活性污泥法中溶解氧的控制策略及重要性

活性污泥法中溶解氧的控制策略及重要性

一、溶解氧在活性污泥法中的重要性

溶解氧（Dissolved Oxygen，简称DO）是污水中以分子态存在的氧气量，对于污水生物处理过程至关重要。在活性污泥法中，溶解氧直接影响到微生物的活性和有机物质的降解效率。它是微生物进行新陈代谢的必要条件，不仅支持活性污泥（即微生物群落）的形成与细胞合成过程，同时也提供了微生物自身氧化代谢（包括内源呼吸）所需的氧分，并促进了微生物对有机物的有效氧化分解。

二、溶解氧的控制策略

1. 控制范围

在采用活性污泥法处理工业废水的过程中，对曝气区内溶解氧的控制至关重要。通常情况下，曝气池内的溶解氧浓度应稳定在2～4mg/L的范围内，这是由于过量的氧气会对微生物细胞产生毒害作用，影响其正常的新陈代谢和生物降解过程；而溶解氧过低则可能导致污泥沉降性能下降，影响处理效率。

为了确保曝气效果最佳，曝气区上、中、下层的溶解氧浓度误差一般不宜超过0.5mg/L。这是因为过大的溶解氧浓度波动不仅不利于微生物种群的稳定，还可能引发污泥膨胀问题。

因此，通过对曝气区溶解氧浓度的精确控制，可以有效地平衡污泥的活性与稳定性，防止因缺氧导致的污泥膨胀现象，同时也能避免过度曝气造成能耗浪费。

2. 监测方法

在实现精确控制溶解氧浓度的过程中，采取适当的监测手段至关重要。目前，常用的溶解氧监测方法包括电极法、比色法、荧光法等。其中，电极法因其测量准确度高、响应速度快以及稳定性好等特点，在实际的应用场景中占据了主导地位。

电极法是通过使用专用的溶解氧电极，该电极能够精准地将溶解氧浓度转化为电信号，从而实现对溶解氧浓度的实时、连续监测。这种方法的优势在于其能够提供即时且准确的测量结果，为调控策略的制定提供了实时、精确的数据支持。

3. 调控策略

曝气量调节

曝气量是活性污泥法处理工艺中的关键参数之一，它直接影响着生物反应器内的溶解氧水平。为了优化污水处理效果并降低能耗，需要根据生物化学反应对溶解氧的需求进行精细调节。通过安装变频器控制曝气机的转速，或者根据实际需要开启或关闭一定数量的曝气机，以动态调整曝气量，从而确保反应器内溶解氧浓度维持在适宜微生物代谢活动的范围内。通常情况下，该范围约在0.5至2.0毫克/升之间，具体数值取决于微生物种类、污水处理流程设计以及季节变化等因素。

混合液回流比调节

混合液回流是将生化反应后的混合液部分回流入反应器前端的过程，这一操作对于维持反应器内污泥浓度稳定、防止污泥过度增长及改善整体处理效果具有重要意义。通过调整回流泵的工作曲线和流量计精度，精确控制回流比，间接影响混合液中溶解氧的含量。过高的回流比可能导致污泥龄过短、微生物大量流失，而过低的回流比又可能引发污泥积累、影响处理效率。

原水水质考虑

原水中的有机物含量直接关系到生物处理过程中的耗氧量。在调节溶解氧浓度时，必须充分考虑进水水量波动及有机物浓度变化带来的影响。比如，当原水中含有大量易降解有机物时，微生物分解代谢的需氧负荷增大，此时应适当提高溶解氧水平以确保有机污染物得到有效去除；反之，若原水中有机物较少或难以生物降解，则可以适当降低溶解氧水平以节约能源消耗。

活性污泥浓度

活性污泥作为生物膜载体和微生物的聚集地，其浓度直接影响污水处理过程中的污染物去除效率和曝气能耗。在满足排放标准的前提下，合理降低活性污泥浓度（MLSS）是减少曝气量、节约电力成本的有效途径。然而，这一过程中要注意避免过度曝气导致的污泥丝状膨胀问题。

