利用微藻光合作用固定燃煤烟气CO₂生产高经济价值藻粉,为我国烟气CO₂减排的商业化运行提供了经济可行的技术路线选择。但是传统开放式跑道池光合反应器的CO₂气泡生成直径大和停留时间短,编织网曝气器内部结构切割CO₂气泡的动态演变过程不清楚,导致CO₂溶解利用效率低和微藻光合固碳速率不够快等技术难题。本文研制了三层交错式变孔径编织网曝气器促进CO₂转化为HCO₃^-提高利用效率,计算模拟了编织网曝气器三层交错式变孔径切割CO₂气泡的动态演变过程,将该新型曝气器应用于示范工程提高了螺旋藻光合生长固定CO₂速率。研制了三层交错式变孔径编织网曝气器减小气泡直径增加CO₂溶解度,促进CO₂转化为HCO₃^-提高利用效率和螺旋藻生物质产量。当曝气器的长径比（ε）由6增加到14时,螺旋藻生物质产量增加了73%。该曝气器在最优孔径23μm和长径比14条件下,比传统钢管曝气器的CO₂碳化效率和HCO₃^-转化为生物质效率分别提高了79%和65%,实验表明螺旋藻细胞的实际光化学效率和生物质产量分别提高了1.8倍和80%。此外,还确定了循环回水管中的最佳反应压力为0.25 MPa,入口流量为9 L/min,入口浓度为12 g/L。利用流体力学计算模拟了编织网曝气器三层交错式变孔径切割CO₂气泡的动态演变过程,实测验证了CO₂气泡生成特征及混合传质。当曝气速率为0.3L/min时,该新型曝气器的气泡生成直径比传统橡胶条曝气器和钢管曝气器分别减少了52%和72%,气泡生成时间分别减少了43%和49%。与橡胶条曝气器相比混合时间降低了64%,传质系数提高了90%。利用流体力学PBM气泡模型对安装曝气器的回水管道混合器进行计算模拟,优化调控混合器内部的气泡分布规律,得到安装该新型曝气器的混合器内部的气泡平均直径减小了71%。将研制的三层交错式变孔径编织网曝气器应用于鄂尔多斯螺旋藻固碳示范工程,显著提高了螺旋藻光合生长固定CO₂速率。使用该新型曝气器参与固碳反应产生的Na HCO3质量浓度比传统橡胶条曝气器提高了43%。采用生物质收获后的循环液曝气CO₂进行碳化反应,然后送入跑道池培养螺旋藻72 h后测试发现:螺旋藻的藻丝螺距和长度分别提高了16%和12%,螺旋藻细胞暗适应下PSII最大量子产率和单位反应中心吸收光能分别提高了21%和28%。该三层交错式变孔径编织网曝气器质优价廉不易塞孔,安装运行维护简单方便,具有非常广阔的实际工程应用前景。