曝气增氧微气泡-水界面和水体表面的氧传质的计算分析

在水产养殖池塘中微孔曝气充氧系统日益受到关注,为了探究微气泡-水界面与水表面湍动对氧传质的贡献,在不同曝气流量、不同淹没水深条件下进行了水体底部微孔曝气增氧试验。基于氧体积传质理论,采用美国土木工程协会推荐的计算模型和两区氧传质模型进行耦合求解,计算得到了水体底部微孔曝气增氧过程中气泡-水界面和水表面湍动扩散氧体积传质速率。对温度修正后的体积传质速率进行分析,结果表明,在一定的淹没水深下,气泡-水界面和水表面湍动扩散氧体积传质速率均与曝气流量成正比;而在一定的流量下,气泡-水界面和水表面湍动扩散氧体积传质速率与水深成反比。针对于浅型养殖池塘,随着曝气管淹没水深的增加,虽然水表面传质的贡献率有所下降,但是其贡献仍然很大,占到了80%以上。结合微孔曝气式增氧系统具有能耗较低、安装简单等优点,采用微孔曝气式增氧系统对浅型水域增氧和湍动混合具有较大优势,值得推广采用。     

微孔扩散器形状对曝气增氧性能影响的试验

为了探究不同形状(直线型、C型、S型和圆盘型)的微孔曝气扩散器对增氧性能的影响,在3个水深和5个曝气流量下进行了一系列的室内曝气增氧试验.结果表明:相同水深和流量下,直线型的氧体积传质系数、充氧能力、动力效率和氧利用率均最大,例如在0.7 rn水深时4个技术指标的范围值分别为0.853～1.762 h-1、8.701～17.432 g/h、4.146～6.869 kg/(kW·h)、3.257％～4.912％;而S型是最低的,其范围值分别为0.798～1.504 h-1、6.850～12.627 g/h、2.630～4.444 kg/(kW·h)、3.823％～2.339％;其次是C型和圆盘型微孔曝气扩散器,其他水深试验条件下也得到了类似的规律.由此说明直线型的增氧效果最好.为了仅探究扩散器形状对增氧性能的影响,在试验水池表面铺设薄膜阻隔了空气-自由水表面氧传质后,4种扩散器的氧体积传质系数均下降,最大的下降率分别为12.29％、8.73％、12.26％和6.74％,空气-自由水表面氧传质对不同形状的扩散器的影响程度不同.但下降后的氧体积传质系数值最高的仍是直线型,其次是C型和圆盘型,S型仍然最低;直线型、C型、圆盘型、S型在0.7 m水深下分别为1.693、1.470、1.438和1.227 h-1,在其他工况下也得到了类似的规律.因此,增氧性能最好的是直线型微孔曝气扩散器.此研究结果可为微孔曝气技术的绿色环保应用以及实际工程中对微孔扩散器形状的选取提供一定的参考价值.     

池塘微孔曝气和叶轮式增氧机的增氧性能比较

为研究池塘养殖中微孔曝气与叶轮式增氧机的增氧性能,用2种增氧机在清水池和鱼类养殖池塘中进行了增氧性能和溶氧值变化的比较研究。结果表明,在清水池中,微孔曝气的增氧能力、动力效率分别高出叶轮式增氧机82%和84%;而在鱼塘中,叶轮式增氧机对整个池塘的平均溶解氧增加值比微孔曝气高94%,且叶轮式增氧机对池塘水体有比较好的混合能力,缩小水层氧差能力比微孔曝气高出45.7%。研究表明在本鱼塘试验中,目前叶轮式增氧机是比同等功率配置的微孔曝气更合适的增氧方式。     

NaCl及生物降解活性剂对曝气灌溉水氧传输特性的影响

曝气灌溉可有效调节植物根区环境、改善土壤通气性。微咸水中NaCl的存在及活性剂添加对提高曝气灌溉的氧传质效率,实现节能高效的灌溉有重要作用。为研究NaCl介质及生物降解活性剂对纯氧曝气灌溉水氧传输特性的影响,该文采用变压分离制氧技术-氧气扩散系统-空气注射技术耦合系统,分析NaCl介质(未添加和添加)及生物降解活性剂BS1000(醇烷氧基化物质量浓度0、1、2、4 mg/L)2个因素对氧总传质系数、溶氧饱和度、流量均匀系数和溶氧均匀系数的影响。结果表明:BS1000的添加促进氧传质过程的发生,提高了曝气水中的溶氧饱和度;随着BS1000浓度增加,氧总传质系数逐渐增加,而溶氧饱和度呈现下降的趋势;BS1000质量浓度在2 mg/L及以上时,NaCl介质对氧总传质系数的增幅显著;NaCl介质对曝气水中的溶氧饱和度起到抑制作用。各组合条件下,曝气滴灌中流量均匀系数均在95%以上,溶氧均匀系数均在97%以上。添加活性剂BS1000可使氧总传质系数平均提高18.85%以上(P0.05)。无论添加NaCl与否,添加1 mg/L BS1000的溶氧饱和度均最大,故1 mg/L BS1000是适宜的活性剂添加浓度。     

