村镇污水处理站溶解氧控制

　　在村镇污水处理站的日常运行中，鼓风机往往是运行时间最长、耗电量较大的设备之一。工艺运行人员缺少监测手段和控制技术，对很多场站的鼓风机的运行控制模式都是每天连续运行，将曝气量维持在一个相对固定的水平，认为只要曝气池里曝气充足、混合液翻腾明显，微生物就能获得足够的氧气，污水处理效果也就有了保障。
 

　　但在实际运行中，由于缺少技术管理能力导致污水场站出现一些现象：有些污水处理站的曝气池DO长期维持在4～5mg/L，甚至更高，出水氨氮却并没有因此表现出明显优势；有些场站在一些运行的阶段虽然进水量和污染物负荷出现明显下降，鼓风机仍然按照原来的频率运行，曝气量几乎没有变化。这实际上反映出一个村镇污水场站普遍存在的运行管理问题：村镇污水处理站缺少基于实际生物耗氧需求的溶解氧控制，运行人员习惯于通过增加曝气量来保证处理效果，却没有认真分析微生物究竟需要多少氧气。
 

　　对于设计规模较小、实际负荷偏低、进水水质波动较大的村镇污水处理站来说，合理控制溶解氧不仅关系到曝气电耗，也关系到生物脱氮效果、污泥状态和整个生化系统的运行稳定性，对于缺少全面系统的管理体系的村镇场站来说，认识曝气问题需要运维人员去了解一些基本的污水处理知识：
 

　　一、首先要明白：溶解氧并不是越高越好
 

　　溶解氧(DO)是指溶解在水中的分子态氧，是好氧微生物进行有机物氧化、氨氮硝化等生物反应的重要条件。在A²/O、A/O、氧化沟、SBR以及MBR等工艺中，曝气系统的主要任务是向生化系统提供氧气，满足微生物代谢需要，同时通过气流扰动维持混合液悬浮。从生物处理原理来看，DO过低，微生物得不到足够的氧气，有机物氧化和硝化反应就会受到限制；DO过高，则意味着供给系统的氧气超过了当前反应所需要的水平，部分氧气没有被微生物有效利用，而是随着气泡上升逸散到空气中。
 

　　这就形成了一个需要运行人员正确认识的问题：污水处理需要的是足够的有效供氧，而不是尽可能高的溶解氧浓度。例如，一座村镇污水处理站，实际进水COD只有120mg/L，氨氮为20mg/L左右，生化系统的有机物负荷并不高。如果仍然按照较高的固定频率运行鼓风机，使好氧池DO长期维持在4～5mg/L，就可能造成不必要的能源消耗。而且，DO达到4～5mg/L，并不代表微生物的处理能力一定比DO维持在1.5～2.0mg/L时更强。对于多数常规活性污泥工艺而言，在满足硝化和有机物氧化要求的前提下，通常没有必要长期维持如此高的DO。当然，DO控制也不能简单理解为越低越节能。尤其是冬季低温条件下，硝化菌活性下降，如果为了节电盲目降低DO，可能导致氨氮去除能力下降。因此，合理的DO控制应当以实际污染物负荷、温度、污泥龄和出水水质为依据。
 

　　二、村镇污水处理站为什么容易出现DO过高？
 

　　与城市大型污水处理厂相比，村镇污水处理站在进水条件和设备配置方面具有一些特殊性，这些特点使其更容易出现曝气量与实际需求不匹配的问题。
 

　　1. 设计规模与实际处理负荷差距较大
 

　　村镇污水处理站在建设时，通常按照规划人口、用水定额和设计进水水质确定处理规模。但是，投入运行以后，实际进水量可能远远低于设计规模。例如，一座设计规模为1000m³/d的污水处理站，实际日均进水量可能只有300～500m³/d甚至更低。与此同时，由于村镇居民生活污水收集率不高、地下水渗入、雨污混接等因素，实际进水COD浓度也可能明显低于设计值。
 

　　这意味着进入生化系统的污染物质量负荷可能只有设计阶段的一部分。污染物负荷下降，微生物实际需要消耗的氧气也会相应变化。但是，很多场站的鼓风机仍然按照原来的设计工况运行，因此没有随着进水负荷变化及时调整。结果就是进水负荷降低了，供气量却没有降低，DO自然容易偏高。
 

