序批式生物膜反應器(Sequencing Biofilm Batch Reactors)簡稱SBBR，又稱膜SBR(BSBR)，是在SBR的基礎上發展起來的一種改良工藝。由于其工藝簡單，基建、運行費用低，處理效果好，因而受到了國內外水處理專家的廣泛關注。筆者通過SBBR與SBR反應器的清水充氧試驗，對兩個反應器的氧傳質特性進行了對比研究，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：Ct—t時(min)溶解氧的質量濃度，mg/L;

　　C*—飽和溶解氧的質量濃度，mg/L;

　　KLa—傳質系數，min-1。

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

　　進行積分并整理得：

　　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來評價SBBR與SBR的氧傳質特性。

　　氧轉移效率EO2可以用公式(4)來 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。生活污水間歇進入反應器，周期運行。控制器可控制進水、厭氧、好氧、排水、閑置、排泥等操作過程。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在耐腐蝕、高強度的中心繩上，使絲條呈立體輻射狀態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

　　進行傳質特性研究時，采用了平行對比試驗方法、，即設置兩個同型號反應器，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，研究兩者氧傳質的異同。具體操作步驟如下：

　　① 將反應器內注滿清水，并啟動空氣壓縮機，調節轉子流量計將進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計時誤差，每次測量統一在溶解氧測定表盤指數升至0.1mg/L時作為充氧過程的計時零點。

　　④ 反應器內溶解氧大約每增加1mg/L，就記錄下所對應的時間，直至反應器內溶解氧接近飽和。

　　序批式生物膜反應器(Sequencing Biofilm Batch Reactors)簡稱SBBR，又稱膜SBR(BSBR)，是在SBR的基礎上發展起來的一種改良工藝。由于其工藝簡單，基建、運行費用低，處理效果好，因而受到了國內外水處理專家的廣泛關注。筆者通過SBBR與SBR反應器的清水充氧試驗，對兩個反應器的氧傳質特性進行了對比研究，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：Ct—t時(min)溶解氧的質量濃度，mg/L;

　　C*—飽和溶解氧的質量濃度，mg/L;

　　KLa—傳質系數，min-1。

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

　　進行積分并整理得：

　　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來評價SBBR與SBR的氧傳質特性。

　　氧轉移效率EO2可以用公式(4)來 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。生活污水間歇進入反應器，周期運行。控制器可控制進水、厭氧、好氧、排水、閑置、排泥等操作過程。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在耐腐蝕、高強度的中心繩上，使絲條呈立體輻射狀態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

　　進行傳質特性研究時，采用了平行對比試驗方法、，即設置兩個同型號反應器，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，研究兩者氧傳質的異同。具體操作步驟如下：

　　① 將反應器內注滿清水，并啟動空氣壓縮機，調節轉子流量計將進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計時誤差，每次測量統一在溶解氧測定表盤指數升至0.1mg/L時作為充氧過程的計時零點。

　　④ 反應器內溶解氧大約每增加1mg/L，就記錄下所對應的時間，直至反應器內溶解氧接近飽和。

　　4 試驗結果及討論

　　氧傳質測定結果見表1。(KLa)20和EO2值計算結果見表2，其圖形表示見圖1。

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

　　當曝氣強度較小時，兩種反應器的(KLa)20值接近，當曝氣強度較大時，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，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。產生這一結果的原因分析如下：

　　當曝氣強度較小時，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，氣泡密度增加，氣泡上升速度加快。在SBR反應器內，由于沒有阻擋物，可以觀察到氣泡幾乎垂直上升。在SBBR反應器內，由于填料的緣故，可以觀察到氣泡無法垂直上升，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加劇。SBBR反應器內隨著曝氣強度增加，液體紊動程度增大，在加強傳質的同時，氣泡被填料分割加劇，較小氣泡的增多增加了氣液傳質界面，總的結果強化了傳質過程，并且這種效果隨曝氣強度增加有增大趨勢。故SBBR顯示出傳質優越性。

　　從表2可以看出，SBR的EO2值隨著曝氣強度增加反而減少，而SBBR的EO2值隨著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，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，隨著曝氣強度的增加，氧傳質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)01.22.43.64.86.028

　　SBBR充氧時間/min02.404.827.1310.7819.10

　　lgC*/(C*-Ct)00.07240.15940.26840.41410.6350

　　SBR充氧時間/min02.475.178.7514.0721.24

　　lgC*/(C*-Ct)00.07240.15940.26840.41410.6350

　　0.18溶解氧Ct/(mg·L-1)01.22.43.64.06.07.07.3

　　SBBR充氧時間/min01.563.124.686.6810.0816.3119.4328

　　lgC*/(C*-Ct)00.07240.15940.26840.41410.63500.99501.1851

　　SBR充氧時間/min01.472.974.777.1813.2318.9822.1527

　　lgC*/(C*-Ct)00.07110.15610.26190.40210.61030.93191.0875

　　0.24溶解氧Ct/(mg·L-1)01.22.43.64.06.07.07.3

　　SBBR充氧時間/min01.052.123.134.506.729.8215.5025.5

　　lgC*/(C*-Ct)00.06900.15100.25230.38460.57580.85150.9727

　　SBR充氧時間/min01.112.233.886.839.9615.3918.1327.5

　　lgC*/(C*-Ct)00.07170.15780.26510.40800.62240.96201.1331

　　0.30溶解氧Ct/(mg·L-1)01.22.43.64.06.07.07.3

　　SBBR充氧時間/min00.871.682.523.655.307.829.1027

　　lgC*/(C*-Ct)00.07110.15610.26190.40210.61030.93191.0875

　　SBR充氧時間/min00.982.123.626.439.3514.4417.0127.5

　　lgC*/(C*-Ct)00.07170.15780.26510.40800.62240.96201.1331

　　0.40溶解氧Ct/(mg·L-1)01.22.43.64.06.07.07.3

　　SBBR充氧時間/min00.671.322.023.034.927.408.6427

　　lgC*/(C*-Ct)00.07110.07110.15610.26190.40210.61030.9319

　　SBR充氧時間/min00.781.572.624.756.9010.6712.5627.5

　　lgC*/(C*-Ct)00.07170.15780.26510.40800.62240.96201.1331

　　表2　 氧傳質特性參數計算結果特性參數反應器不同曝氣強度(m3/h)的傳質特性

　　0.120.180.240.300.40

　　(KLa)20

　　/min-1SBBR0.06800.11990.14930.21020.2524

　　SBR0.05880.09850.12400.13220.1790

　　EO2

　　/%SBBR2.853.353.123.523.17

　　SBR2.462.752.602.212.25

　　5 結論

　　①SBBR和SBR的(KLa)20值均隨著曝氣強度的增加而增加。SBBR的(KLa)20  值增長速率要比SBR(KLa)20值是SBR的快1.66倍，當曝氣強度為0.3m3/h時，SBBR的(KLa)20值是SBR的1.59倍。具體參見http://www.dowater.com更多相關技術文檔。

　　②SBR的EO2值隨著曝氣強度增加而減少，而SBBR剛好相反，其EO2值隨著曝氣強度的增加而增加。對SBBR反應器來說，增大曝氣強度能提高氧轉移效率。當曝氣強度為0.3m3/h時，SBBR的EO2值也是SBR的1.59倍。SBBR具有更好的氧傳質能力和更高的氧轉移效率。