浅析污水处理厂的溶解氧与氧化还原电位

杨 涛

（常州市排水管理处，江苏 常州 213000）

引言

溶解氧（DO）是溶解在水中的空气中的分子态氧，其单位为mg/L。通过测量水中的溶解氧含量，我们可以大致判定是否存在污染物，溶解氧的值是研究水自净能力的一种依据。目前，国家标准检测方法是碘量法及其修正法、膜电极法和便携式溶解氧仪法[1-3]。

氧化还原电位[4-5]（ORP）是用来反映水溶液中所有物质表现出来的宏观氧化-还原性，其单位为mV。ORP受多种物质共同影响，其高低并不是水质好坏的比较标准，但是可以综合其他水质指标反映水中的生态环境。在水质检测中，氧化还原电位的测定主要使用氧化还原电位测定仪。

DO和ORP在城镇污水处理中均具有广泛的应用，所以定期对DO和ORP进行测定、分析，有助于污水处理厂进行工艺控制，具有重要的实际意义。鉴于此，本文以常州市某污水处理厂（以下简称污水厂A，采用AAO工艺）作为研究对象，分别对处理流程中DO的变化、流程ORP的变化以及DO与ORP的关系进行了分析。

1 关于DO的分析

为了更加便捷地观察污水厂A全工艺流程中DO的变化情况，本研究在全厂各处理单元和一组生物反应池分别布设点位，采用便携式溶氧仪进行流程DO的测定。与此同时，在实验室采用碘量法对部分点位的DO进行测定比对，以期获得更为精准的测定数值。在测定整个工艺流程DO的过程中，除现场直接进行测定外，还将水样用定位采样仪进行采集后再测定，以此观察DO的衰减情况。

1.1 现场直接测定

现场直接测定是指在点位处采用便携式溶氧仪，将DO仪探头直接伸入池内水中进行测定。

1.1.1 全工艺流程DO变化分析

为了更为全面地测定流程中的DO，并观察DO的变化规律，研究人员在污水厂A全工艺流程上选定23个点位进行现场直接测定。便携式溶氧仪的现场直接测定结果在图1中显示。

图1 污水厂A全工艺流程DO变化情况

通过图1可以看到：在进行DO测定的这段时间，整个工艺流程DO变化的大体趋势是一致的，变化曲线的重合度比较好。存在跌落充氧的节点主要有：经过进水泵房跌落，DO提高约2.00 mg/L；经过曝气沉砂池跌落，DO提高约3.50 mg/L；在二沉池，池面DO基本在1.50～2.00 mg/L，经过出水堰跌落后，DO会有1.5～2.0 mg/L的提升；经过二次提升泵房布水渠的跌落后，DO基本会有3.0 mg/L的升高；经过高沉池出水堰的跌落后，DO会有0.5 mg/L的升高；V型滤池过滤后的跌落较小，DO升高0.40 mg/L。深度处理段的DO消耗主要体现在滤池的过滤过程，DO下降1.20 mg/L。

1.1.2 生物反应池DO变化分析

为进一步掌握生物反应池DO变化的规律，研究人员同样采用便携式溶氧仪对污水 厂A的一组生物反应池（即北池）进行精细化的DO测定。共选取28个点位进行DO测定，测定结果在图2中显示。

图2 污水厂A生反池北池DO变化情况（ 单位：mg/L）

图2显示的是某年11月，在污水厂A生反池北池测定的几次DO变化情况。从图中可以清晰看到：几次生反池北池DO测定的结果趋势大体一致。（1）从预缺氧池到厌氧池，再到缺氧池，DO都维持在一个较低的水平，总体不超过0.5 mg/L，平均0.19 mg/L。（2）在好氧池偶尔会 出现一个明显的升高，这主要是由于回流的好氧末端混合液有较高的DO，且回流到好氧池后，短时间难以混合均匀，因此造成短时DO骤增的情况。（3）因好氧池采用底曝与推流器相结合的曝气方式，所以在DO测定时，曝气区域与推流区域的DO值会有所差异。

1.2 现场采样测定

现场采样测定是指在对污水厂A全工艺流程进行现场直接测定DO的同时，在同一点位采用定位采样器现场采样后，再使用便携式溶氧仪测定采样器中水样的DO值。

在对整个工艺流程进行现场直接测定DO的同时，同点位用定位采样器现场采样后，使用便携式DO仪测定采样器中水样的DO值，测定结果如图3显示，可以看出：（1）介质为污水的情况下，即集水井至生反池进水廊道的六个点位，DO的波动较大，没有规律可寻。（2）在介质为活性污泥混合液或者经过二级处理后的污水的情况下，DO测定值的重现性较好。

图3 污水厂A全工艺流程DO变化情况

为更好地观察现场直接测定与现场采样测定的差异，在图4中选择六天的相关数据，将两者进行对比。从图4中可以明显看到两者的差异与相同之处。在图4的每个小图中可以发现：现场直接测定与现场采样测定所测得的DO值，在厌氧池和缺氧池、好氧末到总出水，在整体上都有比较好的一致性，两者误差较小。

