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
abs tract: 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
序批式生物膜反应器(sequencing biofilm batch reactors)简称sbbr，又称膜sbr(bsbr)[1]，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：ct —t时(min)溶解氧的质量浓度，mg／l；* —饱和溶解氧的质量浓度，mg／l；la —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：
lg[(c* -c0 )/(c* -ct )]=(kla /2.303)t (3)
由公式(3)即可求得kla。la )20 和氧转移效率eo2 来评价sbbr与sbr的氧传质特性[2] 。o2 可以用公式(4)来计算：
eo2 =vkla(c* -c)/(qg×ρo2) (4)
式中：v—反应器容积，m3 ；g —曝气 强度，m3 ／s；
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，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50～300m2 ／m3 ，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)，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：
4 试验结果及讨论
氧传质测定结果见表1。(kla )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。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 m3 ／h增大到0.4 m3 ／h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：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。o2 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0.18m3 ／h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 m3 ／h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。
表1 氧传质测定结果 曝气 强度
／(m
3 ·h
-1 )
反应器
项目
测定结果
水温／℃
0.12
溶解氧c
t /(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
* -c
t )
0
0.0724
0.1594
0.2684
0.4141
0.6350
sbr
充氧时间/min
0
2.47
5.17
8.75
14.07
21.24
lgc
* /(c
* -c
t )
0
0.0724
0.1594
0.2684
0.4141
0.6350
0.18
溶解氧c
t /(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
1.56
3.12
4.68
6.68
10.08
16.31
19.43
28
lgc
* /(c
* -c
t )
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
* -c
t )
0
0.0711
0.1561
0.2619
0.4021
0.6103
0.9319
1.0875
0.24
溶解氧c
t /(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
* -c
t )
0
0.0690
0.1510
0.2523
0.3846
0.5758
0.8515
0.9727
sbr
充氧时间/min
0
1.11
2.23
3.88
6.83
9.96
15.39
18.13
27.5
lgc
* /(c
* -c
t )
0
0.0717
0.1578
0.2651
0.4080
0.6224
0.9620
1.1331
0.30
溶解氧c
t /(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
lgc
* /(c
* -c
t )
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
* -c
t )
0
0.0717
0.1578
0.2651
0.4080
0.6224
0.9620
1.1331
0.40
溶解氧c
t /(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
0.67
1.32
2.02
3.03
4.92
7.40
8.64
27
lgc
* /(c
* -c
t )
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
* -c
t )
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(m
3 /h)的传质特性
0.12
0.18
0.24
0.30
0.40
(k
la )
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
e
o2 /%
sbbr
2.85
3.35
3.12
3.52
3.17
sbr
2.46
2.75
2.60
2.21
2.25
5 结论
①sbbr和sbr的(kla )20 值均随着曝气 强度的增加而增加。sbbr的(kla )20 值增长速率要比sbr(kla )20 值是sbr的快1.66倍，当曝气 强度为0.3m3 /h时，sbbr的(kla )20 值是sbr的1.59倍。o2 值随着曝气 强度增加而减少，而sbbr刚好相反，其eo2 值随着曝气 强度的增加而增加。对sbbr反应器来说，增大曝气 强度能提高氧转移效率。当曝气 强度为0.3m3 /h时，sbbr的eo2 值也是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。
参考文献：
[1]赵丽珍，廖应棋．sbr技术的研究及进展[j]．江苏理工大学学报，2001，22(3)：58—61．废水 处理原理讲义[m]北京：清华大学出版社，1985．
