淺析污水處理廠的溶解氧與氧化還原電位

楊 濤

（常州市排水管理處，江蘇 常州 213000）

引言

溶解氧（DO）是溶解在水中的空氣中的分子態(tài)氧，其單位為mg/L。通過測量水中的溶解氧含量，我們可以大致判定是否存在污染物，溶解氧的值是研究水自凈能力的一種依據(jù)。目前，國家標(biāo)準(zhǔn)檢測方法是碘量法及其修正法、膜電極法和便攜式溶解氧儀法[1-3]。

氧化還原電位[4-5]（ORP）是用來反映水溶液中所有物質(zhì)表現(xiàn)出來的宏觀氧化-還原性，其單位為mV。ORP受多種物質(zhì)共同影響，其高低并不是水質(zhì)好壞的比較標(biāo)準(zhǔn)，但是可以綜合其他水質(zhì)指標(biāo)反映水中的生態(tài)環(huán)境。在水質(zhì)檢測中，氧化還原電位的測定主要使用氧化還原電位測定儀。

DO和ORP在城鎮(zhèn)污水處理中均具有廣泛的應(yīng)用，所以定期對DO和ORP進(jìn)行測定、分析，有助于污水處理廠進(jìn)行工藝控制，具有重要的實(shí)際意義。鑒于此，本文以常州市某污水處理廠（以下簡稱污水廠A，采用AAO工藝）作為研究對象，分別對處理流程中DO的變化、流程ORP的變化以及DO與ORP的關(guān)系進(jìn)行了分析。

1 關(guān)于DO的分析

為了更加便捷地觀察污水廠A全工藝流程中DO的變化情況，本研究在全廠各處理單元和一組生物反應(yīng)池分別布設(shè)點(diǎn)位，采用便攜式溶氧儀進(jìn)行流程DO的測定。與此同時，在實(shí)驗室采用碘量法對部分點(diǎn)位的DO進(jìn)行測定比對，以期獲得更為精準(zhǔn)的測定數(shù)值。在測定整個工藝流程DO的過程中，除現(xiàn)場直接進(jìn)行測定外，還將水樣用定位采樣儀進(jìn)行采集后再測定，以此觀察DO的衰減情況。

1.1 現(xiàn)場直接測定

現(xiàn)場直接測定是指在點(diǎn)位處采用便攜式溶氧儀，將DO儀探頭直接伸入池內(nèi)水中進(jìn)行測定。

1.1.1 全工藝流程DO變化分析

為了更為全面地測定流程中的DO，并觀察DO的變化規(guī)律，研究人員在污水廠A全工藝流程上選定23個點(diǎn)位進(jìn)行現(xiàn)場直接測定。便攜式溶氧儀的現(xiàn)場直接測定結(jié)果在圖1中顯示。

圖1 污水廠A全工藝流程DO變化情況

通過圖1可以看到：在進(jìn)行DO測定的這段時間，整個工藝流程DO變化的大體趨勢是一致的，變化曲線的重合度比較好。存在跌落充氧的節(jié)點(diǎn)主要有：經(jīng)過進(jìn)水泵房跌落，DO提高約2.00 mg/L；經(jīng)過曝氣沉砂池跌落，DO提高約3.50 mg/L；在二沉池，池面DO基本在1.50～2.00 mg/L，經(jīng)過出水堰跌落后，DO會有1.5～2.0 mg/L的提升；經(jīng)過二次提升泵房布水渠的跌落后，DO基本會有3.0 mg/L的升高；經(jīng)過高沉池出水堰的跌落后，DO會有0.5 mg/L的升高；V型濾池過濾后的跌落較小，DO升高0.40 mg/L。深度處理段的DO消耗主要體現(xiàn)在濾池的過濾過程，DO下降1.20 mg/L。

1.1.2 生物反應(yīng)池DO變化分析

為進(jìn)一步掌握生物反應(yīng)池DO變化的規(guī)律，研究人員同樣采用便攜式溶氧儀對污水 廠A的一組生物反應(yīng)池（即北池）進(jìn)行精細(xì)化的DO測定。共選取28個點(diǎn)位進(jìn)行DO測定，測定結(jié)果在圖2中顯示。

