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1 范围
本方法规定了化学消氧法曝气器清水充氧性能测试方法的原理、方法、装置、仪器、步骤及结果分析等内容。
本方法适用于各类曝气器化学消氧法清水充氧性能的测试。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
CJ/T 264—2007 水处理用橡胶膜微孔曝气器
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
曝气器 diffuser
用于水中充氧并起搅拌作用的气体扩散器。
3.2
标准条件 standard condition
指气体压力为1个标准大气压（0.101325 MPa）、气体温度为20 ℃、完全干燥（零湿度），水温为20 ℃。
3.3
通气量 quantity of aeration
在标准状态下，单位时间内单个曝气器充入清水中的空气量，单位m3/h。
3.4
标准氧总转移系数（kLa20） standard oxygen transfer coefficient
曝气器在标准状态、测试条件下，单位传质推动力、单位时间内向单位体积水中传递氧的数量，单位h-1。
3.5
氧饱和度（CS,T） oxygen saturation value
指在测试状态下，水温为T ℃水中氧气达到饱和状态时的溶解氧浓度值，单位mg/L。
3.6
标准氧饱和度（CS,S,T） standard oxygen saturation value
在大气压为1个标准大气压（0.101325 MPa）、水温为T ℃时的溶解氧饱和浓度值，单位mg/L。
3.7
标准氧转移速率（SOTR） standard oxygen transfer rate
曝气器在标准状态下，单位时间向溶解氧浓度为零的清水中传递的氧量，单位kg/h。
3.8
标准氧转移效率（SOTE） standard oxygen transfer efficiency
标准状态下溶入清水中的氧量与曝气器供氧量之比，单位%。
3.9
比标准氧转移效率（SSOTE） specific standard oxygen transfer efficiency
标准状态下每米水深溶入氧的百分数或每米水深供气1 m3所溶入的氧量，单位为%/m或g /（m3•m）。
3.10
理论动力效率（E） theoretical aeration efficiency
曝气器在标准状态、测试条件下，单位时间消耗1kW有用功率传递到水中的氧量，单位kg/（kW•h）。
3.11
阻力损失（RL） resistance loss
曝气器在标准通气量下的动态湿压力损失，单位Pa。测试方法见附录A。
3.12
净曝气密度 effective diffuser density
曝气器膜片（或曝气件）有效面积与服务面积的比值，单位%。其中，管式曝气器有效面积按其膜片（或曝气件）表面积的50 %计算。
4 测试方法
4.1 氧传递方程
4.1.1 曝气充氧过程基本方程式为：
(1)
将上式积分整理后有：
(2)
式中：
kLaT ——测试水温下清水实验中曝气器氧总转移系数，h-1；
CS,T ——氧饱和度，mg/L；
C ——曝气t时刻水中相应的溶解氧浓度，mg/L；
t ——曝气测试过程中的任一时刻，h。
4.1.2 记录溶解氧浓度C随曝气时间t的变化，用式（2）计算得出曝气器氧总转移系数kLaT值。
4.2 测试方法
4.2.1 采用间歇非稳态法，即测试过程中测试水池的水不进不出，在曝气过程中，水中溶解氧浓度C随曝气时间t而变。
4.2.2 间歇非稳态法又分为静态启动与动态启动两种测试方法。
4.2.3 静态启动法是指在非曝气状态投药消氧，水中溶解氧降至零后开始曝气，记录水中溶解氧浓度C随曝气时间t的变化，从而计算得出氧总转移系数kLaT值。
4.2.4 动态启动法是指在曝气状态下投药消氧，水中溶解氧浓度C降至零后升高，记录水中溶解氧浓度C随曝气时间t的变化，从而计算得出氧总转移系数kLaT值。
5 药剂
5.1 催化剂：氯化钴（CoCl2•6H2O）或其他钴盐（化学纯）。
5.2 脱氧剂：工业用亚硫酸钠（Na2SO3）。
6 测试装置
6.1 测试水池
测试水池可以是方形、圆形、长方形等。测试水池服务面积应能满足不同净曝气密度设置的要求，池内不宜有影响曝气充氧的其他构件，池深应能满足不同测试水深的要求。
注：生产验证测定可在实际生产池内进行。
