對活性污泥法生物池內(nèi)DO的控制討論
污水廠利用鼓風(fēng)機(jī)為生物池提供充足的溶解氧來保證微生物分解有機(jī)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(gè)過程消耗大量的能量，也是污水廠內(nèi)主要的能源消耗來源，因此在很多污水廠都希望在鼓風(fēng)機(jī)的控制上實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的控制來實(shí)現(xiàn)污水廠的節(jié)能降耗，但在運(yùn)行中如何實(shí)現(xiàn)呢？
從節(jié)能角度來講，每一位運(yùn)營人員都希望能在保證出水水質(zhì)穩(wěn)定的的情況下得出一個(gè)最低量溶解氧的控制參數(shù)，然后根據(jù)這個(gè)最低的溶解氧控制值，來進(jìn)行風(fēng)機(jī)出風(fēng)量的調(diào)整，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。這種控制方式就是要得出一個(gè)最低溶解氧的控制值，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(dá)最終出口的位置，微生物已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對有機(jī)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(fèi)，生物池比較傳統(tǒng)的數(shù)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(fù)荷變化帶來的沖擊，又不至于造成過多的溶解氧的浪費(fèi)。所以根據(jù)這個(gè)數(shù)值來調(diào)整曝氣風(fēng)量的供給，是比較傳統(tǒng)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(nèi)的溶解氧的控制愈加復(fù)雜，傳統(tǒng)的單一DO指標(biāo)控制已經(jīng)不能滿足在新的指標(biāo)工藝要求下的鼓風(fēng)機(jī)的精準(zhǔn)管控。在A2O工藝中內(nèi)回流將曝氣后的硝化液回流到反硝化的缺氧區(qū)，硝化液中所帶的富裕的溶解氧應(yīng)避免對缺氧區(qū)所需要的缺氧環(huán)境造成影響，因此回流的硝化液要盡可能少的帶回好氧區(qū)富裕的游離態(tài)的氧氣。一般的硝化液的內(nèi)回流點(diǎn)都設(shè)置在好氧區(qū)末端，因此在原有的２mg/L的好氧池的出口溶解氧控制數(shù)值也就意味著水中還有２mg/L的溶解氧剩余，這樣的數(shù)值就會(huì)顯得比較高，高溶解氧的硝化液回到缺氧區(qū)，在缺氧區(qū)的前端會(huì)有一個(gè)釋放氧氣的過程，這個(gè)過程會(huì)占據(jù)缺氧區(qū)的一部分來完成，也就減少了缺氧區(qū)的反硝化反應(yīng)的空間，導(dǎo)致反硝化反應(yīng)進(jìn)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(nèi)對有機(jī)物的降解和氨氮的硝化反應(yīng)的徹底進(jìn)行呢？
在確定出口處的溶解氧的最佳數(shù)值前，首先是要清楚在生物曝氣池內(nèi)溶解氧主要的作用，根據(jù)污水處理的生物降解的基本原理，溶解氧主要使用在兩個(gè)反應(yīng)中，一個(gè)是有機(jī)物的降解過程，是異養(yǎng)型細(xì)菌將污水中的有機(jī)物在有氧條件下轉(zhuǎn)化成CO２的過程，另一個(gè)過程是硝化菌將污水中的氨氮在有氧條件下轉(zhuǎn)化成NO3—N的過程。對應(yīng)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(yǎng)菌來說，硝化菌的硝化能力較弱，溶解氧會(huì)先被異養(yǎng)菌作為降解有機(jī)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(nèi)溶解氧的利用過程我們可以得知溶解氧最終達(dá)到不再被微生物消耗的時(shí)段是氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮以后的階段，當(dāng)氨氮降為零以后，鼓風(fēng)曝氣產(chǎn)生的溶解氧就不再被消耗，生物池內(nèi)的溶解氧開始上升。