污泥沉降比

污泥沉降性能良好与否直接关系到污水处理后期的固液分离效果。过度的曝气会使细小的气泡附着在活性污泥菌胶团上，形成浮渣层影响实际处理效果。因此，在实际操作中，应根据实际情况调控曝气量，防止因过度曝气造成污泥上浮、沉降比恶化的情况发生。

温度控制

在不同的温度条件下，污水中的溶解氧浓度和饱和度会发生变化，进而影响到活性污泥中微生物的活性、代谢速率以及生化反应进程。为了确保污水处理装置始终处于高效稳定的运行状态，需要根据季节变化实时监测并调整池内温度，使之保持在适宜微生物生长和代谢活动的范围内。例如，在冬季可能需要采取保温措施以提高水温，而在夏季则需注意防止水温过高对生物反应造成不利影响。

食微比（F/M）

食微比是指污水中的可生物降解有机物与微生物量之间的比例，它直接决定了微生物在分解有机污染物时的需氧负荷大小。在保证污水处理效果的基础上，适时调整进水水质或提高食微比是降低曝气能耗的有效手段。例如，通过优化进水碳源结构、控制碳氮磷比例等方式提高食微比，可以减少因过量投加营养物质而导致的额外曝气需求。

厌氧与缺氧池的DO控制

在污水处理工艺流程中，厌氧和缺氧池段扮演着特定生化反应的重要角色。对于厌氧反应器来说，由于其内部的微生物主要进行厌氧发酵或产甲烷过程，因此要求严格禁止氧气进入反应器内部以维持最佳厌氧环境；而缺氧反应器中的兼性菌则在低溶解氧条件下进行反硝化作用以去除氮污染物。在实际操作中，为满足这两类反应器各自的功能需求，需采取一系列措施来严格控制池内的溶解氧含量：如采用密封性能良好的设备及管道系统防止氧气渗透、利用水力条件设计减小进水落差以降低携带的氧气量、以及调整内回流泵位置尽可能靠近曝气区域等。

三、溶解氧控制不当的危害

能耗增加

当溶解氧浓度超过生物化学反应所需的标准范围时，为了维持这一过高水平会过度供氧，这就需要消耗大量的能源。这不仅增加了运营成本，而且资源利用率低下，不符合可持续发展原则。

系统不稳定

过量的溶解氧对微生物生态系统产生压力，可能选择性地促进好氧微生物（如自养型细菌）的快速生长和繁殖。这些微生物在大量消耗溶解氧的同时，可能引发活性污泥膨胀等问题。这一系列连锁反应将破坏活性污泥的正常结构，降低其絮凝和沉淀性能，进而影响整个生化处理系统的整体效率，导致水质处理流程的延误和效果下降。

硝化/反硝化过程紊乱

在生物脱氮过程中，硝化和反硝化反应对溶解氧水平极为敏感。若溶解氧不足，硝化反应将受到严重抑制，进而影响整个脱氮过程。相反，过量的溶解氧则可能阻碍反硝化反应的进行，导致整个硝化/反硝化过程失衡。这种失衡状态将严重影响废水中总氮的去除效果，进而影响整体处理工艺的脱氮效率和稳定性。

处理效果下降

当溶解氧浓度过低时，好氧生物反应器内的微环境可能转变为厌氧状态。这种情况下，不仅好氧微生物的代谢活动受到严重限制，有机物的氧化分解过程也将受到阻碍。此外，由于缺乏氧气供应，微生物的整体活性降低，导致整个污水处理工艺流程的稳定性和处理效率受到影响，最终影响出水水质的达标情况。

综上所述，溶解氧的控制在活性污泥法中至关重要。通过合理控制溶解氧浓度，可以提高污泥活性、降低能耗、防止污泥膨胀，从而提高整个活性污泥处理过程的效率。