【中華百科全書●工學●曝氣】

楊籍富

【中華百科全書●工學●曝氣】

 

一：定義：曝氣(Aeration)為液相(如水或廢水)與氣相(如空氣、氧)接觸使兩相間之氣體為趨向平衡，而發生氣體傳輸作用。

 

如液相中溶解之某種氣體過於飽和，則經曝氣後溶解氣體，必因釋出而減少；

 

反之，如液相中某種氣體之溶解。

 

尚未達致飽和，則氣相中之該種氣體必有溶入而使液相中該種氣體增加溶解之趨勢。

 

在衛生工程上，曝氣常用為；

 

(一)加入氧氣，使二價鐵錳氧化，維持水體在好氧狀態或供氧以為微生物分解有機物之需；

 

(二)去除水中之氣體或揮發性物質，例如CO2、H2S、NH3、CH4，揮發性油類或有機物等，其目的為穩定水質，控制腐蝕，減除臭味，防止優養。

 

一般曝氣之方式可分為四類：即(一)重力曝氣：如瀑布式(Cascades)、斜板式、多盤式，填充塔等屬之；

 

(二)噴水曝氣；

 

(三)氣泡曝氣：如注入空氣式，文氏管吸氣式等；

 

(四)機械曝氣：例如滾水機，表面曝氣機、透平曝氣機。

 

二、氣體傳輸速率：一般溶解度較小之氣體(如氧、氮、二氧化碳)，氣體傳輸速率係為在液膜之擴散(Diffusion)所控制。

 

根據費克第一定律(Fick’sFirstLaw)，可推導得氣體溶入液中之質傳動力式如下所示：見方程式1式中，K為液膜之質傳係數(MassTransferCoefficient)CS為氣體之飽和溶解度C為接觸時間為t時液中之氣體濃度A為氣液交界面面積V為液相之體積Ka為液膜之總質傳係數(CS-C)即為氣體傳輸之驅動力，也是氣體在液相中未飽和之量，如驅動力為正，則為氣體溶解問題，如CS-C為負，則為氣體提除問題，由此也可知氣體之溶解或釋出，端視氣體在液相及氣相中相對濃度而定。

 

將上式積分得：見方程式2式中，C0為接觸時間0時液中之氣體濃度。

 

如Ka為已知，由此式可計算接觸時間為t時之溶解氣體濃度；

 

反之，如由試驗測定不同時間之溶解氣體值，則可推算曝氣系統氣體傳輸之速率係數Ka。

 

三、飽和溶解度：根據亨利定律(Henry’sLaw)，溶解度低之氣體在水中達平衡時之溶解度CS與其分壓P成正比，即：CS=HP式中，H為亨利係數。

 

由理想氣體之特性知氣體分壓P可以nRT/V表示，故見方程式3式中，V為氣體之體積n為氣體在體積為V中之摩耳數R為氣體常數T為絕對溫度W為氣體之分子量Cg為氣相之氣體濃度m為分配係數(DistributionCoefficient)，也是液相–氣相平衡時濃度之比，其值與水溫有關：見方程式4V0,T0,p0，分別為標準狀況下氣體之體積、絕對溫度及分壓，如水中含過多雜質，m之值也將受影響。

 

含有雜質水中之氣體飽和溶解度與清水時之比值一般以β表示之：β=Cs(waste)/cs(water)四、傳輸能力(TransferCapability)：用為表示曝氣設備之輸氣能力，通常以一大氣壓攝氏二十度無氧時之清水為準，單位為每日輸氧公斤數表示或每小時公斤氧表示，如以N表示輸氧能力，則N=KaVCs由此項資料可以據以選擇曝氣設備之形式、臺數或容量。

 

有時也可以用輸氧能量(OxygenationCapacity)，OC表曝氣設備之能量，此時OC=KaCs單位為單位時間單位體積之輸氧重量，也以攝氏二十度無氧時之清水為準。

 

五、污水生物處理之輸氧：其基本之數式表示如下：dC/dt=Ka(Csm－C)－r式中，dC/ct為輸氧速率Csm為曝氣池中深處之溶氧飽和值C為曝氣池溶氧濃度r為廢水系統之攝氧率在穩定狀態時，廢水之總質傳係數為：見方程式5因輸氧能量係以一大氣壓攝氏二十度無氧清水為準(C=0)，Csm受空氣氣泡中氧分壓及壓力之影響應予校正：見方程式6式中，CS為同溫度清水在一大氣壓時之氧溶解度，p為上升氣泡之平均分壓，H為平均壓力以水頭(公尺)表示，因廢水質傳係數與清水時之比為α，再校正溫度之影饗，則攝氏二十度清水時Ka為：見方程式7式中，θ為溫度係數，其值在一．○一四至一．○二四。

 

由前輸氧能量之定義，則攝氏二十度，D.O.為0之清水在一大氣壓時之輸氧能量應為：見方程式8空氣曝氣時，氧之傳輸效率E之百分比則可由下式計算見方程式9式中，Cs為大氣壓攝氏二十度清水氧之飽和溶解度Qa為空氣流量ρa為空氣單位體積重V為曝氣池體積一般氧之傳輸效率甚低，約為百分之六至十。

 

（楊萬發）

 

引用：http://ap6.pccu.edu.tw/Encyclopedia/data.asp?id=10016