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关于溶解氧(DO)的详解!

更新时间:2020-08-14      点击次数:4809

当前污水处理中的生物处理大多是采用厌氧与好氧相结合的处理工艺,溶解氧在实际的废水生物处理操作中具有举足轻重的作用,这一指标的不合适或波动过大,会迅速导致活性污泥系统受到冲击,进而影响处理效率。因此在实际生化处理工艺中,需严格控制溶解氧的含量。

 

一、溶解氧的概述 

 

溶氧(DO)是溶解氧(Dissolved Oxygen)的简称,是表征水溶液中氧的浓度的参数,是溶解在水中的游离态氧。

 

溶解氧的单位为mg/L,用每升水里氧气的毫克数表示。水中溶解氧的多少是表征水体自净能力的一个指标。溶解氧高有利于对水体中各类污染物的降解,从而使水体较快得以净化;反之,溶解氧低,水体中污染物降解较缓慢。 

 

二、影响溶解氧的因素 

 

水中溶解氧含量受到两种作用的影响:一种是使DO下降的耗氧作用,包括好氧有机物降解的耗氧,先进代谢耗氧;另一种是使DO增加的复氧作用,主要有空气中氧的溶解,曝气手段等。这两种作用的相互消长,使水中溶解氧含量呈现出时空变化。 

 

影响水中溶解氧的含量的环境因素有水温,氧分压,盐度等因素。 

 

1. 水温

 

在氧气分压,含盐量一定时,溶解氧的饱和含量随着水温的升高而降低。低温下溶解氧的饱和含量随温度的变化更加显著。 

 

2. 含盐量

 

在水温,氧分压一定时,水的含盐量越高,水中溶解氧的饱和含量越小海水的含盐量比淡水的含盐量高的多,在相同条件下,溶解氧在海水中的饱和含量比在淡水中要低得多。天然淡水水体内含盐量的变化幅度很小,所以含盐量对溶解氧的饱和含量影响不大,可以近似以纯水中的饱和含量计算。  

 

3. 氧气的分压

 

在水温含盐量一定时,水中溶解氧的饱和含盐量随着液面上氧气分压的增大而增大。 

 

三、溶解氧DO的监测

 

由于溶解氧容易受到空气中氧气、温度、湿度等因素影响,所以常常是运用在线检测仪器或便携式溶解氧检测仪进行现场监测。在检测时,应该将整个曝气池划分成若干区域,就整个区域范围的溶解氧监测值进行统计分析,用以摸清本系统的不同阶段和时间点的溶解氧分布,这对后续系统的整体把握以及活性污泥故障分析非常有益。如果不具备这样的检测条件,可以通过监测曝气池出口端的溶解氧作为活性污泥系统对有机物降解进程的终结果判断。通常情况下,冬季充氧效果都要明显优于夏季。主要原因是冬季水温较低,溶解氧的饱和度高,相反,在夏季溶解氧的饱和度低。

 

溶解氧的测定方法:(膜电极法)

 

1. 原理

 

本方法所采用的电极由一小室构成,室内有两个金属电极并充有电解质,用选择性薄膜将小室封闭住。实际上水和可溶解物质离子不能透过这层膜,但氧和一定数量的其他气体及亲水性物质可透过这层薄膜。将这种电极浸入水中进行溶解氧测定。

因原电池作用或外加电压使电极间产生电位差。这种电位差,使金属离子在阳极进入溶液,而透过膜的氧在阴极还原。由此所产生的电流直接与通过膜与电解质液层的氧的传递速度成正比,因而该电流与给定温度下水样中氧的分压成正比。因膜的渗透性明显地随温度而变化,所以必须进行温度补偿。可采用数学方法(使用计算图表、计算机程序);也可使用调节装置;或者利用在电极回路中安装热敏元件加以补偿。某些仪器还可对不同温度下氧的溶解度的变化进行补偿。

 

2. 方法的适用范围
 

本方法适用于天然水、污水和盐水,如果用于测定海水或港湾水这类盐水,须对含盐量进行校正。

 

