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污水处理曝气池是使空气与水激烈触摸的一种手段，其目的在于将空气中的氧溶解于水中，或者将水中不需要的气体和挥发性物质放逐到空气中。换言之，它是促进气体与液体之间物质交换的一种手段。它还有其他一些重要作用，如混合和拌和。空气中的氧经过曝气传递到水中，氧由气相向液相进行传质搬运，这种传质分散的理论，应用较多的是刘易斯和惠特曼提出的双膜理论。
双膜理论认为，在“气-水”界面上存在着气膜和液膜，气膜外和液膜外有空气和液体活动，属紊流状况；气膜和液膜间属层流状况，不存在对流，在一定条件下会呈现气压梯度和浓度梯度。假如液膜中氧的浓度低于水中氧的饱和浓度，空气中的氧持续向内分散透过液膜进入水体，因此液膜和气膜将成为氧传递的障碍，这便是双膜理论。显然，克服液膜障碍最有用的方法是快速变换“气-液”界面。曝气拌和正是如此，详细的做法便是：减少气泡的大小，增加气泡的数量，进步液体的紊流程度，加大曝气器的安装深度，延长气泡与液体的触摸时间。曝气设备正是根据这种做法而在污水处理中被广泛采用的。
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