AO 系统溶解氧（DO）控制：从核心指标到成本最优的全维度管控

AO（缺氧 / 好氧）工艺是污水处理中脱氮的主流工艺，溶解氧控制是其运行管理的核心，直接决定脱氮效率、污泥稳定性，同时与曝气能耗、药剂投加、污泥处理等核心运行成本强关联。其管控的核心逻辑是：在满足出水水质指标的前提下，通过精准控氧避免 “过度曝气” 或 “曝气不足”，实现处理效果与运行成本的平衡。

一、AO 系统 DO 的核心控制指标（分段管控，杜绝单一指标误区）

AO 工艺的核心是反硝化（A 段）+ 硝化（O 段）的耦合，DO 作为微生物电子受体，会直接竞争硝态氮 / 氨氮的代谢优先级，因此 A/O 段需差异化控氧，且需关注段间 DO 携带（内回流的 DO 输入），这是现场 DO 控制的关键痛点。核心水质达标基准以城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918-2002）一级 A 标为基础，即出水 NH?-N≤1.5mg/L、TN≤15mg/L。

1. 缺氧段（A 段）DO 控制指标

严格控制≤0.5mg/L，最优区间 0.2~0.5mg/L，为反硝化菌（异养菌）提供严格的缺氧环境。

指标设定原因：反硝化菌以硝态氮为电子受体进行厌氧呼吸，DO 会优先于硝态氮被利用，DO>0.5mg/L 时反硝化效率会下降 50% 以上；但 DO<0.2mg/L 会导致污泥沉积、厌氧发酵产硫化氢，污泥发黑发臭，污泥沉降性能恶化。

关键注意点：A 段无需曝气，其 DO 主要来自内回流携带（O 段混合液回流至 A 段），而非曝气，因此 A 段 DO 控制的核心是优化内回流比，而非曝气调节。

2. 好氧段（O 段）DO 控制指标

常规控制 0.8~2.0mg/L，成本最优区间 1.0~1.5mg/L，为硝化菌（自养菌）提供充足的溶氧完成氨氮硝化（NH?-N→NO??-N→NO??-N）。

分区精细化控氧：O 段进水端（氨氮浓度最高）DO 控制 1.2~1.5mg/L，出水端（氨氮已基本硝化）DO 控制 0.8~1.0mg/L，避免整体高曝气量的能耗浪费。

指标修正因子：根据水温、MLSS、污泥龄动态调整，是现场精准控氧的关键：

水温 < 15℃：硝化菌活性下降 50% 以上，O 段 DO 需提高至 1.5~2.0mg/L，同时延长污泥龄至 25~30d（弥补菌量不足）；

MLSS>3000mg/L：污泥浓度高，氧传质效率提升，O 段 DO 可降至 0.8~1.2mg/L；

污泥龄 < 15d：硝化菌未形成优势菌群，需适当提高 DO 至 1.5~2.0mg/L。

3. DO 控制的辅助验证指标

单一 DO 指标无法反映工艺运行状态，需结合以下指标验证控氧合理性，避免 “指标达标但工艺失衡”：

二、影响 AO 系统 DO 控制的关键因素

DO 的实际值并非仅由曝气量决定，还与工艺参数、水质水量、设备性能、污泥性状强关联，这些因素也是 “指标达标” 与 “成本控制” 的中间桥梁，某一因素失衡会导致 DO 控氧失效，进而推高运行成本。

1.工艺参数：内回流比（一般 100~300%）过高会携带大量 O 段 DO 进入 A 段，导致 A 段 DO 超标；水力停留时间（HRT）过短（O 段 < 6h），硝化反应不充分，需提高 DO 弥补，能耗增加；

2.水质水量：进水 COD/TN<4~5 时，反硝化碳源不足，即使 A 段 DO 达标，TN 仍超标，需投加碳源（额外成本）；进水流量 / 氨氮冲击负荷时，DO 会骤降，需紧急提曝气量，能耗波动大；

曝气设备：微孔曝气器堵塞 / 老化，氧转移效率（α 值）从 0.6 降至 0.3，曝气量需翻倍才能达到目标 DO，能耗激增；布气不均匀会导致局部 DO 过高、局部 DO 过低，处理效率下降且能耗未减；

污泥性状：污泥解絮、膨胀时，氧传质效率下降，需提高 DO，同时投加药剂（PAC/PAM），增加药剂成本。

三、AO 系统 DO 的精准控制方法

DO 控制从手动粗放控制到自动精准控制，是实现 “指标达标 + 成本最优” 的核心手段，现场需结合基础工艺优化和自动化控制，避免单一依赖鼓风机变频。

1. 基础工艺优化：从源头减少 DO 控氧的干扰

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A 段仅搅拌，不曝气：用潜水搅拌器（功率 0.8~1.5W/m?）保持污泥悬浮即可，避免搅拌功率过高导致水体溶氧增加；内回流管增设旋流脱气装置，减少 DO 携带，使 A 段 DO 稳定在 0.2~0.5mg/L；

