Effect of orifice diameter, depth of air injection, and air flow rate on oxygen transfer in a pilot-scale, full lift, hypolimnetic aeratorA paper submitted to the Journal of Environmental Engineering and Science

K.I. Ashley, D.S. Mavinic, K.J. Hall
2009 Canadian journal of civil engineering (Print)  
A pilot-scale, full lift, hypolimnetic aerator was used to examine the effect of diffuser pore diameter, depth of diffuser submergence, and gas flow rate on oxygen transfer, using four standard units of measure for quantifying oxygen transfer: (a) K L a 20 (h -1 ), the oxygen transfer coefficient at 20 8C; (b) SOTR (g O 2 Áh -1 ), the standard oxygen transfer rate; (c) SAE (g O2ÁkWh -1 ), the standard aeration efficiency and (d) SOTE (%), the standard oxygen transfer efficiency. Diffuser depth
more » ... 1.5 and 2.9 m) exerted a significant effect on KLa20, SOTR, SAE, and SOTE, with all units of measure increasing in response to increased diffuser depth. Both K L a 20 and SOTR responded positively to increased gas flow rates (10, 20, 30, and 40 LÁmin -1 ), whereas both SAE and SOTE responded negatively. Orifice diameter (140, 400, and 800 mm) exerted a significant effect on K L a 20 , SOTR, SAE, and SOTE, with all units of measure increasing with decreasing orifice size. These experiments demonstrate how competing design factors interact to determine overall oxygen transfer rates in full lift hypolimnetic aeration systems. The practical application for full lift hypolimnetic aerator design is to maximize the surface area of the bubbles, use fine (i.e.,~140 mm) pore diameter diffusers, and locate the diffusers at the maximum practical depth. Résumé : Un aérateur hypolimnique à levée complète construit à l'échelle pilote a été utilisé pour étudier l'effet du diamètre des pores du diffuseur, de la profondeur de submersion du diffuseur et du débit de gaz sur le transfert d'oxygène. L'aérateur utilise quatre unités standard de mesure afin de quantifier le transfert d'oxygène : (a) le coefficient de transfert d'oxygène à 20 8C, KLa20 (h -1 ); (b) le taux de transfert d'oxygène standard (SOTR) (g O2Áh -1 ); (c) l'efficacité d'aération standard (SAE) (g O 2 ÁkWh -1 ) et (d) l'efficacité du transfert d'oxygène standard (SOTE) (%). La profondeur du diffuseur (1,5 m et 2,9 m) avait un impact important sur le K L a 20 , le SOTR, la SAE et la SOTE, et la réponse de toutes les unités de mesure augmentait avec l'augmentation de la profondeur du diffuseur. Le K L a 20 et le SOTR ont répondu de manière positive à l'augmentation des débits de gaz (10, 20, 30 et 40 L . min -1 ), alors que la SAE et la SOTE ont répondu de manière négative. Le diamètre des orifices (140, 400 et 800 mm) avait un impact important sur le K L a 20 , le SOTR, la SAE et la SOTE, la réponse de toutes les unités de mesure augmentait avec la diminution de la dimension des orifices. Ces expériences démontrent l'interaction entre les facteurs de conception pour déterminer les taux de transfert global de l'oxygène dans les systèmes d'aération hypolimniques à levée complète. L'utilisation pratique de cette conception d'aérateur hypolimnique à levée complète est de maximiser la surface active des bulles, d'utiliser des diffuseurs avec un diamètre de pores fin (c.-à-d.~140 mm) et de localiser les diffuseurs à la profondeur maximale pratique.
doi:10.1139/s08-047 fatcat:3q33rpoevjhrtgiwfxn6i54vo4