推廣鑒定中微孔曝氣式增氧機增氧能力檢測方法研究

中國水產科學研究院漁業機械儀器研究所

□ 鐘 偉

微孔曝氣式增氧機是池塘養殖新型增氧設備，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行業標準，在現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定。而增氧能力是衡量增氧機的關鍵性能指標。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，本次實驗采用標準試驗水池，在相近實驗室環境條件下，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，包括額定風壓24.5 kPa、額定風量2.2 m3/min的A型羅茨風機主機以及配套內徑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。試驗按照大綱規定方法進行，試驗水池為標準增氧機試驗水池，直徑10m，試驗用水為清水(自來水)。試驗設定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.數據處理

為了消除不同水溫對試驗過程中試驗數據的影響，在任何水溫下的氧氣傳質系數KLa（T）換算到20℃時氧質量系數轉移KLa（20）

任意水溫下氧質量轉移系數KLa（T）按式（1）計算：

式中，KLa（a）是任何水溫下的氧傳質系數，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℃。

根據式（2）計算在20℃水溫下的氧傳質系數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，標準推薦采用9.17 mg/L。

二、試驗結果

1.增氧能力

根據不同注水深度試驗測得的增氧能力曲線（圖1），可以發現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果，其中注水體積為92 m3時為標準規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

微孔曝氣系統由風機、輸送管道及曝氣管等組成。凈化空氣通過管道送入養殖池塘底部，微孔曝氣管將空氣分散成氣泡并擴散到養殖水體中。在微孔曝氣過程中，所產生氣泡中的氧不僅通過氣—液傳質進入水體，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系數，完成對養殖水體增氧。根據水處理領域很多水深對微孔曝氣器增氧性能影響研發現，水深對氧氣轉移系數有所影響，對氧氣轉移率影響較大。還有研究表明，增氧能力隨著曝氣管浸沒深度增加而增加。本次試驗結果驗證了該研究。結果顯示，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。分析認為，這是因為水深增加，增大了氧分壓，從而增加傳質推動力。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。當試驗水池注水深度最深時，微孔曝氣增氧機增氧能力優勢是比較明顯，接近試驗理想狀態。

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，也是水產養殖取得高產、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準3.4kg/h的水平，是其1.3倍。統計數據也顯示，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

試驗結果顯示，按照標準規定注水體積92m3，注水深度1.09m時所測試得到的數據并非該微孔曝氣式增氧機最佳增氧性能結果。當注水深度增加時，增氧能力及動力效率數據也隨之增加?，F行大綱中引用的《增氧機增氧能力試驗方法》標準中，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。研究認為，在標準環境及檢測條件下，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計數據得到驗證，在兩臺風機功率一樣，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?，F行行業標準中對影響微孔曝氣式增氧機增氧性能試驗的關鍵參數均未作出詳細規定，導致微孔曝氣式增氧機的研究、試驗數據沒有統一評判標準。這阻礙了微孔曝氣式增氧機技術的推廣。因此，應加強對微孔曝氣式增氧機增氧性能試驗方法研究，盡快制定相應質量評價及試驗方法的標準。

四、結論

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，優勢更加明顯。

3．《增氧機械》大綱中規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。