微孔曝气充氧性能的影响因素研究

理论动力效率随孔径的变化情况见图5。

图5理论动力效率与孔径的关系

由图5可知，理论动力效率随孔径的增加呈先增大后减小的趋势。这是因为一方面小孔径曝气器具有较大的KLa和充氧能力，有利于充氧的进行。另一方面，一定水深下阻力损失随孔径的减小而增大。当孔径减小对阻力损失的促进作用大于氧传质作用时，理论动力效率就会随孔径的减小而降低。因此孔径较小时理论动力效率会随孔径增大而增大，并于孔径200μm处达到最大值1.91kg/(kW˙h);当孔径>200μm时，阻力损失在曝气过程中不再起主导作用，KLa和充氧能力会随着曝气器孔径的增加而减小，因而理论动力效率呈明显下降趋势。

2.4安装水深对充氧性能的影响

曝气器的安装水深对曝气充氧效果有十分显著的影响。试验研究目标是2m以下的浅水河道。已有的研究主要关注曝气器的浸没水深(即曝气器安装于池底部，通过增加水量的方式来增加水深)，试验主要针对曝气器的安装水深(即水池的水量保持不变，通过调节曝气器的安装高度找到曝气效果最佳的水深)，KLa和氧利用率随水深的变化情况见图6。

图6KLa和氧利用率随水深的变化曲线

图6表明，随着水深的增加，KLa和氧利用率均呈明显的增大趋势，KLa在水深0.8m处和水深2m处相差4倍多。这是因为水深越大，气泡在水体中的停留时间越长，气液接触时间就越长，氧传质效果越好。

因此，曝气器安装越深越有利于充氧能力和氧利用率的提高。但安装水深增加的同时阻力损失也会增加，为了克服阻力损失，就必须增加曝气量，这势必会导致能耗和运行成本的增加。因此，为了得到最佳安装水深，有必要对理论动力效率与水深的关系进行评估，见表1。

表1显示，安装水深为0.8m时理论动力效率极低，只有0.5kg/(kW˙h)，因此不宜采用浅水曝气。安装水深为1.1~1.5m范围内，由于充氧能力显著增加，而曝气器所受到的阻力作用效果不明显，因此理论动力效率快速增加。随着水深进一步增加到1.8m，阻力损失对充氧性能的影响越来越大，导致理论动力效率的增长趋于平缓，但依旧呈现增加趋势，且于安装水深为2m时，理论动力效率达到最大1.97kg/(kW˙h)。因此，对于<2m的河道，为使充氧性能最佳，宜采用底部曝气的方式。

3结论

利用静态非稳态法进行微孔曝气清水充氧试验，在试验水深(<2m)和孔径(50~1000μm)条件下，氧总传质系数KLa和氧利用率随安装水深的增大而增大;随孔径的增大而减小。在曝气量从0.5m3/h增加到3m3/h的过程中，氧总传质系数和充氧能力逐渐增大，氧利用率减小。

理论动力效率是唯一的效能指标。在试验条件下，理论动力效率随曝气量和安装水深的增加而增大，随孔径的增加先增大后减小。安装水深和孔径要合理组合才能使充氧性能达到最佳，一般情况下，水深越大选用的曝气器孔径越大。

试验结果表明不宜采用浅水曝气。在安装水深为2m处，采用0.5m3/h的曝气量和200μm孔径的曝气器可以使理论动力效率达到最大值1.97kg/(kW˙h)。

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