6.2 布置要求
为降低曝气器测试中因产品性能差异带来的系统误差，测试所用曝气系统应满足：盘式曝气器≥16个；板式曝气器≥12个；管式曝气器≥8个。
6.3 测试仪器
6.3.1 溶解氧测量仪：最大测量误差±1 %，响应时间≤30 s。
6.3.2 气体流量计：精度±1.5 %。
6.3.3 压力变送器：精度±0.1 %。
6.3.4 液位计：测量误差±10 mm。
6.3.5 数据记录与控制系统：数据记录仪的输入信号与各个测试仪表的输出信号相匹配，测试数据实时记录误差±1 %。
6.3.6 供风系统：风量恒定，实验过程风量波动误差±2 %。
6.3.7 电导率测定仪：精度±0.5 %。
6.3.8 水温、环境温度计：精度±0.1 ℃。
6.3.9 气压测定仪：精度±2 %。
6.3.10 湿度测定仪：精度±3 %RH。
7 测试步骤及说明
7.1 测试计划制定
制定测试计划，包括曝气器布置方案设计、测试通气量和测试水位的确定及测试批次的安排等内容。
7.2 曝气器安装与活化
7.2.1 曝气器安装要求
曝气器的安装应符合安装质量的要求。整套曝气系统应保证管、阀件密封，曝气器布置均匀且整体水平度偏差≤±10 mm。
7.2.2 曝气器活化要求
在测试水位下采用最大通气量对曝气器进行不少于48 h的鼓风活化。
7.3 测试准备
7.3.1 检查水池的密封性。
7.3.2 对测试池水体积进行测量。
7.3.3 调整供风系统使出风量稳定在测试通气量。
7.3.4 溶解氧测量仪按如下要求准备：
——测试前按照操作说明对仪器进行标定。
——测试水池中至少需要均匀布置3个溶解氧探头。测试点位置离池壁至少1m，垂直高度分别为水面以下H/6（H为水深）、H/2、5H/6处。大型测试水池用6个或更多的探头。
7.4 药剂准备
7.4.1 加药量计算
7.4.1.1 催化剂投加量：以Co2+浓度0.3 mg/L～0.5 mg/L计算。当投加亚硫酸钠后，如果水中溶解氧下降速度较慢，氯化钴的投加量应逐步增加，适宜投加量建议通过实验确定。
7.4.1.2 静态启动法亚硫酸钠投加量按如下公式计算：
(3)
式中：
G ——亚硫酸钠投加量，g；
8 ——理论上消耗1g氧所需亚硫酸钠量，g/g；
C ——加药前水中溶解氧浓度，mg/L；
V ——测试水池中水的体积，m3；
K ——脱氧安全系数，一般取1.2～1.5。
7.4.1.3 动态启动法亚硫酸钠投加量按如下公式计算：
(4)
式中：
G ——亚硫酸钠投加量，g；
8 ——理论上消耗1g氧所需亚硫酸钠量，g/g；
K ——脱氧安全系数，一般取1.2～1.5；
C ——加药前水中溶解氧浓度，mg/L；
V ——测试水池中水的体积，m3；
SOTR ——曝气器的标准氧转移速率，kg/h。
TX ——从加药到完成消氧的时间，min。
7.4.2 药剂配制
7.4.2.1 用温水溶解氯化钴，并搅拌均匀。
7.4.2.2 用温水溶解亚硫酸钠，并搅拌均匀。
7.5 测试过程及判定方法
7.5.1 测试过程
采用动态启动法。曝气器在测试通气量下稳定运行后，将所配氯化钴溶液均匀投加进水中（如果在测试水池中连续测试，水中钴盐只需投加一次，氯化钴需至少提前30 min投加，以保证在投加亚硫酸钠之前氯化钴已经均匀分布于水中），再向水中投加亚硫酸钠溶液进行化学消氧，水中溶解氧浓度快速降为0 mg/L或接近于0 mg/L并稳定后，溶解氧浓度开始上升，直至溶解氧达饱和浓度CS,T停止曝气。上述过程应保证持续稳定曝气。
7.5.2 曝气终止时间判定方法
采用非线性回归进行数据处理时，当测试时间达到4/kLaT h以上或达到溶解氧从0 mg/L上升至90 % CS,T所用时间的两倍以上时，可作为曝气终止时间点。
7.6 测试要求
7.6.1 水质要求
初次测试时，测试用水中溶解性总固体≤500 mg/L；如连续测试要保证测试用水中溶解性总固体≤2000 mg/L或电导率≤3000 μS/cm。
7.6.2 水温、水位要求
7.6.2.1 测试不应在低于4 ℃的水中进行，如果在测试过程中，水温变化超过2 ℃，应重测。
7.6.2.2 测试开始前和结束曝气时的水位差应≤20 mm。
7.6.3 通气量要求
测试过程中通气量波动≤±2 %。
8 测试记录与数据处理
8.1 测试记录
可参照表1。
表1 测试记录表
测试日期：
曝气器 名称 型号 数量，个 安装高度，cm
测试条件 服务面积，m2 水深，m 水体积，m3 通气量，m3/h 测试前：
测试后：