O 段分区布气：将 O 段分为进水硝化区、中间反应区、出水澄清区，通过支管阀门调节各区域布气量，进水区布气占比 60%，出水区占比 20%，避免整体高曝气量；

匹配工艺参数：根据 TN 进水浓度调整内回流比（TN<20mg/L 时回流比 100~200%，TN>30mg/L 时 200~300%），避免过度回流导致的 DO 携带。

2. 自动化控制：核心是 “按需曝气”，杜绝过度能耗

曝气能耗占污水处理厂总能耗的40~60%，自动化控氧可使曝气能耗降低20~30%，是成本控制的核心手段，现场优先选择前馈 + 反馈的串级控制，而非单一恒 DO 控制：

1.基础恒 DO 控制：O 段布设 3~4 个在线 DO 探头（进水端、中段、出水端），探头信号联动鼓风机变频，DO 高于目标值时降频率，低于时提频率，适用于水质水量稳定的小型污水厂；

2.前馈 - 反馈结合控制：通过在线监测进水流量、NH?-N、COD，建立进水负荷与曝气量的关联模型（前馈），提前调节曝气量，再通过池内 DO 探头修正（反馈），避免冲击负荷导致的 DO 骤降 / 骤升，适用于大中型污水厂；

3.硝态氮串级控制：以O 段出水 NO??-N为主变量，DO 为副变量，当 NO??-N 升高时，先提高 DO 促进硝化，再通过内回流比调节反硝化，实现脱氮与控氧的双重优化，是目前最精准的控氧方式，可使 TN 达标率提升至 95% 以上，曝气能耗降低 25% 左右。

3. 设备维护：提高氧转移效率，降低曝气量需求

曝气设备的氧转移效率直接决定 “达到目标 DO 所需的曝气量”，定期维护可使氧转移效率提升50% 以上，大幅减少曝气量：

（1）微孔曝气器：每 3~6 个月清理一次堵塞，使用 3~5 年及时更换，避免膜片老化导致的氧泄漏；

（2）鼓风机：定期校准变频系统，罗茨风机 / 离心风机优先采用磁悬浮离心风机，其变负荷效率比罗茨风机高 30%，适合水质水量波动大的污水厂；

（3）DO 在线探头：每 7~15d 用标准液校准一次，避免数据失真导致的控氧失效（现场最常见的误区）。

四、AO 系统 DO 控制与运行成本的核心关联

DO 控制不当（过度曝气 / 曝气不足）会直接推高曝气能耗、药剂投加、污泥处理、达标处罚四大核心成本，其中曝气能耗是基础成本，药剂投加是最主要的额外成本，二者占 AO 工艺运行成本的 70% 以上。以下为 DO 控制失衡的成本影响量化（以 1 万吨 / 天的城镇污水厂为例）：

1. 曝气能耗成本：DO 过高的直接成本

曝气能耗与曝气量正相关，曝气量与 DO 目标值呈线性关系：O 段 DO 每升高 0.5mg/L，曝气量增加 10~15%，曝气能耗增加 10~15%。

案例：1 万吨 / 天污水厂，O 段 DO 从 2.0mg/L 降至 1.0~1.5mg/L，曝气量减少 20~30%，年曝气能耗可节省10~15 万度电，电费节省约 8~12 万元（工业电价 0.8 元 / 度）。

误区：部分污水厂为追求 NH?-N 达标，将 O 段 DO 长期控制在 2.0~3.0mg/L，曝气能耗增加 30~50%，属于典型的 “过度控氧”。

2. 药剂投加成本：DO 失衡的最大额外成本

DO 控制不当导致脱氮除磷效率下降，需投加碳源（反硝化）、除磷剂（化学除磷）、污泥调理剂，这部分成本远高于曝气能耗的节省，是现场最易忽视的成本点：A 段 DO>0.5mg/L：反硝化抑制，TN 超标，需投加乙酸钠 / 葡萄糖补充碳源，投加量约 5~10mg/L，1 万吨 / 天污水厂年碳源成本增加18~36 万元；

O 段 DO<0.8mg/L：硝化不完全，NH?-N 超标，部分污水厂投加氧化剂（如次氯酸钠）应急，年药剂成本增加10~20 万元；

DO 失衡导致污泥膨胀 / 浮泥：需投加 PAC/PAM 调理污泥，投加量约 2~5mg/L，年药剂成本增加7~18 万元。

3. 污泥处理成本：DO 失衡的隐性成本

DO 过低会导致污泥厌氧发酵，污泥量增加 10~20%，且污泥脱水性能下降；DO 过高会导致污泥解絮，SVI 升高，排泥量增加，二者均会推高污泥脱水、运输、处置成本：

