推廣鑒定中微孔曝氣式增氧機增氧能力檢測方法研究

中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機械儀器研究所

□ 鐘 偉

微孔曝氣式增氧機是池塘養(yǎng)殖新型增氧設(shè)備，除了增氧功能外，還有交換上下層水體、曝氣底層水體等功能。目前，微孔曝氣增氧機還未制定相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在現(xiàn)有增氧機增氧能力試驗方法中，對曝氣增氧機的注水深度未有明確規(guī)定。而增氧能力是衡量增氧機的關(guān)鍵性能指標(biāo)。為了研究注水深度對影響微孔曝氣增氧機增氧能力的影響，本次實驗采用標(biāo)準(zhǔn)試驗水池，在相近實驗室環(huán)境條件下，探索微孔曝氣增氧機在不同注水深度時的增氧性能，為增氧能力測試提供參考。

一、材料與方法

1.材料

試驗選用一臺2.2kW微孔曝氣增氧機，包括額定風(fēng)壓24.5 kPa、額定風(fēng)量2.2 m3/min的A型羅茨風(fēng)機主機以及配套內(nèi)徑8mm、外徑15mm、總長度200m的曝氣盤。

2.方法

試驗儀器。YSI ProSolo 型溶氧儀（3 臺），精度為±0.5 mg/L；DYM3型空盒氣壓表，精度為≤2.0hPa；溫濕度計，精度±1℃；±5%RH；PS2013型電子秒表，精度1/1000秒。

試驗方法。試驗在上海松江進行，時間2019年6月。試驗按照大綱規(guī)定方法進行，試驗水池為標(biāo)準(zhǔn)增氧機試驗水池，直徑10m，試驗用水為清水(自來水)。試驗設(shè)定0.55m、0.87m、1.09m、1.19m、1.51m、1.83m六組不同注水深度，注水體積分 別 為50m3、75m3、92 m3、100m3、125 m3、150 m3，曝氣管總長度保持200m不變。

3.數(shù)據(jù)處理

為了消除不同水溫對試驗過程中試驗數(shù)據(jù)的影響，在任何水溫下的氧氣傳質(zhì)系數(shù)KLa（T）換算到20℃時氧質(zhì)量系數(shù)轉(zhuǎn)移KLa（20）

任意水溫下氧質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)KLa（T）按式（1）計算：

式中，KLa（a）是任何水溫下的氧傳質(zhì)系數(shù)，單位是h-1; C1、C2分別是t1和t2處的溶解氧值，單位為mg /L；t11和t2分別為C1、 C2讀取時間，單位為min； CS是試驗水的飽和溶解氧值，單位是m / L； T是試驗水溫，單位是℃。

根據(jù)式（2）計算在20℃水溫下的氧傳質(zhì)系數(shù)KLa（20）：

增氧能力QS按公式（3）進行計算：

式中，V為試驗用水體積，單位為m3；CS為水溫20℃時的飽和溶解氧值，標(biāo)準(zhǔn)推薦采用9.17 mg/L。

二、試驗結(jié)果

1.增氧能力

根據(jù)不同注水深度試驗測得的增氧能力曲線（圖1），可以發(fā)現(xiàn)微孔曝氣機增氧能力隨著試驗池注水深度增加而增加。表1為微孔曝氣式增氧機增氧能力試驗結(jié)果，其中注水體積為92 m3時為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的注水體積及深度。

