對活性污泥法生物池內DO的控制討論

【資料簡介】

污水廠利用鼓風機為生物池提供充足的溶解氧來保證微生物分解有機物和氨氮硝化所需，由于需要將空氣壓縮并通入到生化曝氣池底部，這個過程消耗大量的能量，也是污水廠內主要的能源消耗來源，因此在很多污水廠都希望在鼓風機的控制上實現精準的控制來實現污水廠的節能降耗，但在運行中如何實現呢？

從節能角度來講，每一位運營人員都希望能在保證出水水質穩定的的情況下得出一個zui低量溶解氧的控制參數，然后根據這個zui低的溶解氧控制值，來進行風機出風量的調整，從而達到節能降耗的目的。這種控制方式就是要得出一個zui低溶解氧的控制值，推流式的生物曝氣池對氧氣的利用是沿著流程逐步上升的，理想的工況是到達最終出口的位置，微生物已經實現了對有機物的充分降解，溶解氧開始升高，為了避免過度升高造成溶解氧的浪費，生物池比較傳統的數值就是在曝氣池出口控制2mg/L左右，也就是既保持一定的富余量來抵抗負荷變化帶來的沖擊，又不至于造成過多的溶解氧的浪費。所以根據這個數值來調整曝氣風量的供給，是比較傳統溶解氧控制手段。

隨著對氮和磷的去除的工藝要求，生物池內的溶解氧的控制愈加復雜，傳統的單一DO指標控制已經不能滿足在新的指標工藝要求下的鼓風機的精準管控。在A2O工藝中內回流將曝氣后的硝化液回流到反硝化的缺氧區，硝化液中所帶的富裕的溶解氧應避免對缺氧區所需要的缺氧環境造成影響，因此回流的硝化液要盡可能少的帶回好氧區富裕的游離態的氧氣。一般的硝化液的內回流點都設置在好氧區末端，因此在原有的２mg/L的好氧池的出口溶解氧控制數值也就意味著水中還有２mg/L的溶解氧剩余，這樣的數值就會顯得比較高，高溶解氧的硝化液回到缺氧區，在缺氧區的前端會有一個釋放氧氣的過程，這個過程會占據缺氧區的一部分來完成，也就減少了缺氧區的反硝化反應的空間，導致反硝化反應進行的程度下降，對總氮的去除效果變差。但是DO控制在什么值是比較合理的，而且在出口低溶氧下怎么保證曝氣池內對有機物的降解和氨氮的硝化反應的*進行呢？

在確定出口處的溶解氧的最佳數值前，首先是要清楚在生物曝氣池內溶解氧主要的作用，根據污水處理的生物降解的基本原理，溶解氧主要使用在兩個反應中，一個是有機物的降解過程，是異養型細菌將污水中的有機物在有氧條件下轉化成CO２的過程，另一個過程是硝化菌將污水中的氨氮在有氧條件下轉化成NO3—N的過程。對應的方程式分別如下：

C5H7O2N+5O2→5CO2+2H2O+NH3+能量

ＮＨ４＋＋２O 2→NO3+2H ++H2O

相對于異養菌來說，硝化菌的硝化能力較弱，溶解氧會先被異養菌作為降解有機污染物消耗掉，然后被硝化菌的硝化過程使用。從生物曝氣池內溶解氧的利用過程我們可以得知溶解氧最終達到不再被微生物消耗的時段是氨氮轉化為硝酸鹽氮以后的階段，當氨氮降為零以后，鼓風曝氣產生的溶解氧就不再被消耗，生物池內的溶解氧開始上升。

在傳統的活性污泥理論中，水中的有機污染物也就是碳源是被好氧的異養微生物降解完成的，因此在很多污水廠的設計中，好氧段的設計都比較大，主要也是要考慮到進水中的有機物需要進行充分的降解，以保證出水的COD達到排放的標準值以內。但是隨著除磷脫氮的工藝的大規模采用，厭氧區和缺氧區的聚磷菌的釋放磷過程、反硝化菌的反硝化脫氮過程都會有消耗進水中碳源，而根據傳統的活性污泥法工藝設計的好氧池是根據進水中全部的碳源在好氧池內去除的，這樣的設計計算忽略了厭氧缺氧所消耗的碳源。因此根據傳統活性污泥法設計出來的好氧池往往大于實際所需的好氧體積，在實際應用中，很多污水廠會覺得現階段的好氧池內溶解氧總是比較高，或者鼓風機的選型總是比較大，很難調控到實際所需的風量，無法有效調低好氧池出口處到希望控制的溶解氧。

除去這個原因以外，還有就是現階段的進水水質受到城市管網的雨污合流制管網的雨水影響，以及污水管網經年失修，地下水位較高的地區地下水滲入嚴重，導致進水的BOD值遠低于設計采用的城市生活污水的設計指標值，造成污水廠設計計算微生物所降解的有機物與實際進水的的有機物相差甚遠，也就造成了設計采用的風量遠高于實際所需的風量。因此進水水質過低，也造成了污水廠溶解氧的過剩，特別是為了滿足高標準進水水質的所做的鼓風機選型，也增加了溶解氧的有效的工藝調控難度。

現階段的風機采用空氣懸浮和磁懸浮風機，有大范圍的頻率調整空間，似乎從運行上能夠解決這個問題，但是在實際運行中，并不能真正實現降耗。主要是風機在復雜的多機工況運行下存在喘振區，為了避開喘振作用對風機造成的損壞，風機的調控區域往往縮減到很窄的一個范圍，特別是即使在調控區域也無法滿足低溶氧的控制，造成好氧池出口末端的溶解氧過高，為了實現更好的生物脫氮的控制，很多污水廠不得不在生物池曝氣主管的末端增加放氣閥門，來排放多余的供氣量，與節能降耗的理念*是背道而馳。

這些因素都導致了生物曝氣池內的溶解氧過高，溶解氧過高帶來的工藝運行問題也越來越凸顯，生物曝氣池池后段有機物和氨氮均降解完成后富裕的溶解氧造成活性污泥的老化現象嚴重，越來越多的污水廠出現大量的生物泡沫和污泥膨脹問題，而末端的高溶解氧造成內回流的硝化液內游離態溶解氧又會對反硝化的缺氧區造成體積縮小，反應時間縮短，消耗進水中的有效碳源，從而導致反硝化反應進行的不*，污水廠需要投加更多的額外碳源來保證生物脫氮的穩定運行，消耗了藥劑，增加了運行成本。

從這些方面來說，生物曝氣池的溶解氧的控制在現階段新的工藝控制目標制約下，要重新進行標準的制定，特別是針對厭氧池、缺氧池的普遍使用，對生物池前段的碳源去除要進行新的核算，校核好氧池的有效容積，從曝氣風量重新對系統進行確定，降低鼓風風量的選擇，調低風機選型，減少能耗，同時也對缺氧區的運行提供更優化的運行保障。