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曝气机主要评价指标

曝气设备中理论氧传递原理及影响因素

物质扩散速率由Fick定律得出：

曝气设备

式中，Na为物质扩散速率；d C为物质浓度；D为气相或是液相中常用的扩散系数，m2/h;dz为沿扩散方向的扩散距离。

氧溶解度可以表示为：

曝气设备

式中，CS为氧溶解度；p为氧分压；KS为溶解度常数。

根据氧传递双膜理论可知，氧气在液体中的溶解度很小，因此，液体中氧的平衡浓度实际上与氧的饱和溶解度相差不大。氧气在气相和液相中的扩散速度并不一致，在气相中的扩散速度比在液相中的扩散速度大得多，因此想要提升氧的传质速率，必须借助曝气设备，通过控制液膜来提升氧的传递速度。所以，在曝气工艺中，氧的传质公式为：

曝气设备

式中，KL为与曝气设备相关的常数；A为气液接触面积。

从理论上来说，提高氧传递速率的主要方式有两种。一是提高曝气设备常数，提高气液接触面积，即提高KL·A值。在相同的污水水体条件下，相同曝气设备的常数KL值通常是固定的，选择KL较高的曝气设备是提高样传递速率的重要方式；增加气液接触面积可以通过缩小气泡体积等方式实现，借助微气泡曝气等设备可以有效提升气液接触面积，提高氧的传递速率。二是提高氧的溶解度，即（CS-C）值。要想提高氧的溶解度，可以采用高含氧空气曝气设备，或采用纯氧进行曝气。

温度、曝气深度会影响两方阵数值，需要具体分析。

曝气设备的主要评价参数

评价曝气设备，主要采用测定特性曲线，可能地模拟和体现实际使用过程中曝气器的曝气情况，有助于曝气设备的实际使用和综合因素的全面考虑。以下几个指标同样是衡量曝气设备的重点。

充氧能力（RO）是指在单位时间内曝气设备向混合液中传输氧气的量，单位是kgO2/h。氧的利用率（EA）通常以曝气气量、密度来表示，指总供氧量中曝气系统所转移的氧量的百分比，特性曲线中横轴表示曝气气量，竖轴表示氧的密度。动力效率（Ep）是指单位能量消耗带来的曝气量，应用电能的情况下，指的是每消耗1 kW·h电所带来的曝气量，单位为kgO2/（kW·h）。

需要指出的是，在运用曝气复氧技术时，必须重视对水质改善目标的设定，重视对污水治理工程的环境经济效益评价，从而合理选择充氧设备。例如，可以分阶段制定水质改善目标，据此确定曝气所需充氧设备的能力与数量，而不必一次性配足充氧能力。逐步进行设备升级，可以有效提高设备的利用效率，以免造成资金、物力和人力的浪费。

在实际工程中，人们十分关注气水比、布气。为方便施工布置，对于黑臭水体治理中复杂的现场情况，应该引入服务面积的参数。

综合比较分析

一般情况下，曝气设备的服务面积在进行定性分析时，没有统一的定义，而且其受水体环流等可变因素的影响太大，无法建立可靠的数学模型。因此，国内外曝气机的曝气参数中往往将服务面积舍去，更多的是关注气水比和布气。对于河道和湖泊水体治理过程中采用的机械式和鼓风式曝气机，其服务面积的大小随气泡越小和氧气的有效传输距离延长而增大，在实际工程应用中可以设定一个范围，便于工程前期设计。

从工程应用角度出发，应科学量化曝气增氧在河道治理过程中的效用。评价曝气设备参数性能的指标主要是充氧能力、动力效率、氧利用率和服务面积，以指导工程前期曝气机的定量，满足治理初期水体、底泥耗氧量的需求。

对于鼓风型曝气设备性能，主要利用动力效率和氧利用率两项指标评判，因为鼓风曝气属于水下曝气，其曝气量已知，可用单位时间内转移到混合液中的氧量占总供氧量的百分比和氧的利用率来表示充氧性能；

而对于机械型曝气设备性能，主要利用动力效率和氧的转移效率来评判，因为机械型曝气设备在水面处进行曝气，这些设备在单位时间内的氧气曝气量无法进行测量和求证，只能用曝气设备在单位时间内成功转移的氧量来进行计算，即氧转移效率来表示充氧性能。

动力效率对于鼓风型和机械型曝气设备均是可求的，可同时用来表征两者的充氧性能。然而，服务面积仅用来半定量化地表征曝气设备在初期设计方案制定过程中的数量控制，初步满足河道水体前期曝气增氧的需求，而后期需要根据水体溶解氧和微生物、底泥消耗氧来实际控制曝气机的数量。

从氧利用率的角度看，微纳米曝气机的氧利用率比推流和射流曝气机高出很多，并且服务面积大很多，主要是由于微纳米曝气机的溶氧能力较强，产生的气泡直径较小且在水体中的接触面积、时间较长。

氧的转移速率与气泡的大小、液体的紊流程度以及气泡与液体的接触时间有关，气泡粒径的大小可通过选择扩散器来决定。气泡尺寸越小，则接触面积越大，将有利于KL·A值的提高，有利于氧的转移。

但是，气泡小不利于紊流，对氧的转移也有不利的影响，紊流程度大，接触充分，KL·A值增高，氧转移速率也将有所提高，气泡与液体接触时间加长有助于氧充分转移，同时气泡形成、上升、破裂和紊流都有助于气泡液膜的更新和氧的转移。