图4 污水厂A全工艺流程DO变化对比

而在整个工艺流程的一级处理部分，现场直接测定和现场采样测定所测得的DO值有明显不同，尤其是在进水泵房出水、细格栅前、曝气沉砂池跌落后这三个点位，这些点位的DO在采出水样后会持续衰减，因此便携式溶氧仪在测定过程中出现无法稳定的现象。

综上，现场直接测定和现场采样测定的DO值，差异较大的地方主要有进水泵房出水、细格栅前、曝气沉砂池出水跌落后、生反池进水廊道、好氧池和DO1处。分析认为：（1）进水泵房出水、细格栅前、曝气沉砂池出水跌落后、生 反池进水廊道这四个点位的DO差异较大，侧面说明水样被采出后，DO会持续衰减。（2）在好氧池点位，现场直接测定的DO值高于现场采样测定的数值，所测得的DO差异较大，主要是好氧末端混合液回流抬高了该点位处的DO，但是因为该点位处曝气较少、硝化未完成，因此水样被采出后衰减较快，且该点位处短时间内混合不充分，采集水样不具有代表性，个体差异较大。（3）在DO1处点位，现场直接测定的DO值高于现场采样测定的数值，所测得的DO差异大，推测是由于该点位处为曝气区和推流区交界处，采集水样不具有代表性，个体差异较大，且因为是曝气前段，水样采出后衰减较快。

2 关于ORP的分析

研究人员采用便携式ORP仪对全厂整个工艺流程进行测定，方便分析ORP变化规律。同时对相应测定点的DO值和ORP值进行比较分析，试图寻找相应规律。

2.1 全工艺流程ORP变化分析

为进一步全面分析污水厂A全工艺流程ORP变化规律，本研究采用与测定全工艺流程DO类似的方式。同样在整个工艺流程上选定23个点位进行ORP测定。

图5显示的是某年8月在污水厂A测定的全工艺流程ORP的数据。从图中可以看到：多次测定的ORP值所显示的趋势大致一致。ORP都是从集水井的接近-250 mV到总出水的650 mV左右；在一级处理阶段，ORP的值呈现平 稳缓慢增长，增幅并不明显；而从生反池进水廊道到厌氧池、缺氧池，ORP值出现匀速较快增长；自进入好氧池，经过二沉池、高效沉淀池、V型滤池，ORP都维持在比较稳定的阶段，基本持平，大约在50～150 mV之间。

图5 污水厂A全工艺流程ORP变化情况

2.2 流程DO及ORP的关系分析

研究人员根据图1和图5中现场实测的工艺流程上23个测定点的DO和ORP值，在图6中选择其中三天的DO和ORP值进行比较，试图找到DO和ORP之间的变化规律。

图6 污水厂A全工艺流程DO和ORP对比分析( 单位：mg/L、mV)

通过观察图6发现：DO和ORP从进水至各个处理单元的变化趋势是一致的。进水DO约为0.15 mg/L，相应的ORP值在-250 mV左右。经过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。在厌氧池，不论是DO还是ORP，其值比较稳定，波动不大。在缺氧池，DO依旧相对稳定，而ORP出现缓慢上升。进入到好氧池，从好氧初到中段及末端，DO逐渐由0.5 mg/L升高至1.5 mg/L，直到最后的2.8 mg/L。进入二沉池，DO维持在2.0 mg/L，经过二次提升，DO上升至6 mg/L。而从好氧池到V型滤池的过程中，ORP值并无太大波动，维持在100 mV左右。

从图6中可以看到：整个工艺流程中DO和ORP的变化趋势大致相同。DO和ORP的提升大致有以下几种情况：（1）经过提升泵房提升和跌落，都会使DO和ORP升高。提升和跌落达到快速充氧的目的，但是氧气容易溢出并快速衰减，进入厌氧池后基本恢复至厌氧环境。（2）在缺氧池，由内回流带回来部分DO和硝酸盐氮，使得ORP有所升高。（3）在好氧池，因鼓风曝气，DO持续性上升，但ORP并无明显上涨。

综上，在生反池之前，DO与ORP有明显的对应关系，而进入生反池后，因为有硝酸盐氮等其他物质的介入，DO与ORP的对应关系被打乱，验证了DO只是影响ORP值的因素之一，二者并非线性的对应关系。

3 结语

鉴于测定DO和ORP的手段简单、设备价格低廉、精度较高、数据实时，因此通过测定污水处理厂流程DO和ORP，相关人员可以快速掌握污水净化反应过程，实现污水处理环节的精细化管理。常态化测定流程DO和ORP，有利于掌握污水处理厂各处理单元DO和ORP的变化规律，有利于通过优化污水处理厂运行参数来实现污水处理效果的最优化。

此外，通过进一步研究污水处理过程中的提升、跌落现象对DO的影响，探索DO衰减规律，可以在城镇污水处理中实现节能降耗；通过研究ORP与其他水质指标的关联关系，可以建立ORP的控制参数体系，并将其纳入水处理行业管理工具的行列。