污水处理过程中指标的影响和控制--溶解氧（DO）篇

在污水处理中，溶解氧（Dissolved Oxygen，简称 DO）具有重要的含义。

一、溶解氧定义

溶解氧是指溶解在水中的分子态氧。单位通常为毫克 / 升（mg/L）。

二、溶解氧重要性

1.对微生物的影响

好氧微生物在污水处理过程中起着关键作用。它们利用溶解氧进行新陈代谢，将有机污染物分解为二氧化碳、水和无害的无机物。如果溶解氧含量不足，好氧微生物的活性会受到抑制，导致污水处理效果下降。

合适的溶解氧水平可以促进微生物的生长和繁殖，提高生物处理系统的稳定性和效率。

2.对处理工艺的影响

A.活性污泥法：在活性污泥系统中，溶解氧的含量直接影响污泥的沉降性能和絮凝效果。足够的溶解氧有助于形成结构良好的活性污泥絮体，提高泥水分离效果。

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B.生物膜法：对于生物膜反应器，溶解氧是生物膜内部微生物生存和代谢的必要条件。它影响着生物膜的厚度、结构和活性，进而影响污水处理效果。

3.水质指标

溶解氧含量也是衡量水体自净能力的一个重要指标。在自然水体中，溶解氧的存在可以促进水中有机物的氧化分解，维持水体的生态平衡。在污水处理后的排放中，溶解氧含量也需要达到一定标准，以确保排放水体不会对受纳水体造成严重的缺氧影响。 

溶解氧在实际的污水、废水处理操作中具有举足轻重的作用，这一指标的恶化或波动过大，往往也会迅速的导致活性污泥系统的稳定性大幅波动，自然对处理效率的影响也非常明显。应该说，理论上来讲，当曝气池各点监测到的溶解氧值略大于0（如0.01mg/L)时，可以理解为充氧正好满足活性污泥中微生物对溶解氧的要求。但是，事实上我们还是没有简单的将溶解氧控制在大于0（如0.01mg/L)的水平，而是运用教科书中通常的做法，即曝气池出水溶解氧控制在1~3g/L的范围内。究其原因还是因为，就整个曝气池而言，溶解氧的分布和各曝气池区域内的溶解氧需求是不一样的。为了保守的稳定活性污泥在分解有机物或自身代谢过程中对溶解氧的需求，才将曝气池出水溶解氧控制在1~3mg/L的范围内。但是，实际运行中发现，很多情况下将溶解氧控制在1~3mg/L的范围内也是没有必要的，特别是溶解氧控制值超过3g/L更是毫无意义，唯一的结果只能是浪费电能及导致出水含有细小悬浮颗粒。所以，合理又节能的溶解氧控制范围在1.0mg/L左右即可。

三：溶解氧的监测

溶解氧的监测主要有以下几种方法：

1、碘量法

原理：在水样中加入硫酸锰和碱性碘化钾，水中的溶解氧将二价锰氧化成四价锰，并生成氢氧化物沉淀。加酸后，沉淀溶解，四价锰又可氧化碘离子而释放出与溶解氧量相当的游离碘。以淀粉为指示剂，用硫代硫酸钠标准溶液滴定释放出的碘，可计算出溶解氧含量。

特点：经典方法，结果准确可靠。但操作较为繁琐，耗时较长，对操作人员要求较高。

2、电化学探头法

原理：采用极谱型覆膜电极或原电池型覆膜电极，当电极浸入水样中，由于电极表面的氧分子发生还原反应，产生与氧浓度成正比的扩散电流。通过测量电流的大小，可确定水样中的溶解氧浓度。