在傳統(tǒng)的活性污泥理論中，水中的有機(jī)污染物也就是碳源是被好氧的異養(yǎng)微生物降解完成的，因此在很多污水廠的設(shè)計(jì)中，好氧段的設(shè)計(jì)都比較大，主要也是要考慮到進(jìn)水中的有機(jī)物需要進(jìn)行充分的降解，以保證出水的COD達(dá)到排放的標(biāo)準(zhǔn)值以內(nèi)。但是隨著除磷脫氮的工藝的大規(guī)模采用，厭氧區(qū)和缺氧區(qū)的聚磷菌的釋放磷過程、反硝化菌的反硝化脫氮過程都會(huì)有消耗進(jìn)水中碳源，而根據(jù)傳統(tǒng)的活性污泥法工藝設(shè)計(jì)的好氧池是根據(jù)進(jìn)水中全部的碳源在好氧池內(nèi)去除的，這樣的設(shè)計(jì)計(jì)算忽略了厭氧缺氧所消耗的碳源。因此根據(jù)傳統(tǒng)活性污泥法設(shè)計(jì)出來的好氧池往往大于實(shí)際所需的好氧體積，在實(shí)際應(yīng)用中，很多污水廠會(huì)覺得現(xiàn)階段的好氧池內(nèi)溶解氧總是比較高，或者鼓風(fēng)機(jī)的選型總是比較大，很難調(diào)控到實(shí)際所需的風(fēng)量，無法有效調(diào)低好氧池出口處到希望控制的溶解氧。
除去這個(gè)原因以外，還有就是現(xiàn)階段的進(jìn)水水質(zhì)受到城市管網(wǎng)的雨污合流制管網(wǎng)的雨水影響，以及污水管網(wǎng)經(jīng)年失修，地下水位較高的地區(qū)地下水滲入嚴(yán)重，導(dǎo)致進(jìn)水的BOD值遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)采用的城市生活污水的設(shè)計(jì)指標(biāo)值，造成污水廠設(shè)計(jì)計(jì)算微生物所降解的有機(jī)物與實(shí)際進(jìn)水的的有機(jī)物相差甚遠(yuǎn)，也就造成了設(shè)計(jì)采用的風(fēng)量遠(yuǎn)高于實(shí)際所需的風(fēng)量。因此進(jìn)水水質(zhì)過低，也造成了污水廠溶解氧的過剩，特別是為了滿足高標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)水水質(zhì)的所做的鼓風(fēng)機(jī)選型，也增加了溶解氧的有效的工藝調(diào)控難度。
現(xiàn)階段的風(fēng)機(jī)采用空氣懸浮和磁懸浮風(fēng)機(jī)，有大范圍的頻率調(diào)整空間，似乎從運(yùn)行上能夠解決這個(gè)問題，但是在實(shí)際運(yùn)行中，并不能真正實(shí)現(xiàn)降耗。主要是風(fēng)機(jī)在復(fù)雜的多機(jī)工況運(yùn)行下存在喘振區(qū)，為了避開喘振作用對風(fēng)機(jī)造成的損壞，風(fēng)機(jī)的調(diào)控區(qū)域往往縮減到很窄的一個(gè)范圍，特別是即使在調(diào)控區(qū)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(shí)現(xiàn)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(jié)能降耗的理念完全是背道而馳。
這些因素都導(dǎo)致了生物曝氣池內(nèi)的溶解氧過高，溶解氧過高帶來的工藝運(yùn)行問題也越來越凸顯，生物曝氣池池后段有機(jī)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(xiàn)象嚴(yán)重，越來越多的污水廠出現(xiàn)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(nèi)回流的硝化液內(nèi)游離態(tài)溶解氧又會(huì)對反硝化的缺氧區(qū)造成體積縮小，反應(yīng)時(shí)間縮短，消耗進(jìn)水中的有效碳源，從而導(dǎo)致反硝化反應(yīng)進(jìn)行的不徹底，污水廠需要投加更多的額外碳源來保證生物脫氮的穩(wěn)定運(yùn)行，消耗了藥劑，增加了運(yùn)行成本。
從這些方面來說，生物曝氣池的溶解氧的控制在現(xiàn)階段新的工藝控制目標(biāo)制約下，要重新進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行新的核算，校核好氧池的有效容積，從曝氣風(fēng)量重新對系統(tǒng)進(jìn)行確定，降低鼓風(fēng)風(fēng)量的選擇，調(diào)低風(fēng)機(jī)選型，減少能耗，同時(shí)也對缺氧區(qū)的運(yùn)行提供更優(yōu)化的運(yùn)行保障。
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