SBBR與SBR氧傳質(zhì)特性比較
中國污水處理工程網(wǎng) 時(shí)間：2014-5-12 15:42:11
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摘要：在試驗條件相同的情況下，進(jìn)行了序批式膜生物反應器SBBR與SBR的清水充氧試驗，氧傳質(zhì)特性比較 研究 結果表明：當曝氣強度為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)能力和更高的氧轉移效率。
序批式生物膜反應器(Sequencing Biofilm Batch Reactors)簡(jiǎn)稱(chēng)SBBR，又稱(chēng)膜SBR(BSBR)[1]，是在SBR的基礎上 發(fā)展 起來(lái)的一種改良工藝。由于其工藝簡(jiǎn)單，基建、運行費用低，處理效果好，因而受到了國內外水處理專(zhuān)家的廣泛關(guān)注。筆者通過(guò)SBBR與SBR反應器的清水充氧試驗，對兩個(gè)反應器的氧傳質(zhì)特性進(jìn)行了對比研究，以期為SBBR工藝的放大設計和工程 應用 提供 理論 基礎。
1 試驗原理
空氣中的氧向水中轉移的過(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，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。
本試驗采用特性參數(KLa)20和氧轉移效率EO2來(lái)評價(jià)SBBR與SBR的氧傳質(zhì)特性[2]。
氧轉移效率EO2可以用公式(4)來(lái) 計算 ：
EO2=VKla(C*-C)/(Qg×ρO2) (4)
式中：V—反應器容積，m3;
Qg—曝氣強度，m3/s;
由于試驗條件的限制，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—反應器內介質(zhì)溫度，℃;
2 試驗裝直
試驗裝置為兩有機玻璃圓柱，內徑220mm，高1400mm，總容積53.2 L，有效容積45.6 L，其中一反應器內裝YCDT立體彈性填料。生活污水間歇進(jìn)入反應器，周期運行�？刂破骺煽刂七M(jìn)水、厭氧、好氧、排水、閑置、排泥等操作過(guò)程。試驗所用生物填料為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(zhù)在耐腐蝕、高強度的中心繩上，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 方法
進(jìn)行傳質(zhì)特性研究時(shí)，采用了平行對比試驗方法、，即設置兩個(gè)同型號反應器，反應器一加掛填料(SBBR)而另一反應器未掛填料(SBR)，在相同的操作控制條件下，研究?jì)烧哐鮽髻|(zhì)的異同。具體操作步驟如下：
① 將反應器內注滿(mǎn)清水，并啟動(dòng)空氣壓縮機，調節轉子流量計將進(jìn)氣量控制在選定值上。
② 向反應器內投加還原劑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計算。CoCl2投加量為2mg/L。大約1min后溶解氧測定儀指針置零，表明反應氣內溶解氧為零。
③ 為了糾正每次測量的零點(diǎn)計時(shí)誤差，每次測量統一在溶解氧測定表盤(pán)指數升至0.1mg/L時(shí)作為充氧過(guò)程的計時(shí)零點(diǎn)。
④ 反應器內溶解氧大約每增加1mg/L，就記錄下所對應的時(shí)間，直至反應器內溶解氧接近飽和。
4 試驗結果及討論
氧傳質(zhì)測定結果見(jiàn)表1。(KLa)20和EO2值計算結果見(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，反應器的(KLa)20 值均隨著(zhù)曝氣強度的增加而增加。
當曝氣強度較小時(shí)，兩種反應器的(KLa)20值接近，當曝氣強度較大時(shí)，SBBR的(KLa)20值明顯高于SBR，即兩種反應器的(KLa)20 值隨曝氣強度的增加速率不同。當曝氣強度從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。對兩種反應器的(KLa)20值作趨勢 分析 ，從圖1上的趨勢線(xiàn)可以看出，SBBR的(KLa)20值趨勢線(xiàn)的斜率為0.6665，而SBR的(KLa)20值趨勢線(xiàn)的斜率為0.4024，這說(shuō)明SBBR的(KLa)20值增長(cháng)速率要比SBR的快1.66倍。產(chǎn)生這一結果的原因分析如下：
當曝氣強度較小時(shí)，反應器內氣泡密度較小，氣泡上升速度較慢，填料對氣泡的切割、截留作用不明顯。當曝氣強度增大時(shí)，氣泡密度增加，氣泡上升速度加快。在SBR反應器內，由于沒(méi)有阻擋物，可以觀(guān)察到氣泡幾乎垂直上升。在SBBR反應器內，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，上升軌跡復雜、多變，反應器內氣液兩相擾動(dòng)加劇。SBBR反應器內隨著(zhù)曝氣強度增加，液體紊動(dòng)程度增大，在加強傳質(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，總的結果強化了傳質(zhì)過(guò)程，并且這種效果隨曝氣強度增加有增大趨勢。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(zhù)曝氣強度增加反而減少，而SBBR的EO2值隨著(zhù)曝氣強度的增加而增加。SBR反應器內曝氣強度達到0.18m3/h時(shí)，EO2值達到最大，然后EO2值走勢呈下降趨勢，原因是曝氣強度達到0.18 m3/h后繼續增大，氧傳質(zhì)效果增加不明顯，而系統供氧量大大增加，造成氧轉移效率逐步下降，曝氣強度越大，能耗越大。SBBR反應器不同，隨著(zhù)曝氣強度的增加，氧傳質(zhì)系數的增加高于供氧量的增加，因此提高了氧轉移效率，從而節約了能耗。
表1 氧傳質(zhì)測定結果
| 曝氣強度 ／(m3·h-1) |
反應器 | 項目 | 測定結果 | 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 | |||
| 特性參數 | 反應器 | 不同曝氣強度(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 結論
①SBBR和SBR的(KLa)20值均隨著(zhù)曝氣強度的增加而增加。SBBR的(KLa)20 值增長(cháng)速率要比SBR(KLa)20值是SBR的快1.66倍，當曝氣強度為0.3m3/h時(shí)，SBBR的(KLa)20值是SBR的1.59倍。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
②SBR的EO2值隨著(zhù)曝氣強度增加而減少，而SBBR剛好相反，其EO2值隨著(zhù)曝氣強度的增加而增加。對SBBR反應器來(lái)說(shuō)，增大曝氣強度能提高氧轉移效率。當曝氣強度為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)能力和更高的氧轉移效率。