特点：快速、简便，可现场实时监测。但需要定期校准电极，且电极的寿命有限。 

3、荧光法

原理：基于荧光猝灭原理。特定的荧光物质被蓝光激发后会发射出红色荧光，而溶解氧会使荧光强度降低。通过测量荧光强度的变化，可以计算出溶解氧的浓度。

特点：响应速度快，无需消耗试剂。稳定性好，维护成本低。

溶解氧的监测就监测场所分为两种，即实验室监测和现场监测。由于实验室监测受样品沿途的影响，监测数据就不够准确并监测方法复杂不易控制。所以，溶解氧的监测常常是运用在线检测仪器或便携式溶解氧检测仪进行的。
      在检测中需要注意检测点在曝气池范围内的位置概念，避免监测到不具代表性的数据。正确的检测方法应该是将整个曝气池划分成若干区域，就整个区域范围的溶解氧监测值进行统计分析，用以摸清本系统的不同阶段和时间点的溶解氧分布，这样对后续系统的整体把握非常有益，也能有助于我们对一些系统的活性污泥故障分析提供参考。在不具备这样的检测条件的情况下，也可以通过监测曝气池出口端的溶解氧作为活性污泥系统对有机物降解进程的最终结果判断。
       就季节性方面充氧效果对溶解氧的影响，通常可以看到这样的现象，即在相同条件下（这里的相同条件主要是指相同的进水浓度、水质成分、活性污泥浓度等活性污泥工艺控制条件)，冬季充氧效果要明显优于夏季。主要原因是冬季水温较低，溶解氧的饱和度高，相反，在夏季溶解氧的饱和度低。所以能够在冬季看到全程曝气的情况，曝气池的溶解氧能到7.0mg/L左右，而在夏季相同情况下最多到5.0mgL左右。正确认识这一现象有助于我们在整个活性污泥工艺控制中起到整体判断和系统故障综合分析的作用。

四：溶解氧在曝气池的正常分布状态

在曝气池中，溶解氧通常呈现出特定的分布状态，主要表现为以下特点：

（1）、沿池长方向的分布

从曝气池的进口端到出口端，溶解氧浓度一般呈现逐渐升高的趋势。在进口端，由于刚进入曝气池的污水中有机物含量较高，微生物处于高负荷的代谢状态，对溶解氧的消耗量大，所以溶解氧浓度相对较低。随着水流在曝气池中的推进，有机物不断被微生物降解，对溶解氧的需求逐渐减少。同时，曝气装置持续向水中充氧，使得溶解氧浓度逐渐升高。在出口端，污水中的有机物大部分已被去除，微生物的代谢活动减弱，溶解氧浓度达到相对较高的水平。

（2）、沿水深方向的分布

在曝气池的不同水深位置，溶解氧浓度也有所不同。一般来说，在靠近曝气装置的区域，由于曝气作用强烈，溶解氧浓度较高。随着水深的增加，氧气的扩散受到一定限制，且微生物对溶解氧的消耗也会使浓度逐渐降低。在池底区域，由于污泥的沉积和微生物的聚集，对溶解氧的需求较大，可能会出现溶解氧浓度相对较低的情况。然而，一些设计良好的曝气系统可以通过合理的曝气方式和水流组织，使溶解氧在水深方向上分布较为均匀。