圖1 不同注水深度時的增氧能力

表1 不同注水深度時的增氧能力

三、幾個問題討論

1.增氧能力隨水深增加而呈線性遞增

微孔曝氣系統(tǒng)由風(fēng)機、輸送管道及曝氣管等組成。凈化空氣通過管道送入養(yǎng)殖池塘底部，微孔曝氣管將空氣分散成氣泡并擴散到養(yǎng)殖水體中。在微孔曝氣過程中，所產(chǎn)生氣泡中的氧不僅通過氣—液傳質(zhì)進入水體，而且在氣泡攪拌混合作用下擴散到水體中，從而提高了氧體積傳質(zhì)系數(shù)，完成對養(yǎng)殖水體增氧。根據(jù)水處理領(lǐng)域很多水深對微孔曝氣器增氧性能影響研發(fā)現(xiàn)，水深對氧氣轉(zhuǎn)移系數(shù)有所影響，對氧氣轉(zhuǎn)移率影響較大。還有研究表明，增氧能力隨著曝氣管浸沒深度增加而增加。本次試驗結(jié)果驗證了該研究。結(jié)果顯示，注水深度對曝氣式增氧機增氧性能影響是明顯的，呈線性增加趨勢，增氧能力隨著注水深度增加而增加。分析認(rèn)為，這是因為水深增加，增大了氧分壓，從而增加傳質(zhì)推動力。此外,水深增加使得氣泡在水中停留時間延長,有利于氧的傳質(zhì)。當(dāng)試驗水池注水深度最深時，微孔曝氣增氧機增氧能力優(yōu)勢是比較明顯，接近試驗理想狀態(tài)。

2.微孔曝氣式增氧機增氧能力較強

葉輪增氧機具有增氧、曝氣和攪拌水體等功能，也是水產(chǎn)養(yǎng)殖取得高產(chǎn)、高效的必備裝備之一。清水池中微孔曝氣增氧能力比葉輪增氧機高82%。此次試驗中所選取的曝氣增氧機，在最大注水深度1.83時增氧能力為4.49kg/h，遠遠超過相同配套功率葉輪式增氧機標(biāo)準(zhǔn)3.4kg/h的水平，是其1.3倍。統(tǒng)計數(shù)據(jù)也顯示，該型式的曝氣增氧機增氧能力平均值達到5.27 kg/h，甚至超過了3.0kW的葉輪增氧機最大增氧能力（4.99kg/h）水平，其增氧能力值最高可達5.84 kg/h。與目前養(yǎng)殖市場上廣泛使用的葉輪增氧機比較，微孔曝氣式增氧機具有更高的增氧能力。

3.微孔曝氣式增氧機增氧能力試驗方法有待研究

試驗結(jié)果顯示，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定注水體積92m3，注水深度1.09m時所測試得到的數(shù)據(jù)并非該微孔曝氣式增氧機最佳增氧性能結(jié)果。當(dāng)注水深度增加時，增氧能力及動力效率數(shù)據(jù)也隨之增加。現(xiàn)行大綱中引用的《增氧機增氧能力試驗方法》標(biāo)準(zhǔn)中，其注水深度、注水體積顯然對微孔曝氣式增氧機不適用。研究認(rèn)為，影響微孔曝氣增氧機性能的因素除了注水深度還存在其他因素。研究認(rèn)為，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境及檢測條件下，影響微孔曝氣增氧機增氧速度的因素，主要有微孔曝氣管布置密度、風(fēng)機功率、曝氣管孔徑和材料等。采用相同的曝氣管，布置密度越大，增氧速度越快。這一觀點從實驗室統(tǒng)計數(shù)據(jù)得到驗證，在兩臺風(fēng)機功率一樣，試驗注水體積一樣的微孔曝氣增氧機中，曝氣管長度增加50m，增氧能力增加了0.37kg/h。現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對影響微孔曝氣式增氧機增氧性能試驗的關(guān)鍵參數(shù)均未作出詳細規(guī)定，導(dǎo)致微孔曝氣式增氧機的研究、試驗數(shù)據(jù)沒有統(tǒng)一評判標(biāo)準(zhǔn)。這阻礙了微孔曝氣式增氧機技術(shù)的推廣。因此，應(yīng)加強對微孔曝氣式增氧機增氧性能試驗方法研究，盡快制定相應(yīng)質(zhì)量評價及試驗方法的標(biāo)準(zhǔn)。

四、結(jié)論

1．微孔曝氣增氧機進行增氧性能試驗時，增加注水深度，其增氧能力也隨之增加。

2．在實驗室檢測環(huán)境條件下，微孔曝氣增氧機相比其他形式增氧機具有更強的增氧能力，特別是注水深度1.8m以上時，優(yōu)勢更加明顯。

3．《增氧機械》大綱中規(guī)定的增氧能力試驗檢測方法對于微孔曝氣增氧機的適用性有待研究。