.15780.26510.40800.62240.96201.13310.40溶解氧Ct/(mgL-1)01.22.43.64.06.07.07.3SBBR充氧時(shí)間/min00.671.322.023.034.927.408.6427lgC*/(C*-Ct)00.07110.07110.15610.26190.40210.61030.9319SBR充氧時(shí)間/min00.781.572.624.756.9010.6712.5627.5lgC*/(C*

14、-Ct)00.07170.15780.26510.40800.62240.96201.1331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0.120.180.240.300.40(KLa)20/min-1SBBR0.06800.11990.14930.21020.2524SBR0.05880.09850.12400.13220.1790EO2/%SBBR2.853.353.123.523.17SBR2.462.752.602.212.255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時(shí)，SBBR的(KLa)20值是SBR