（3）、不同区域的分布差异

曝气池中不同的区域，溶解氧的分布也会有所不同。例如，在曝气区，由于曝气装置的作用，溶解氧浓度较高；而在非曝气区或水流缓慢的区域，溶解氧浓度可能相对较低。此外，在曝气池的角落、隔墙附近等区域，由于水流形态的变化和氧气扩散的限制，也可能存在溶解氧分布不均匀的情况。为了确保曝气池中的微生物能够正常生长和代谢，维持良好的污水处理效果，一般需要将溶解氧控制在一定的范围内。通常，好氧生物处理过程中，溶解氧浓度应保持在 2mg/L 以上。同时，通过合理的曝气系统设计、运行参数调整和监测控制，可以优化溶解氧在曝气池中的分布状态，提高污水处理效率。从经验及实验数据可以发现，曝气池首端溶解氧通常很低，主要原因还是因为废水在曝气首端的高速流入，导致曝气设备无法在瞬间就将足够的溶解氧充入水体。即曝气设备在曝气池首端对水体的曝气是非连续性的，而是瞬间性的，这种现象只表现在曝气池的首端，在曝气池方向向后延伸的过程中水体被重复曝气的次数是迅速增加，这也是曝气池后端出水溶解氧偏高的原因。
     认识到这一点的话，就不会在曝气池前端测得的溶解氧时感到困惑了，相反它是正常现象。另外一个层面上，曝气池首端随着活性污泥的回流进入，此区域活性污泥更多的是发挥快速吸附作用来迅速去除水体有机物及其他污染物，所以对溶解氧的迫切要求就显得不太明显了。
    而在曝气池中部溶解氧的检测值也不是太高，对于这种现象，在分析的时候重点是要知道这里的曝气池溶解氧不能升高不是曝气不足，也不是像曝气池首端一样水体曝气频率过低，而是由于曝气池中段是活性污泥通过代谢分解有机物的重点部位，对应的游离氧消耗最大，所以会出现曝气池混合液在曝气池中段溶解氧偏低的现象。
再看看曝气池末端，在这个位置检测到的溶解氧往往是在整个曝气池是最高的，在认识这个问题的时候还是要根据活性污泥在曝气池不同位置的特性来观察。通过整个曝气池池长的活性污泥对进水有机物的吸附分解，到达曝气池末端的时候有机物分解已进入尾声阶段。末端曝气池混合液除了活性污泥自身代谢需消耗的一定量游离的溶解氧外，分解有机物所需的游离态溶解氧受曝气池末端剩余可分解有机物所剩无几的影响，自然对这部分的游离态溶解氧需求甚少。所以会发现曝气池末端溶解氧在整个曝气池范围内的值是最高的。
     以上对曝气池各位置的溶解氧分布说明作了简单的介绍，目的也是为了能够了解到曝气池溶解氧分布不匀的原因所在，以便对系统出现的现象有个正确的判断，为综合判断系统故障提供参考。

 

五：溶解氧和其他控制指标之间的关系

 在污水处理过程中，溶解氧与其他控制指标之间存在着密切的关系，主要包括以下几个方面：

1、与有机物去除的关系

有机物是微生物生长和代谢的主要营养物质，在好氧生物处理过程中，微生物通过氧化分解有机物来获取能量。溶解氧是微生物进行有氧呼吸的必要条件，充足的溶解氧可以促进微生物对有机物的高效降解。

当溶解氧不足时，微生物的代谢活动受到抑制，有机物的去除效率降低。此时，可能会出现厌氧或兼性厌氧的代谢过程，产生一些如硫化氢、甲烷等副产物，影响处理效果和出水水质。相反，过高的溶解氧也不一定有利于有机物的去除。一方面，过高的溶解氧会增加能耗；另一方面，可能会导致微生物过度氧化，破坏细胞结构，影响微生物的活性和生长。

2、与营养物质（氮、磷）去除的关系

在生物脱氮过程中，溶解氧对硝化和反硝化作用有着重要影响。硝化细菌是好氧菌，需要充足的溶解氧来将氨氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐。一般来说，硝化过程中溶解氧浓度应保持在 2mg/L 以上。而反硝化细菌是兼性厌氧菌，在缺氧条件下进行反硝化反应，将硝酸盐还原为氮气。因此，为了实现良好的脱氮效果，需要合理控制溶解氧在不同阶段的浓度，以满足硝化和反硝化的需求。对于生物除磷，溶解氧也起着一定的作用。在好氧条件下，聚磷菌吸收污水中的磷，并将其以聚磷酸盐的形式储存在细胞内。当溶解氧不足时，聚磷菌的释磷作用增强，影响除磷效果。

3、与污泥沉降性能的关系

溶解氧的浓度会影响活性污泥的结构和沉降性能。适宜的溶解氧水平可以促进微生物的正常生长和代谢，使活性污泥具有良好的絮凝性和沉降性。当溶解氧过低时，可能会导致丝状菌过度生长，引起污泥膨胀现象。丝状菌在低溶解氧条件下具有竞争优势，它们的大量繁殖会使污泥结构松散，沉降性能变差，影响污水处理系统的正常运行。过高的溶解氧也可能对污泥沉降性能产生不利影响。高溶解氧可能会使污泥中的微生物代谢过于旺盛，产生过多的胞外聚合物，导致污泥黏性增加，沉降困难。