循环曝气压力与活性剂浓度对滴灌带水气传输的影响

适宜的工作压力及表面活性剂浓度对循环曝气效率的提高及地下滴灌水气传输优化具有重要意义。利用循环曝气系统,设置工作压力和活性剂浓度2因素3水平共9个曝气组合,每组均进行非曝气对照试验,分析曝气组合条件对掺气比例、氧传质效率、滴灌带水气传输均匀性的影响。结果表明:循环曝气条件下,不添加活性剂时,压力提高有利于掺气比例增加,添加后,趋势相反;压力一定时,掺气比例随活性剂浓度升高而增加;滴灌带出水均匀性和出气均匀度分别在95%和70%以上;活性剂浓度及压力对氧传质系数分别起到了促进和抑制作用,活性剂的添加大大缩短了曝气时间;掺气比例计算方法能够准确反映曝气滴灌系统中水气传输特性。研究结果对循环曝气滴灌系统水气传输效率的提高及运行成本的降低有重要指导。     

气源及活性剂对曝气滴灌带水气单双向传输均匀性的影响

曝气滴灌过程中水、氧、气传输均匀性是评价曝气灌溉质量的重要指标。活性剂的添加和传输方式的优选对曝气滴灌传输过程中微气泡的存在和溶解氧的保持有重要意义。为提高水气耦合物在滴灌过程中传输的距离和均匀性,该文采用Mazzei 1078文丘里空气射流器进行曝气增氧,以空气和氧气为供试气源,研究活性剂BS1000浓度(0、1、2和4 mg/L)和传输方式(单向和双向)对曝气滴灌下水、氧、气传输特性的影响。结果表明:曝气导致单向传输下流量均匀性略有下降,但可显著提高灌溉水中溶解氧和掺气比例;随着活性剂浓度的增加,掺气比例显著增加(P0.05);活性剂的添加促进了氧气曝气下溶解氧的增加;溶氧均匀性和流量均匀性随着活性剂浓度的增加无显著性变化,但单向传输下4 mg/L BS1000的出气均匀性较未添加活性剂显著降低;双向传输的流量均匀性、溶氧均匀性和出气均匀性分别在95%、96%和67%以上,较单向传输分别平均提高14.00%、4.05%和30.64%(P0.05),是曝气滴灌长程管道传输推荐的布置方式。研究结果为曝气滴灌过程中灌溉技术参数优化和管道的科学布置提供理论依据。     

溶氧量及搅拌速率对青贮玉米秸秆微曝气水解效果的影响

为提高秸秆好氧水解的生物可降解性,试验选用切碎揉丝的青贮玉米秸秆,水解液按照体积比为10%的量添加,以水解液溶氧量(1、2、3、4、5、6mg/L)和搅拌速率(50、100r/min)为变化因素,温度控制在35～38℃、总固体为5%,进行优化设计。研究发现,进行8 d,pH值及氧化还原电位(oxidation-reduction potential,ORP)值趋近于稳定;搅拌速率为50 r/min、溶氧量为1～4 mg/L;以及搅拌速率为100 r/min、溶氧量为1～2 mg/L范围内,曝气量的提高,对脂肪酸的积累显著,且搅拌和曝气都可促进乙酸、丙酸和正丁酸的积累;搅拌速率为100 r/min,可溶性需氧量(soluble chemicaloxygendemand,s COD)的浓度整体呈现出高于搅拌速率为50 r/min时的状况;以纤维素降解为例,在搅拌速率为100 r/min条件下,溶氧为2 mg/L时,木质纤维素具有较高的降解率,达到48%。     

一种新型鼓泡曝气装置的研究

一种由增强ＰＶＣ材料制成的微孔曝气软管，外径２５ｍｍ，其管壁上有不通的锥孔，锥顶接近外表面，大端孔径０．０５ｍｍ，每米管长有２万个孔。在充气压力下，锥孔打开，并产生０．２５～１ｍｍ的气泡，额定过流能力为１ｍ^３／（ｈ·ｍ），试验表明该管有较高的增氧能力和增氧动力效率（４～６ｋｇ／ｋＷ·ｈ），可广泛用于污水处理和水产养殖     

微孔增氧技术在池塘养殖中的运用分析

在池塘养殖产业中,池塘中的溶氧量是在养殖过程中遇到的重大难题。目前,常规使用的增氧设备是机械式增氧,在使用过程中存在许多问题,如增氧能力不足、底层增氧量不够、增氧不均匀、消耗的能量较多、对整体水质改善效果不理想、池塘底层大量遗体残骸积累破坏水质等,而采用微孔增氧技术可以解决以上问题。基于此,介绍了微孔增氧技术的概念、研究现状、优点以及设备安装方法,分析了微孔增氧技术在池塘养殖中的应用情况。     

