การเติมออกซิเจน

การเติมออกซิเจน (อังกฤษ: oxygenation) หรือการเติมอากาศ (Aeration) เป็นหัวใจของการทำงานของแบบใช้ออกซิเจนจากอากาศ เพราะหากระบบบำบัดน้ำเสียขาดออกซิเจน จุลินทรีย์ทั้งหลายก็ไม่สามารถทำงานได้ ถ้ามีปริมาณออกซิเจนละลายน้ำอยู่สูง ระบบก็สามารถบำบัดน้ำได้ดีหรือสามารถรับน้ำเสียได้มากขึ้น แต่เนื่องจากค่าการละลายน้ำของออกซิเจนที่ความดันบรรยากาศมีค่าต่ำย่อมจะทำให้มีแรงขับ (Driving Force) ต่ำตามไปด้วย

ดังนั้น การเพิ่มอัตราการละลายน้ำของออกซิเจนที่ความดันบรรยากาศ จึงได้แก่การเพิ่มผิวสัมผัส (Interfacia Area) ระหว่างอากาศกับน้ำให้มีค่ามากที่สุด

สภาพการทำงานโดยทั่วไปของระบบบำบัดน้ำเสีย จะมีค่าความต้องการออกซิเจนเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาตามปริมาณความต้องการออกซิเจนของจุลินทรีย์ ซึ่งขึ้นอยู่กับอัตราการไหลของน้ำเสียและความเข้มข้นของมวลสารอินทรีย์ ซึ่งในการออกแบบจะต้องเติมออกซิเจนให้แก่ระบบที่ความต้องการสูงสุดได้อย่างเพียงพอ การเติมอากาศให้กับระบบำบัดน้ำเสียสามารถเติมได้โดย

1) เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ ระบบบำบัดน้ำเสียที่ใช้การเติมอากาศแบบนี้ เช่น ระบบบ่อผึ่ง (Oxidation Ponds)ออกซิเจนจากอากาศจึงแพร่ลงบนเฉพาะที่ผิวหน้าของบ่อผึ่งเท่านั้น ถ้าหากอัตราการใช้ออกซิเจนในระบบ มีมากกว่าอัตราการแพร่ของออกซิเจนก็จะทำให้เกิดสภาวะที่เรียกว่าไร้อากาศ (Anaerobic)หรือค่าออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำมีค่าเท่ากับ 0 ในสภาวะเช่นนี้ทำให้เกิดกลิ่นเหม็นจากก๊าซไข่เน่าในระบบบำบัดน้ำเสียได้ และน้ำจะมีสีดำ การเติมอากาศวิธีนี้จึงไม่ต้องการพลังงานในการเติมอากาศ

2) โดยใช้เครื่องกลเติมอากาศ เช่น กังหันชัยพัฒนา เครื่องกลในระบบบำบัดแบบสระเติมอากาศ (Aerated Lagoon)เครื่องกลในระบบตะกอนเร่ง (Activated Sludge)เป็นต้น ซึ่งการเติมอากาศวิธีนี้จำเป็นต้องมีพลังงานมาเกี่ยวข้อง แต่ถ้าไม่มีการควบคุมที่ดี ก็จะเกิดการสูญเสียพลังงานไปโดยเปล่าประโยชน์ เครื่องกลเติมอากาศมีหน้าที่อยู่ 2 ประการ คือ หน้าที่ในการให้ออกซิเจนแก่น้ำในระบบบำบัดน้ำเสียได้อย่างพอเพียง และหน้าที่ในการกวนน้ำเพื่อให้ออกซิเจนที่ละลายน้ำอยู่กระจายออกเสมอทั่วทั้งบริเวณที่ต้องการ พลังงานที่ใช้ในการกวนนี้จะต้องมีค่าพอเหมาะสำหรับการกระจายออกซิเจนในน้ำต่อการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ เพราะถ้ากวนน้อยเกินไปจุลินทรีย์จะไม่ได้รับออกซิเจนอย่างเพียงพอ เป็นผลให้ระบบไม่สามารถทำงานได้ดีเท่าที่ควร แต่ถ้ากวนแรงเกินไปก็จะสิ้นเปลืองพลังงานโดยไม่เกิดประโยชน์ เครื่องกลเติมอากาศแต่ละชนิดมีทั้งข้อดีและข้อเสียในด้านต่างๆ ดังนั้นการออกแบบและประดิษฐ์เครื่องกลเติมอากาศ จะต้องเข้าใจหลักการทำงาน วิธีคำนวณ ตลอดจนเข้าใจถึงวิธีการทดสอบสมรรถนะในการถ่ายเทออกซิเจนลงไปในน้ำต่อพลังงาน (Performance of Oxygen Transfer in Water) หน่วยเป็นกิโลกรัมของออกซิเจน/แรงม้า-ชั่วโมง ปัจจุบันมีการใช้หัวกระจายอากาศ ช่วยในการเพิ่มประสิทธิภาพในระบบบำบัดน้ำเสียแบบต่างๆ