4、与微生物群落结构的关系

溶解氧浓度的变化会影响曝气池中的微生物群落结构。不同的微生物对溶解氧的需求不同，在不同的溶解氧条件下，优势微生物种群会发生变化。例如，在低溶解氧环境下，一些兼性厌氧菌和厌氧菌可能会成为优势种群；而在高溶解氧条件下，好氧菌则占据主导地位。微生物群落结构的变化会直接影响污水处理系统的性能和稳定性。

5、溶解氧和原水成分的关系。

溶解氧和原水成分的关系，在理解上重点是原水成分中有机物含量和溶解氧的大系，具体表现在原水中有机物含量越多，微生物为代谢分解这些有机物所需消耗的溶解氧就越多，相反就越少了。所以在控制曝气的时候，要注意进流水量和进流污水、废水有机物的含量，前者也往往被忽视掉，因为当进水量是平时的1.5倍时，曝气量如果不调整的话，往往会出现曝气池出流废水溶解氧的过度低下，有时甚至会低于0.5mg/L,这样对活性污泥发挥高效率处理效果是不利的，而这一点往往被操作人员忽视。在进流水量明显增大的情况下，操作人员往往只看到结果，而忽略了为什么会发生溶解氧低下，甚至于增加曝气量也不见溶解氧升高的现象。所以，因为不知道是什么原因，自然不知道采取何种措施为好了；同样如果进流污水、废水流量没有增加，但是污水、废水中有机物浓度过高时，同样也会出现对溶解氧需求增大，继而出现曝气池出流水溶解氧过低的现象。这个现象的发现并确认，尚需要通过实验室检测才能有效判断，这对操作人员的要求和技能提出了更高的要求。另外，原水中一些特殊成分的存在，同样也会影响充氧效果，比如水中的洗涤剂的存在，使得曝气池液面存在隔绝大气的隔离层，由此，对曝气效果的提升也就存在影响了。

6、溶解氧和活性污泥浓度的关系。

溶解氧和活性污泥浓度的关系还是比较密切的，通常看到的是高活性污泥浓度对溶解氧的需求明显高于低活性污泥浓度对溶解氧的需求。所以，在达到去除污染物、并达到排放浓度的情况下，要尽量降低活性污泥的浓度，这对降低曝气量、减少电力消耗是非常有利的。同时，在低活性污泥浓度情况下，更要注意不要过度曝气，以免出现溶解氧过高，对仅有的活性污泥出现过度氧化现象，这样对二沉池的放流出水不利。通常可以看到二沉池出流水中夹杂较多的未沉降颗粒流出，这就是被氧化的活性污泥解体后分解在放流出水中的缘故。同样高活性污泥浓度对溶解氧的需求是很高的，不能不加控制的将活性污泥浓度一直升高，这样会出现供氧跟不上而出现缺氧现象，自然，活性污泥的处理效果也就受到抑制了。

7、溶解氧和活性污泥沉降比的关系。

溶解氧和活性污泥沉降比的关系，可以理解为溶解氧对活性污泥沉降性的影响，在以下几个方面需要注意。首先是过度曝气容易使细小的空气气泡附着在活性污泥的菌胶团上，导致活性污泥上浮到液面，在曝气池就可以看到有液面浮渣了。在做沉降实验的时候，就更有可能发现活性污泥絮凝后不能沉降或悬浮在水体中的现象。同时，活性污泥的压缩性也变差了。在实际操作中应该注意这个问题，特别是活性污泥发生丝状菌膨胀的时候，更加容易导致曝气的细小气泡附着在菌胶团上，继而导致液面产生大量浮渣。

总之，溶解氧的控制是污水处理生化阶段非常重要的一环，合理的溶解氧是处理系统能不能达标的关键。