运行参数对倒伞曝气机曝气性能影响试验

转速、浸没深度和液位高度对倒伞曝气机曝气性能的影响较大,为了研究各影响参数协同作用下倒伞曝气机曝气性能的变化情况,该文通过试验研究了不同转速、浸没深度和液位高度对曝气性能的影响。研究表明:在相同转速时随着运行时间的增加曝气池溶解氧浓度随之增大,但增幅逐渐降低;随着转速的增加,叶轮对水的做功能力增强,提高了水面的湍动强度及水面下的复氧强度,进而缩短了曝气池达到氧饱和的时间,转速为300 r/min达到氧饱和的时间比150 r/min缩短了约57%。转速、浸没深度和液位高度的改变均会极大地影响倒伞曝气机的性能:转速的增加能够提升倒伞曝气机的标准氧总转移系数和标准充氧能力,但对于标准动力效率的提升有一个上限值,该上限值与浸没深度有关;倒伞曝气机低速运行时,浸没深度和液位高度对标准氧总转移系数和标准充氧能力的影响较小。液位高度的增加会加大倒伞曝气机的标准充氧能力和标准动力效率,但是相同液位高度下,随着转速的增加标准动力效率增幅明显小于标准充氧能力增幅,当液位高度为250 mm时,转速从150增加到300 r/min,标准充氧能力值提高2.91倍而标准动力效率提高1.22倍。该研究可为倒伞曝气机的经济运行提供参考。     

几种机械增氧方式在池塘养殖中的增氧性能比较

为评价池塘养殖中主要机械增氧方式的性能优劣,该文通过增氧清水试验和水产养殖池塘中实地试验,研究了几种机械增氧方式在清水试验中的增氧能力,动力效率和实际池塘中的溶解氧变化。结果表明,在清水中,叶轮增氧机增氧能力分别高出水车和螺旋桨增氧机4%和264%,动力效率分别高出12.7%和259%;在池塘中,叶轮增氧机对池塘水层的混合均匀时间要比水车和螺旋桨增氧机快40%,对溶解氧的增加值分别高115%和293%。叶轮增氧机综合增氧性能要高于水车和螺旋桨增氧机,螺旋桨增氧机综合增氧性能最差。该研究为在池塘养殖中合理运用机械增氧方式提供了有益的借鉴。     

基于氧传质的池塘机械增氧节能技术

该文通过对不同形式池塘机械增氧试验与分析,基于氧传质理论,提出了通过改变运行控制状况和使用方法达到池塘机械增氧设备节能的方法,试验结果表明利用该方法可节省能耗平均达4%,配合采用水层交换机械代替增氧机运行部分时间后,与传统增氧机运行方式比较,总体节省能耗达29.2%。该方法对池塘机械增氧节能运用和开展池塘智能化增氧研究具有指导意义。     

不同增氧方式对精养池塘溶氧的影响

当前对于在精养池塘中如何配制和合理使用不同机械增氧方式缺乏系统的比较研究。该文为了探讨高温季节晴好天气不同机械增氧方式对池塘溶氧全天调控的影响,试验设计如下：于夏天高温季节集中对精养池塘应用3种不同增氧方式,在晴好天气的白天和夜间进行增氧效果试验。结果发现：无论增氧机开启与否,池塘的溶氧都存在明显的昼夜起伏,且在午后出现峰值。增氧机的开启增强了上下水层交换,削减了氧差,减少了上层溶氧的逸出损失,提升了下层水体的低溶氧水平。池塘上层溶氧起伏程度大于下层,下层溶氧变化滞后于上层（下层溶氧出现峰值落后于上层约2～5 h）,且这种滞后性为增氧机运行所削弱。夜间增氧能向池塘补充溶氧,但仍不足以弥补鱼类和浮游生物的代谢、微生物的生长及有机物的氧化分解造成的溶氧损耗。单从机械增氧能力来看,叶轮式＞微孔式＞耕水机。综合分析节能和增氧效果,在精养池塘养殖环境下,白天开机增氧选择耕水机较为合适,而夜间应急增氧选择叶轮式更可取。试验通过对不同机械增氧方式增氧效果和能耗的系统比较,为合理选择和使用增氧方式提供了一定的参考价值。     

移动式太阳能增氧机的增氧性能评价

为改善池塘养殖环境,设计了一种移动式太阳能增氧机,由光伏供电装置和水面行走装置搭载涌浪机而成,能在水面沿钢丝绳移动并利用涌浪机的波浪增氧和水层交换作用,大范围扰动水体并为池塘增氧。该研究的目的是通过机械增氧效率检测、提水能力测定和池塘增氧能力测定3个试验,评估太阳能增氧机的机械增氧性能、水层交换性能和实际应用效果,以期全面了解移动增氧机增氧能力。结果表明,该移动式太阳能增氧机最大机械增氧能力为1.24 kg/h,动力效率2.59 kg/(k W·h);最大提水能力1 254.4 m3/h,提水动力效率2 613.3 m3/(k W·h);并在晴好天气白天(09:00—19:00),在对照组底层溶氧为3.1~3.8 mg/L时,大幅度提升池塘底层溶氧水平,最高时达7.8 mg/L,维持池塘上下溶氧均匀度72%~84%,极大改善了底层溶氧环境。数据表明移动式太阳能增氧机具有良好的机械增氧和水层交换性能,因而能有效改善池塘底层溶氧环境,提高上下水体溶氧均匀度。该研究结果可为太阳能增氧机的进一步推广应用提供数据支撑。