推广鉴定中微孔曝气式增氧机增氧能力检测方法研究

中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所

□ 钟 伟

微孔曝气式增氧机是池塘养殖新型增氧设备，除了增氧功能外，还有交换上下层水体、曝气底层水体等功能。目前，微孔曝气增氧机还未制定相关行业标准，在现有增氧机增氧能力试验方法中，对曝气增氧机的注水深度未有明确规定。而增氧能力是衡量增氧机的关键性能指标。为了研究注水深度对影响微孔曝气增氧机增氧能力的影响，本次实验采用标准试验水池，在相近实验室环境条件下，探索微孔曝气增氧机在不同注水深度时的增氧性能，为增氧能力测试提供参考。

一、材料与方法

1.材料

试验选用一台2.2kW微孔曝气增氧机，包括额定风压24.5 kPa、额定风量2.2 m3/min的A型罗茨风机主机以及配套内径8mm、外径15mm、总长度200m的曝气盘。

2.方法

试验仪器。YSI ProSolo 型溶氧仪（3 台），精度为±0.5 mg/L；DYM3型空盒气压表，精度为≤2.0hPa；温湿度计，精度±1℃；±5%RH；PS2013型电子秒表，精度1/1000秒。

试验方法。试验在上海松江进行，时间2019年6月。试验按照大纲规定方法进行，试验水池为标准增氧机试验水池，直径10m，试验用水为清水(自来水)。试验设定0.55m、0.87m、1.09m、1.19m、1.51m、1.83m六组不同注水深度，注水体积分 别 为50m³、75m³、92 m³、100m³、125 m³、150 m³，曝气管总长度保持200m不变。

3.数据处理

为了消除不同水温对试验过程中试验数据的影响，在任何水温下的氧气传质系数KLa（T）换算到20℃时氧质量系数转移KLa（20）

任意水温下氧质量转移系数KLa（T）按式（1）计算：

式中，KLa（a）是任何水温下的氧传质系数，单位是h-1; C1、C2分别是t1和t2处的溶解氧值，单位为mg /L；t11和t2分别为C1、 C2读取时间，单位为min； CS是试验水的饱和溶解氧值，单位是m / L； T是试验水温，单位是℃。

根据式（2）计算在20℃水温下的氧传质系数KLa（20）：

增氧能力QS按公式（3）进行计算：

式中，V为试验用水体积，单位为m3；CS为水温20℃时的饱和溶解氧值，标准推荐采用9.17 mg/L。

二、试验结果

1.增氧能力

根据不同注水深度试验测得的增氧能力曲线（图1），可以发现微孔曝气机增氧能力随着试验池注水深度增加而增加。表1为微孔曝气式增氧机增氧能力试验结果，其中注水体积为92 m³时为标准规定的注水体积及深度。

图1 不同注水深度时的增氧能力

表1 不同注水深度时的增氧能力

三、几个问题讨论

1.增氧能力随水深增加而呈线性递增

微孔曝气系统由风机、输送管道及曝气管等组成。净化空气通过管道送入养殖池塘底部，微孔曝气管将空气分散成气泡并扩散到养殖水体中。在微孔曝气过程中，所产生气泡中的氧不仅通过气—液传质进入水体，而且在气泡搅拌混合作用下扩散到水体中，从而提高了氧体积传质系数，完成对养殖水体增氧。根据水处理领域很多水深对微孔曝气器增氧性能影响研发现，水深对氧气转移系数有所影响，对氧气转移率影响较大。还有研究表明，增氧能力随着曝气管浸没深度增加而增加。本次试验结果验证了该研究。结果显示，注水深度对曝气式增氧机增氧性能影响是明显的，呈线性增加趋势，增氧能力随着注水深度增加而增加。分析认为，这是因为水深增加，增大了氧分压，从而增加传质推动力。此外,水深增加使得气泡在水中停留时间延长,有利于氧的传质。当试验水池注水深度最深时，微孔曝气增氧机增氧能力优势是比较明显，接近试验理想状态。

2.微孔曝气式增氧机增氧能力较强

叶轮增氧机具有增氧、曝气和搅拌水体等功能，也是水产养殖取得高产、高效的必备装备之一。清水池中微孔曝气增氧能力比叶轮增氧机高82%。此次试验中所选取的曝气增氧机，在最大注水深度1.83时增氧能力为4.49kg/h，远远超过相同配套功率叶轮式增氧机标准3.4kg/h的水平，是其1.3倍。统计数据也显示，该型式的曝气增氧机增氧能力平均值达到5.27 kg/h，甚至超过了3.0kW的叶轮增氧机最大增氧能力（4.99kg/h）水平，其增氧能力值最高可达5.84 kg/h。与目前养殖市场上广泛使用的叶轮增氧机比较，微孔曝气式增氧机具有更高的增氧能力。

3.微孔曝气式增氧机增氧能力试验方法有待研究

试验结果显示，按照标准规定注水体积92m³，注水深度1.09m时所测试得到的数据并非该微孔曝气式增氧机最佳增氧性能结果。当注水深度增加时，增氧能力及动力效率数据也随之增加。现行大纲中引用的《增氧机增氧能力试验方法》标准中，其注水深度、注水体积显然对微孔曝气式增氧机不适用。研究认为，影响微孔曝气增氧机性能的因素除了注水深度还存在其他因素。研究认为，在标准环境及检测条件下，影响微孔曝气增氧机增氧速度的因素，主要有微孔曝气管布置密度、风机功率、曝气管孔径和材料等。采用相同的曝气管，布置密度越大，增氧速度越快。这一观点从实验室统计数据得到验证，在两台风机功率一样，试验注水体积一样的微孔曝气增氧机中，曝气管长度增加50m，增氧能力增加了0.37kg/h。现行行业标准中对影响微孔曝气式增氧机增氧性能试验的关键参数均未作出详细规定，导致微孔曝气式增氧机的研究、试验数据没有统一评判标准。这阻碍了微孔曝气式增氧机技术的推广。因此，应加强对微孔曝气式增氧机增氧性能试验方法研究，尽快制定相应质量评价及试验方法的标准。

四、结论

1．微孔曝气增氧机进行增氧性能试验时，增加注水深度，其增氧能力也随之增加。

2．在实验室检测环境条件下，微孔曝气增氧机相比其他形式增氧机具有更强的增氧能力，特别是注水深度1.8m以上时，优势更加明显。

3．《增氧机械》大纲中规定的增氧能力试验检测方法对于微孔曝气增氧机的适用性有待研究。