圖2 污水廠A生反池北池DO變化情況（ 單位：mg/L）

圖2顯示的是某年11月，在污水廠A生反池北池測定的幾次DO變化情況。從圖中可以清晰看到：幾次生反池北池DO測定的結(jié)果趨勢大體一致。（1）從預(yù)缺氧池到厭氧池，再到缺氧池，DO都維持在一個較低的水平，總體不超過0.5 mg/L，平均0.19 mg/L。（2）在好氧池偶爾會 出現(xiàn)一個明顯的升高，這主要是由于回流的好氧末端混合液有較高的DO，且回流到好氧池后，短時間難以混合均勻，因此造成短時DO驟增的情況。（3）因好氧池采用底曝與推流器相結(jié)合的曝氣方式，所以在DO測定時，曝氣區(qū)域與推流區(qū)域的DO值會有所差異。

1.2 現(xiàn)場采樣測定

現(xiàn)場采樣測定是指在對污水廠A全工藝流程進(jìn)行現(xiàn)場直接測定DO的同時，在同一點(diǎn)位采用定位采樣器現(xiàn)場采樣后，再使用便攜式溶氧儀測定采樣器中水樣的DO值。

在對整個工藝流程進(jìn)行現(xiàn)場直接測定DO的同時，同點(diǎn)位用定位采樣器現(xiàn)場采樣后，使用便攜式DO儀測定采樣器中水樣的DO值，測定結(jié)果如圖3顯示，可以看出：（1）介質(zhì)為污水的情況下，即集水井至生反池進(jìn)水廊道的六個點(diǎn)位，DO的波動較大，沒有規(guī)律可尋。（2）在介質(zhì)為活性污泥混合液或者經(jīng)過二級處理后的污水的情況下，DO測定值的重現(xiàn)性較好。

圖3 污水廠A全工藝流程DO變化情況

為更好地觀察現(xiàn)場直接測定與現(xiàn)場采樣測定的差異，在圖4中選擇六天的相關(guān)數(shù)據(jù)，將兩者進(jìn)行對比。從圖4中可以明顯看到兩者的差異與相同之處。在圖4的每個小圖中可以發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)場直接測定與現(xiàn)場采樣測定所測得的DO值，在厭氧池和缺氧池、好氧末到總出水，在整體上都有比較好的一致性，兩者誤差較小。

圖4 污水廠A全工藝流程DO變化對比

而在整個工藝流程的一級處理部分，現(xiàn)場直接測定和現(xiàn)場采樣測定所測得的DO值有明顯不同，尤其是在進(jìn)水泵房出水、細(xì)格柵前、曝氣沉砂池跌落后這三個點(diǎn)位，這些點(diǎn)位的DO在采出水樣后會持續(xù)衰減，因此便攜式溶氧儀在測定過程中出現(xiàn)無法穩(wěn)定的現(xiàn)象。

綜上，現(xiàn)場直接測定和現(xiàn)場采樣測定的DO值，差異較大的地方主要有進(jìn)水泵房出水、細(xì)格柵前、曝氣沉砂池出水跌落后、生反池進(jìn)水廊道、好氧池和DO1處。分析認(rèn)為：（1）進(jìn)水泵房出水、細(xì)格柵前、曝氣沉砂池出水跌落后、生 反池進(jìn)水廊道這四個點(diǎn)位的DO差異較大，側(cè)面說明水樣被采出后，DO會持續(xù)衰減。（2）在好氧池點(diǎn)位，現(xiàn)場直接測定的DO值高于現(xiàn)場采樣測定的數(shù)值，所測得的DO差異較大，主要是好氧末端混合液回流抬高了該點(diǎn)位處的DO，但是因為該點(diǎn)位處曝氣較少、硝化未完成，因此水樣被采出后衰減較快，且該點(diǎn)位處短時間內(nèi)混合不充分，采集水樣不具有代表性，個體差異較大。（3）在DO1處點(diǎn)位，現(xiàn)場直接測定的DO值高于現(xiàn)場采樣測定的數(shù)值，所測得的DO差異大，推測是由于該點(diǎn)位處為曝氣區(qū)和推流區(qū)交界處，采集水樣不具有代表性，個體差異較大，且因為是曝氣前段，水樣采出后衰減較快。

2 關(guān)于ORP的分析

研究人員采用便攜式ORP儀對全廠整個工藝流程進(jìn)行測定，方便分析ORP變化規(guī)律。同時對相應(yīng)測定點(diǎn)的DO值和ORP值進(jìn)行比較分析，試圖尋找相應(yīng)規(guī)律。

