微孔曝气充氧性能的影响因素研究

式中：V——曝气池体积，m3。

氧利用率(SOTE，%)由式(4)表示。

式中：q——标准状态下曝气量，m3/h。

理论动力效率〔E，kg/(kW˙h)〕由式(5)表示。

式中：P——曝气设备功率，kW。

常用的评价曝气器充氧性能的指标有氧总传质系数KLa、充氧能力OC、氧利用率SOTE和理论动力效率E〔7〕。已有的研究较多关注于氧总传质系数、充氧能力和氧利用率的变化趋势，对理论动力效率的研究较少〔8,9〕。理论动力效率作为唯一的效能指标〔10〕，能够反映出曝气过程中的能耗问题，是本试验关注的重点。

2.2曝气量对充氧性能的影响

试验采用孔径200μm曝气器底部2m处曝气的方式对不同曝气量下的充氧性能进行评估，结果见图2。

图2KLa及氧利用率随曝气量的变化情况

由图2可知，KLa随曝气量的增加而逐渐增大。主要是因为曝气量越大，气液接触面积增大，充氧效率提高。另一方面，有研究者发现氧利用率随曝气量的增加而减小，本试验也发现了类似情况。这是因为在一定水深下，曝气量较小时增加了气泡在水中的停留时间，气液接触时间延长;曝气量较大时对水体扰动较强，大部分氧气未有效利用，最终以气泡形式从水面释放到空气中。本试验得出的氧利用率与文献相比不高，可能是反应器高度不够，大量氧气未与水体接触便逸出，降低了氧利用率。

理论动力效率(E)随曝气量的变化情况见图3。

图3理论动力效率与曝气量的关系

由图3可知，理论动力效率随曝气量的增加逐渐降低。这是因为在一定水深条件下，随着曝气量的增加，标准氧转移速率增加，但鼓风机消耗的有用功增加量比标准氧转移速率的增加量更显著，因此在试验考察的曝气量范围内，理论动力效率随曝气量的增加而减小。结合图2和图3的变化趋势，可以发现曝气量为0.5m3/h时的充氧性能最佳。

2.3孔径对充氧性能的影响

孔径对气泡的形成有很大影响，孔径越大，气泡的尺寸越大〔11〕。气泡对充氧性能的影响主要表现在两个方面：一是单个气泡越小，整体气泡的比表面积越大，气液间传质接触面积越大，越有利于氧气的转移;二是气泡越大，对水体的搅动作用越强，气液之间混合越快，充氧效果越好。往往第一点在传质过程中起主要作用。试验将曝气量设定为0.5m3/h，考察孔径对KLa和氧利用率的影响，见图4。

图4KLa和氧利用率随孔径的变化曲线

由图4可知，KLa和氧利用率均随孔径的增加而减小。相同的水深和曝气量条件下，50μm孔径曝气器的KLa约是1000μm孔径曝气器的3倍。因此当曝气器安装水深一定时，孔径越小的曝气器充氧能力和氧利用率越大。

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