本方法不仅可以用于实验室内测定,还可用于现场测定和自动在线连续监测。

 

根据所采用电极的不同类型,可测定氧的浓度(mg/L),或氧的饱和百分率(%溶解氧),或者二者皆可测定。本方法可测定水中饱和百分率为0%至100%的溶解氧。大多数仪器能测定高于100%的过饱和值。一般仪器仅适用于溶解氧大于0.1mg/L的水样测定。

 

本方法适于测定色度高及混浊的水,还适于测定含铁及能与碘作用的物质的水,而上述物质会干扰碘量法测定。一些气体和蒸气如氯、二氧化硫、硫化氢、胺、氨、二氧化碳、溴和碘能扩散并通过薄膜,如果上述物质存在,会影响被测电流而产生干扰。样品中存在其他物质,会因引起薄膜阻塞、薄膜损坏或电极被腐蚀而干扰被测电流。这些物质包括溶剂、油类、硫化物、碳酸盐和藻类等。

 

3. 仪器

莱博图推出的LBT-DO270便携式溶解氧测试仪,高分辨率的溶解氧测试仪,在废水,水产养殖和发酵等各种领域的运用中游刃有余。

产品特点

 

●全新设计,握持舒适,方便轻盈,简易操作。
●65*40mm,超大LCD背光显示屏。
●IP67防尘防水等级,机身浮水设计。
●可选择溶解氧单位:浓度mg/L,饱和度% 。
●一键检视设定状态,包含:电极常数,斜率,以及仪表的各种设定状态。
●标配Clark极谱溶氧电极
●自动温度补偿,盐度/大气压力输入后自动补偿。
●HOLD读值锁定功能
●温度偏移调整
●256组量测数值存储功能
●两节1.5V AAA电池,超长电池使用寿命。
●配置CP337操作台便携包

 

技术规格

 

百分比饱和度测量范围0.0%~400.0%
 分辨率0.1%
 准确±0.2% F.S.
氧浓度测量范围0.00 mg/L~40.00 mg/L
 分辨率0.01 mg/L
 准确±0.2% F.S.
温度测量范围补偿时:0.0 °C~50.0 °C
测量时:0.0 °C~50.0 °C
 分辨率0.1 °C
 准确±0.2 °C
大气压力设置范围600 mbar~1400 mbar
 设置分度1 mbar
 默认值1013 mbar
盐度设置范围0.0 g/L~40.0 g/L
 设置分度0.1 g/L
 默认值0.0 g/L
电源供电电源2*7 AAA batteries
 电池寿命>500 hrs
其它屏幕65*40 mm多行液晶背光屏幕
 保护等级IP67
 自动关机10分钟(可选)
 使用环境-5°C~60 °C;相对湿度 <90%
 资料存储256组数据
 尺寸94*190*35mm (W*L*H)
 重量250g

 

配套电极

 

电极型号CS4051
范围0-40 mg/L
温度0 - 60 °C
压力0-4 bar
温度传感器NTC10K
反应时间< 60 s (95%,25 °C)
稳定时间15 - 20 min
零点漂移<0.5%
流速限制> 0.05 m/s
残余电流< 2% 在空氣中
壳体SS316L, POM
尺寸130mm, Φ12mm
膜头可更换PTFE膜盖
电解液极谱式
接头6-pin

 

4.试剂

 

①无水亚硫酸钠(Na2SO3)或七水合亚硫酸钠(Na2SO3·7H2O)。

 

②二价钻盐,例如六水合氯化钴(II)(COC12·6H2O)。

 

5.步骤

 

使用测量仪器时,应遵照制造厂的说明书正确调整和测量,一般仪器的使用和校正步骤如下:

 

(1)测量技术和注意事项

 

①不得用手触摸膜的活性表面。

 

②在更换电解质和膜之后,或当膜干燥时,都要使膜湿润,只有在读数稳定后,才能进行校准,见下述(2)。所需时间取决于电解质中溶解氧消耗所需要的时间。

 