2.1 全工藝流程ORP變化分析

為進(jìn)一步全面分析污水廠A全工藝流程ORP變化規(guī)律，本研究采用與測定全工藝流程DO類似的方式。同樣在整個工藝流程上選定23個點(diǎn)位進(jìn)行ORP測定。

圖5顯示的是某年8月在污水廠A測定的全工藝流程ORP的數(shù)據(jù)。從圖中可以看到：多次測定的ORP值所顯示的趨勢大致一致。ORP都是從集水井的接近-250 mV到總出水的650 mV左右；在一級處理階段，ORP的值呈現(xiàn)平 穩(wěn)緩慢增長，增幅并不明顯；而從生反池進(jìn)水廊道到厭氧池、缺氧池，ORP值出現(xiàn)勻速較快增長；自進(jìn)入好氧池，經(jīng)過二沉池、高效沉淀池、V型濾池，ORP都維持在比較穩(wěn)定的階段，基本持平，大約在50～150 mV之間。

圖5 污水廠A全工藝流程ORP變化情況

2.2 流程DO及ORP的關(guān)系分析

研究人員根據(jù)圖1和圖5中現(xiàn)場實(shí)測的工藝流程上23個測定點(diǎn)的DO和ORP值，在圖6中選擇其中三天的DO和ORP值進(jìn)行比較，試圖找到DO和ORP之間的變化規(guī)律。

圖6 污水廠A全工藝流程DO和ORP對比分析( 單位：mg/L、mV)

通過觀察圖6發(fā)現(xiàn)：DO和ORP從進(jìn)水至各個處理單元的變化趨勢是一致的。進(jìn)水DO約為0.15 mg/L，相應(yīng)的ORP值在-250 mV左右。經(jīng)過提升泵房及沉砂池跌落后，DO上升至3.5 mg/L左右，ORP升高至-200 mV左右。在厭氧池，不論是DO還是ORP，其值比較穩(wěn)定，波動不大。在缺氧池，DO依舊相對穩(wěn)定，而ORP出現(xiàn)緩慢上升。進(jìn)入到好氧池，從好氧初到中段及末端，DO逐漸由0.5 mg/L升高至1.5 mg/L，直到最后的2.8 mg/L。進(jìn)入二沉池，DO維持在2.0 mg/L，經(jīng)過二次提升，DO上升至6 mg/L。而從好氧池到V型濾池的過程中，ORP值并無太大波動，維持在100 mV左右。

從圖6中可以看到：整個工藝流程中DO和ORP的變化趨勢大致相同。DO和ORP的提升大致有以下幾種情況：（1）經(jīng)過提升泵房提升和跌落，都會使DO和ORP升高。提升和跌落達(dá)到快速充氧的目的，但是氧氣容易溢出并快速衰減，進(jìn)入?yún)捬醭睾蠡净謴?fù)至厭氧環(huán)境。（2）在缺氧池，由內(nèi)回流帶回來部分DO和硝酸鹽氮，使得ORP有所升高。（3）在好氧池，因鼓風(fēng)曝氣，DO持續(xù)性上升，但ORP并無明顯上漲。

綜上，在生反池之前，DO與ORP有明顯的對應(yīng)關(guān)系，而進(jìn)入生反池后，因為有硝酸鹽氮等其他物質(zhì)的介入，DO與ORP的對應(yīng)關(guān)系被打亂，驗證了DO只是影響ORP值的因素之一，二者并非線性的對應(yīng)關(guān)系。

3 結(jié)語

鑒于測定DO和ORP的手段簡單、設(shè)備價格低廉、精度較高、數(shù)據(jù)實(shí)時，因此通過測定污水處理廠流程DO和ORP，相關(guān)人員可以快速掌握污水凈化反應(yīng)過程，實(shí)現(xiàn)污水處理環(huán)節(jié)的精細(xì)化管理。常態(tài)化測定流程DO和ORP，有利于掌握污水處理廠各處理單元DO和ORP的變化規(guī)律，有利于通過優(yōu)化污水處理廠運(yùn)行參數(shù)來實(shí)現(xiàn)污水處理效果的最優(yōu)化。

此外，通過進(jìn)一步研究污水處理過程中的提升、跌落現(xiàn)象對DO的影響，探索DO衰減規(guī)律，可以在城鎮(zhèn)污水處理中實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗；通過研究ORP與其他水質(zhì)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以建立ORP的控制參數(shù)體系，并將其納入水處理行業(yè)管理工具的行列。