1 万吨 / 天污水厂，污泥产率约 0.3%（含水率 80%），DO 失衡导致污泥量增加 20%，年污泥处置成本增加5~8 万元（污泥处置费 200 元 / 吨）。

4. 达标处罚成本：DO 失控的刚性成本

DO 控制失效导致出水 NH?-N/TN 超标，面临环保部门的罚款、限产，罚款金额从数万元到数百万元不等，且会影响企业环保信用，属于不可承受的成本。

5. 设备损耗成本：DO 波动的长期成本

DO 大幅波动会导致鼓风机频繁变频 / 满负荷运行，设备磨损加快，维修周期从 3 年缩短至 1~2 年，年维修成本增加3~5 万元；曝气器长期高曝气量会导致膜片老化加速，更换成本增加2~4 万元 / 年。

五、基于成本最优的 AO 系统 DO 控制优化策略

DO 控制的成本最优平衡点是：在满足出水 NH?-N/TN 一级 A 标的前提下，将 O 段 DO 控制在 1.0~1.5mg/L，A 段 DO 控制在 0.2~0.5mg/L，通过工艺优化、自动控制、设备维护，实现曝气能耗最小化，同时避免药剂投加、污泥处理等额外成本。以下为可落地的优化策略，按优先级从高到低排列：

1. 先校准设备，再设定指标：杜绝数据失真导致的成本浪费

先完成 DO 探头、在线水质监测仪、鼓风机变频系统的校准，再根据水温、MLSS 设定 A/O 段 DO 目标值，避免因 “数据不准” 导致的过度曝气 / 曝气不足，这是零成本优化，现场需优先执行。

2. 分区精准布气 + 变频曝气：降低曝气能耗 20~30%

O 段实施分区布气，进水端布气占比 60%，出水端 20%，中段 20%，通过支管阀门调节；鼓风机联动多点 DO 探头 + 进水负荷前馈，实现按需曝气，避免整体高曝气量。

3. 优化内回流比，减少 A 段 DO 携带：避免碳源投加

根据 TN 进水浓度调整内回流比（TN<20mg/L→100~200%，TN>30mg/L→200~300%），不盲目提高回流比；内回流管增设旋流脱气装置，将 A 段 DO 稳定在 0.2~0.5mg/L，避免反硝化抑制，减少碳源投加。

4. 水温动态修正 DO 指标：冬季控氧不增耗

冬季水温 < 15℃时，延长污泥龄至 25~30d（提高硝化菌量），而非单纯提高曝气量，将 O 段 DO 控制在 1.5~2.0mg/L 即可，避免曝气能耗激增；同时通过保温措施提高池内水温（如加盖），提升硝化菌活性。

5. 结合进水负荷动态调氧：应对冲击负荷，避免药剂投加

建立进水NH?-N 负荷（kg/d）= 曝气量（m?/h）的关联曲线，进水负荷升高时提前提曝气量，负荷降低时及时降曝气量，避免冲击负荷导致的 DO 骤降，减少应急药剂投加。

6. 定期维护曝气设备：提高氧转移效率，降低曝气量

每 3~6 个月清理微孔曝气器，3~5 年更换老化膜片，将氧转移效率从 0.4 提升至 0.6，可减少曝气量 30%；鼓风机优先更换为磁悬浮离心风机，其变负荷效率比罗茨风机高 30%，适合长期运行。

7. 污泥性状联动 DO 控制：减少污泥处理成本

当 SVI>150mL/g（污泥膨胀）时，适当降低 O 段 DO 至 0.8~1.2mg/L，避免絮体打散，同时减少排泥，恢复污泥性状；当污泥发黑发臭时，适当提高 A 段搅拌功率，避免污泥沉积，无需额外投加药剂。

六、总结

AO 系统 DO 控制的核心并非 “单一指标达标”，而是 “脱氮效率 - 污泥稳定性 - 运行成本” 的三维平衡 ：

1.指标层面：A 段 DO0.2~0.5mg/L、O 段 DO1.0~1.5mg/L是成本最优的核心区间，需结合水温、MLSS 动态修正，同时通过硝态氮、污泥性状验证；

2.控制层面：自动化控氧（前馈 - 反馈 / 硝态氮串级）是实现精准控氧的关键，可使曝气能耗降低 20~30%；

3.成本层面：DO 过高的主要成本是曝气能耗，DO 过低的主要成本是药剂投加 + 达标处罚，后者远高于前者，因此控氧的底线是曝气不足不可取，过度曝气需优化；

4.落地层面：先校准设备、优化工艺参数，再实施自动化控制，零成本 / 低成本优化可实现 80% 的成本节省，设备升级仅适用于水质水量波动大的大中型污水厂。

最终，AO 系统的 DO 控制本质是 “按需曝气”—— 硝化需要多少氧，就提供多少氧，既不浪费，也不缺失，这是实现处理效果与成本最优的唯一路径。