③当将电极浸入样品中时,应保证没有空气泡截留在膜上。

 

④样品接触电极的膜时,应保持一定的流速,以防止与膜接触的瞬间将该部位样品中的溶解氧耗尽,而出现虚假的读数。应保证样品的流速不致使读数发生波动,在这方面要参照仪器制造厂家的说明。

 

⑤对于分散样品,测定容器应能密封以隔绝空气并带有搅拌器(例如电磁搅拌棒)。将样品充满容器至溢流,密闭后进行测量。调整搅拌速度使读数达到平衡后保持稳定,并不得夹带空气。

 

⑥对流动样品,例如河道,要检验是否可保证有足够的流速。如不够,则需在水样中往复移动电极,或者取出分散样品按上段叙述的方法测定。

 

(2)校准

 

校准步骤在下述①至③中叙述,但必须参照仪器制造厂家的说明书。

 

①调节:调整仪器的电零点,有些仪器有补偿零点,则不必调整。

 

②检验零点:检验零点(如需调整零点)时,可将电极浸入每升已加入1g亚硫酸钠和约lmg钴盐(II)的蒸馏水中,进行校零。10min内应得到稳定读数。

 

③接近饱和值的校准:在一定温度下,向水中曝气,使水中氧的含量达到饱和或接近饱和。在这个温度下保持15min再测定溶解氧的浓度,例如用碘量法测定。

 

④调整仪器:将电极浸没在瓶内,瓶中*充满按上述步骤制备并标定好的样品。让探头在搅拌的溶液中稳定10min以后(有的仪器只需约2min )。如果必要,调节仪器读数至样品已知的氧浓度。当仪器不能再校准,或仪器响应变得不稳定或较低时(见厂家说明书),应更换电解质或(和)膜。

 

(3)测定

 

按照厂家说明书对水样进行测定。在电极浸入样品后,使停留足够的时间,待电极与待测水温一致并使读数稳定。由于所用仪器型号不同及对结果的要求不同,必要时要检验水温和大气压力。

 

(4)结果的表示

 

溶解氧的浓度(mg/L):溶解氧的浓度以每升中氧的毫克数表示,取值到小数点后第1位。当测量样品时的温度不同于校准仪器时的温度,应对仪器读数给予相应校正。有些仪器可以自动进行补偿。该校正考虑到了在两种不同温度下溶解氧浓度的差值。要计算溶解氧的实际值,需将测定温度下所得读数乘以下列比值(Cm / Ce ), Cm为测定温度下的溶解氧浓度;Ce为校准温度下的溶解氧浓度。

 

 

四、溶解氧和其他控制指标的关系

 

1. 溶解氧与原水成分的关系

 

溶解氧和原水成分的关系,重点是原水成分中有机物含量和溶解氧的关系。具体表现在原水中有机物含量越多,微生物为代谢分解这些有机物所需消耗的溶解氧就越多,相反就越少了。所以在控制曝气的时候,要注意水量和废水中有机物的含量相匹配。

 

当进水量是平时的1.5倍时,若不调整曝气量的话,会出现曝气池出水溶解氧过低,有时甚至会低于0.5mg/L,不利于活性污泥发挥高效率处理效果。如果进水流量没有增加,但是废水中有机物浓度过高时,同样也会出现对溶解氧需求增大,继而出现曝气池出水溶解氧过低的现象。原水中一些特殊成分的存在,同样也会影响充氧效果。比如水中洗涤剂的存在、使得曝气池液面存在隔绝大气的隔离层,进而影响曝气效果的提升。

 

2. 溶解氧与活性污泥浓度的关系

 

溶解氧和活性污泥浓度的关系还是比较密切的,通常看到的是高活性污泥浓度对溶解氧的需求明显高于低活性污泥浓度对溶解氧的需求。所以,要达到去除污染物,并达到排放浓度的情况下,要尽量降低活性污泥的浓度,这对降低曝气量、减少电力消耗是非常有利的。

 

