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溶氧曝气作为污水好氧生物处理系统的重要工艺组成,对水处理效果起着重要作用,同时溶氧曝气也是受污染河道水质净化的主要方式,而曝气装置作为溶氧曝气工艺的核心,其充氧性能直接影响污水生物处理效果和运行能耗。本文针对水处理领域对高效、低耗充氧曝气装置的实际需求,提出了一种新型溶氧曝气装置,对其进行了气液两相流模拟和充氧性能试验,并考察了其改善污染河流水质的效果。本文研制了一种新型溶氧曝气装置,其创新点主要在于装置内部的变螺距螺旋叶片组件,气液混合物在变螺距螺旋叶片组件的作用下,形成复杂的旋转气液两相流,装置内部产生径向和轴向的压力梯度,扩大传递界面,产生二次流等复杂流动状态,有效提高氧的传质效率。同时能将流过该装置的气、水分子团及各种悬浮物和溶解于水中的大分子有机物集团切割细化,大大增强物质传递,提高对污染物的去除能力。该装置具有结构简单、体积小、不易堵塞、操作方便等特点。采用基于混合物模型、Realizable k-ε湍流模型的CFD数值模拟方法对新型溶氧曝气装置内部的气液两相流进行了稳态模拟分析,结果表明：装置内不仅存在轴向的压力梯度而且径向也存在一定的压力梯度,装置内部产生了二次流,二次流与主流叠加后,加强了气液两相流体的湍动程度,降低了气液接触界面两侧气膜和液膜的厚度,从而强化了气液两相间的传质。通过清水充氧试验测定新型溶氧曝气装置的充氧性能。结果表明新型溶氧曝气装置有较好的充氧性能,在液体流量为12mVh,气体流量为400L/h时,其氧总转移系数Las为0.39 min-1,充氧能力qc为0.0429kg/h,氧利用率ε可达32.49%。随着气体流量的增加,新型溶氧装置氧总转移系数和充氧能力逐渐增大,而氧利用率下降；增大液体流量,装置氧总转移系数、充氧能力和氧利用率均增大,但装置充氧性能表征参数随气液流量的变化并不满足线性关系。相比微孔曝气装置,在相同的气体流量下,新型溶氧曝气装置溶解氧能够达到的饱和浓度更高,且达到饱和的时间也较短,新型溶氧曝气装置的氧总转移系数、充氧能力和氧利用率大约是其的4倍。新型溶氧曝气装置改善受污染河流水质研究表明,该装置能够快速的增加水体中溶氧,消除水体异味,实现水质的净化,相比微孔曝气装置,新型溶解氧曝气装置对CODMn、氨氮、TN和TP的去除率分别高出13%、78.1%、3%、3.5%。