　　2. 鼓风机运行方式比较简单，缺少调节手段
 

　　不少村镇污水处理站采用罗茨风机或者小型离心风机，运行控制方式比较简单。在实际的村镇污水场站调研中，常见的鼓风机运行模式包括： 鼓风机每天24小时连续运行；鼓风机采用固定频率运行； 多台风机按照固定时间轮换；通过手动阀门调节曝气量；缺少空气流量计和在线DO仪表。
 

　　这些运行方式虽然简单，适合村镇污水场站管理人员的粗放管理模式，但无法适应进水负荷的变化。特别是在夜间、节假日或者居民用水量较低的时段，实际污染物负荷可能明显下降，但曝气系统仍然保持原来的供气量。长期下来，就容易形成固定曝气、过量供氧的运行习惯。这些习惯往往会形成固化的运行操作模式，以至于后来的操作人员认为必须保持高曝气才能使污水处理达标。
 

　　3. 运行人员对DO的认识存在偏差
 

　　在一些村镇污水处理站，运行人员认为DO越高，生化系统运行越安全。当发现出水氨氮升高时，首先想到的就是增加曝气量；当发现曝气池气泡减少时，也习惯性地提高鼓风机频率。但是，氨氮升高并不一定是DO不足造成的。例如，冬季水温降低以后，硝化菌的生长和代谢受到抑制。如果污泥龄不足，即使将DO提高到4mg/L，氨氮仍然可能无法稳定达标。再如，进水碱度不足，硝化反应所需的碱度无法得到保障，同样会影响氨氮去除。如果不分析真正的原因，只是不断增加曝气量，最终可能造成能耗增加，却没有取得相应的处理效果。
 

　　4. 缺少对不同生化区域的DO管理
 

　　部分村镇污水处理站虽然采用A/O或者A²/O工艺，但运行管理中没有充分区分好氧区、缺氧区和厌氧区的DO要求，有些场站甚至在设计中采用穿孔管曝气来替代缺氧和厌氧区的搅拌器。例如，A²/O工艺的好氧池DO长期偏高，内回流液携带大量溶解氧进入缺氧池，就可能增加缺氧区建立有效反硝化环境的难度。对于进水碳源不足的村镇污水处理站，这种影响更加值得关注。因此，DO控制不能只看好氧池，还应当考虑整个生物脱氮系统的氧化还原环境。
 

　　三、村镇污水处理站如何开展DO控制？
 

　　对于大多数村镇污水处理站，本身建设不完善，运维资金到位困难的情况下，并不建议一开始就投入资金建设现在大型市政污水厂采用的复杂的智能曝气控制系统。而应该从实际运行现状着手，采用更现实的做法进行DO的控制和管理，可以先从人工检测、逐步调整和建立运行规律入手。
 

　　1. 第一步：建立DO人工检测制度
 

　　建议每个运维团队至少配备2~4台便携式DO检测仪。对于一些较大的有常驻人员的场站应长期配置DO仪作为日常检查项目，而对于较小的巡检场站，可以将DO检测纳入日常巡检记录。建议每天在相对固定的时间检测好氧池前端、中部和末端DO。对于季节性或者周边排水复杂、进水波动较大的场站，还应适当增加检测频次。
 

　　对生化池的DO检测过程中需要注意的一些事项有： DO仪表使用前进行校准；检测探头应放置在具有代表性的混合液区域；避免直接将探头放在曝气器正上方；等待数值稳定后记录；同时记录水温、鼓风机频率和进水情况。如果条件允许，最好将DO检测时间与进水水质采样时间保持一致，以便分析DO变化与污染物负荷之间的关系。
 

　　还有特别需要强调的是，多数村镇场站分布广，站点之间距离远，采用巡检的方式进行，运维管理人员技术水平普遍较差，导致对DO仪的使用过程缺少大厂技术人员的精心管理水平，造成对DO仪使用维护管理不到位，很多探头损坏严重，反复维修及更换探头造成成本升高，最终使得管理者不得不放弃对DO的监测管理。这个需要从管理层面对运行人员进行提升，不能以此放弃对场站的DO监测。
 