同时,在低活性污泥浓度情况下,需注意不要过度曝气,以免出现溶解氧过高,对仅有的活性污泥出现过度氧化现象,这样对二沉池的出水不利。

 

通常可以看到二沉池出水中夹杂较多的未沉降颗粒流出,这就是被氧化的活性污泥解体后分解在出水中的缘故。同样高活性污泥浓度对溶解氧的需求是很高的,不能不加控制的将活性污泥浓度一直升高,这样会出现供氧跟不上而出现缺氧现象,自然,活性污泥的处理效果也就受到抑制了。

 

3. 溶解氧与活性污泥沉降比的关系

 

溶解氧和活性污泥沉降比的关系,可以理解为溶解氧对活性污泥沉降性的影响。主要会出现以下2种情况:

 

 

五、溶解氧的控制依据及优化

 

主要依据:原水水质(有机物、氮、磷)、活性污泥的浓度、污泥沉降比、pH、温度、食微比(F/M)等进行控制。

 

当然,书面上给的理论值:一般好氧条件下溶解氧浓度为≥2.0 mg/L,厌氧条件下溶解氧浓度为≤0.2 mg/L,缺氧条件下溶解氧浓度为0.2-0.5 mg/L。具体还是要根据实际情况来把握。

 

1. 原水水质

 

一般原水中有机物含量越多,微生物分解代谢的耗氧量越多,以及硝化反应等对溶解氧的需求,所以控制溶解氧时要注意进水水量的变化和进水中有机物的含量。

 

2. 活性污泥浓度

 

在达到去除污染物、并到达排放浓度的情况下要尽量的降低活性污泥的浓度,这对于降低曝气量、减少电力消耗非常有利。同时,在低活性污泥浓度情况下,更要注意不要过度曝气,否则会出现污泥膨胀,使得出水混浊;当然,高的活性污泥浓度需要较高的溶解氧,否则会出现缺氧现象,使得污水处理效果受到抑制。

 

3. 污泥沉降比

 

过度的曝气会使细小的起泡附着在活性污泥的菌胶团上,导致活性污泥上浮到液面,使得污泥沉降性能变差。在实际操作中应该注意这个问题,特别是发生污泥丝状膨胀时候,更容易导致曝气的细小气泡附着在菌胶团上,继而导致液面出现大量浮渣。

 

4. 温度

 

不同温度下,污水中的溶解氧浓度不同,会对活性污泥浓度及微生物等产生影响。低温、高温都会影响水中溶解氧和微生物活性,使得污水处理效率低下。对于北方的低温,通常是建立地下或半地下室或室内处理;对于高温天气,则是通过调节池来调节池内温度进而提高处理效率。

 

5. 食微比(F/M)

 

食微比越高,越低,需氧量相对就越高,这可以知道我们在水处理过程中通过食微比值来达到节能的目的,即在保证处理效果的前提下,尽量提高食微比,以避免不必要的曝气消耗。

 

六、厌氧与缺氧池的DO控制

 

厌氧菌代谢不需要氧气,可以说氧气对他们是有毒物质,因此要求系统内溶解氧等于零;缺氧反应是兼性菌参与的生化反应,兼性菌是可以在好氧也可以在缺氧的情况下反应,为了反硝化的进行要求系统的溶解氧在0.5mg/L以下,一般小于0.2mg/L就称为厌氧段,大于0.2mg/L小于0.5mg/L称为缺氧段。

 

为减少厌氧或者缺氧池DO含量可以从一下几个方面做工作。

 

1. 进水

 

污水一般溶解氧很少,但是如果经过曝气沉砂池或进水前有跌落充氧就要考虑控制减少气量或减少落差,以减少充氧。

 

2. 回流污泥

 

沉淀池进水的溶解氧够用就好,只要沉淀池不发生反硝化就好,太多的溶解氧会使回流污泥溶解氧过高。

 

3. 内回流

 

AO/AAO都设计有内回流,可以通过控制内回流泵附近的曝气使曝气池这一段气量少于其他段,则内回流带回去的溶解氧也会较少。

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