环境参数 水温，℃ 气温，℃ 大气压力，kPa 湿度，%
药剂投加 氯化钴，g 加药前水中溶解氧，mg/L 亚硫酸钠，g
管路参数平均值 气体流量，m3/h 气体温度，℃ 气体湿度，% 压力，MPa
其他参数记录 电导率， μS/cm 饱和溶解氧，mg/L 测试开始时间 测试结束时间
测试点位 编号 1 2 3 4
位置
C-t曲线
8.2 C-t记录曲线
测试点处水中溶解氧浓度C随曝气时间t变化曲线记录如图1。
图1 C-t关系曲线
8.3 数据处理
氧总转移系数kLaT在曝气充氧过程中代表了氧的总传递性，氧传递基本方程式为
注：本标准推荐采用非线性回归法进行氧总转移系数的数据处理计算。
9 结果分析
9.1 计算标准氧总转移系数kLa20公式
按如下公式计算：
(5)
式中：
kLa20 ——标准状态测试条件下，清水实验中曝气器的氧总转移系数，h-1；
kLaT ——测试水温下清水实验中曝气器氧总转移系数，h-1；
T ——测试条件下的水温，℃；
1.024 ——温度修正系数。
9.2 计算标准氧转移速率SOTR公式
9.2.1 按如下公式计算：
(6)
式中：
SOTR ——标准氧转移速率，kg/h；
kLa20 ——标准状态测试条件下，清水实验中曝气器的氧总转移系数，h-1；
CS,20 ——20 ℃下清水中溶解氧饱和浓度，mg/L；
V ——测试水池中水的体积，m3。
9.2.2 把T ℃测定的清水实验中溶解氧饱和度CS,T换算成CS,20，可利用标准氧饱和度值并结合实际大气压P计算，公式如下：
(7)
式中：
CS,20 ——20 ℃下清水中溶解氧饱和浓度，mg/L；
CS,T ——氧饱和度，mg/L；
CS,S,20 ——20 ℃时的标准溶解氧饱和浓度，mg/L，见附录B；
CS,S,T ——标准氧饱和度，mg/L，见附录B；
0.1013 ——标准大气压值，MPa；
P ——测试时实际大气压，MPa；
9.2.3 对于鼓风曝气系统，可利用曝气器淹没水深一半处的压力近似计算CS,20，公式如下：
(8)
式中：
CS,20 ——20 ℃下清水中溶解氧饱和浓度，mg/L；
CS,S,20 ——20 ℃时的标准溶解氧饱和浓度，mg/L，见附录B；
hE ——曝气器的淹没水深，m。
9.3 计算理论动力效率E公式
9.3.1 按如下公式计算：
(9)
式中：
E ——理论动力效率，kg/(kW•h)；
SOTR ——标准氧转移速率，kg/h；
NT ——曝气器充氧时所耗理论功率，即不计管路、风机、电机损失，只考虑曝气充氧所消耗的有用功率，kW。
9.3.2 计算鼓风曝气器理论功率NT公式：
(10)
式中：
Pa ——管路气体压力，kPa；
q ——标准状态下通气量，m3/h。
9.4 计算标准氧转移效率SOTE公式
9.4.1 按如下公式计算：
(11)
式中：
SOTE ——标准氧转移效率，%；
SOTR ——标准氧转移速率，kg/h；
0.28 ——20 ℃时空气中氧的密度，kg/m3；
q ——标准状态下通气量，m3/h。
9.4.2 q按下式计算：
(12)
式中：
qb ——气体的实际流量，m3/h；
Pb ——测试时气体的绝对压力，MPa；
Tb ——测试时气体的绝对温度，K；
0.1013 ——标准大气压值，MPa；
293 ——标准温度值，K。
9.5 计算比标准氧转移效率SSOTE公式
按如下公式计算：
(13)
(14)
式中：
SSOTE ——比标准氧转移效率，g/(m3•m)或%/m；
SOTR ——标准氧转移速率，kg/h；
q ——标准状态下通气量，m3/h；
hE ——曝气器的淹没水深，m；
0.28 ——20 ℃时空气中氧的密度，kg/m3。
9.6 有效性判定
9.6.1 在1组不同通气量的曝气器清水充氧测试中，单次测试各测点的kLaT值与其均值的误差应在±5 %以内，否则应分析其原因，重新测定。
9.6.2 1组测试中3个及以上不同通气量测试对应的SOTR值的线性拟合度值R2≥0.99时，测试结果视为有效；否则同种测试条件下的重复测试应≥3次，kLaT值单次测试与重复测试平均值的误差应在±10 %以内。
10 测试报告
应包括下列各项：
——依据标准；
——样品名称、型号、数量及生产厂家；
——测试条件：池型及服务面积、水深、通气量、净曝气密度、环境参数等；
——测试结果；
——测试中发生的任何异常现象说明；
——测试单位、测试日期、测试人员。
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