　　2. 第二步：开展逐步降低曝气量试验
 

　　这是判断是否存在过量曝气最直接的方法。例如，某污水处理站当前鼓风机运行频率为45Hz，假设鼓风机频率调节范围在45~35Hz之间，实际运行中好氧池DO长期维持在4.0mg/L以上。可以选择进水水量和水质相对稳定的时段开展试验。具体操作可以参考下表：
 

　　这里的频率仅为操作示例，实际调整必须结合风机型号、设备最低稳定运行频率及实际风量确定。每次调整后，应当观察好氧池DO、出水氨氮和污泥状态。如果DO逐渐下降，但出水氨氮仍然稳定，说明原来的曝气量可能存在一定富余。如果DO降低后，氨氮开始持续升高，则说明可能已经接近当前工况下的供氧控制下限，应当适当恢复曝气量。需要注意，硝化菌对运行条件变化的响应存在滞后性。不能仅凭降低曝气量后几个小时的水质变化就作出判断，尤其是在冬季低温条件下，更应延长观察周期。
 

　　3. 第三步：将DO与出水氨氮结合起来判断
 

　　DO只是反映生化池氧气状态的一个指标，不能单独作为曝气控制依据。真正需要关注的是：在某一个DO水平下，生化系统能否稳定完成有机物氧化和氨氮硝化。例如：某污水处理站出水氨氮控制要求为5mg/L，运行人员可以将3mg/L左右作为内部预警参考目标，再结合实际排放标准和进水情况确定运行控制值。当出水氨氮长期处于较低水平时，可以尝试逐步降低DO。如果降低DO以后，出水氨氮持续上升，就应当停止降低，并分析原因。但如果氨氮升高，同时水温下降、污泥龄不足或者碱度偏低，则不能简单认定是曝气量不足。应当综合分析：生化池DO；进水氨氮负荷；污泥浓度；污泥龄；水温；pH；碱度；好氧池末端氨氮。只有这样，才能避免把所有氨氮问题都归结为曝气不足。
 

　　4. 第四步：根据季节变化调整DO控制目标
 

　　村镇污水处理站的进水水量和水质具有较明显的季节性。夏季与冬季的运行条件存在较大差异。因此，不应当全年使用同一个DO控制值。结合各个季节的温度特点，污水场站对生化池内的DO应进行相对应的季节性的调整。
 

　　夏季运行：水温较高，微生物代谢活性较强，硝化菌的生长和反应速度相对较快。特别是降雨期间的进水污染物负荷不高，可以适当降低曝气量，避免DO长期维持在较高水平。但是，外部住户或手工业作坊的季节性加工的排污也可能出现进水负荷增加、耗氧速率上升的情况，不能仅凭水温判断曝气需求。
 

　　冬季运行：低温条件下，硝化菌活性下降，氨氮去除能力容易受到影响。这时需要重点关注好氧池末端DO和氨氮变化。如果氨氮出现持续升高，可以适当提高DO控制目标。但冬季进水量和污染物负荷也可能明显降低，因此不能认为冬季一定需要比夏季更大的曝气量。冬季DO控制的核心是保障硝化，而不是单纯提高曝气强度。
 

　　春秋季运行：这两个季节水温变化较快，微生物代谢状态也在发生变化。建议加强DO和氨氮监测，逐步调整运行参数，避免继续沿用前一季节的曝气设置。
 

　　5. 第五步：避免为了维持混合而过量曝气
 

　　对于部分村镇污水处理站，降低曝气量以后可能出现一个问题：曝气池底部开始积泥。这是因为曝气系统不仅承担供氧任务，还承担混合任务。当曝气量降低到一定程度，气泡产生的水流扰动不足以维持活性污泥悬浮，就可能发生局部沉积。这时，不能简单认为DO已经够了，就继续降低曝气量。
 

　　对于可能出现的这种积泥的现象需要进行现场工艺设备的排查：曝气器布置是否合理；曝气池是否存在死角；池底是否有污泥沉积；曝气支管是否存在堵塞；是否需要增加独立搅拌设备。对于有条件的场站，可以通过增加低速搅拌设备，将供氧和混合功能适当分离。这样既能满足活性污泥悬浮要求，又能避免为了混合而输送过量空气。
 

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