Dla znajomych, którzy pracują w oczyszczalniach wody lub przy reakcjach biochemicznych, temat potencjału redox (ORP) może być przytłaczający - jest niewidoczny i nieuchwytny, a jego wartości skaczą w górę i w dół. Czasami, mimo że wskaźniki wydają się być poprawne, gdy ORP spada, cały system ma problemy. W rzeczywistości nie ma potrzeby traktować ORP jako „mistycyzmu”. Jego istotą jest „termometr” „środowiska redox” w systemie biochemicznym. Kontrolowanie ORP oznacza tworzenie komfortowych „warunków życia” dla mikroorganizmów i pozwolenie im na dobrą pracę. Dziś porozmawiajmy prostym językiem o tym, jak kontrolować ORP, od „dlaczego to kontrolować” do „jak to konkretnie obsługiwać”. Wyjaśnijmy krok po kroku.
Po pierwsze, musimy zrozumieć: czym dokładnie jest ORP? Nie musimy pamiętać terminów technicznych „potencjał energii przenoszenia elektronów”. Mówiąc prosto, wysoka wartość ORP wskazuje, że w systemie jest „więcej utleniaczy”, a środowisko jest nastawione na „utlenianie”; Niska wartość oznacza „więcej reduktorów” i środowisko, które ma tendencję do „redukcji”. A mikroorganizmy w systemie biochemicznym są „mistrzami wyboru środowiska” - bakterie tlenowe preferują środowiska, które są nastawione na utlenianie (ORP jest generalnie dodatnie o dziesiątki do setek mV), bakterie beztlenowe muszą pracować w silnych środowiskach redukujących (ORP jest zwykle ujemne o setki mV), a nawet bakterie fakultatywne muszą dostosować swój „tryb pracy” do zmian w tlenie, węglu, azocie i innych rzeczach w środowisku. Zatem ORP nie jest opcjonalnym wskaźnikiem, jest kluczowym sygnałem, który pozwala nam ocenić, czy mikroorganizmy czują się komfortowo, czy też nie, i czy pracują, czy nie. Na przykład, jeśli ORP w zbiorniku tlenowym nagle spada, najprawdopodobniej jest to spowodowane niewystarczającym napowietrzaniem, co powoduje, że bakterie tlenowe „duszą się z powodu braku tlenu”; Kiedy ORP zbiornika beztlenowego osiąga wartość dodatnią, to koniec. Tlen się ulatnia, a bakterie beztlenowe „uderzają” bezpośrednio, a produkcja metanu ustaje.
Jaka jest podstawowa logika kontrolowania ORP? Tylko jedna rzecz: „Dostosuj w razie potrzeby” - najpierw wyjaśnij, co ma robić Twój system biochemiczny (czy ma degradację ChZT? A może denitryfikację i usuwanie fosforu? A może produkcję biogazu? ）Następnie określ, który mikroorganizm jest potrzebny do „zdominowania pracy”, a na koniec ustabilizuj ORP w odpowiednim zakresie w oparciu o potrzeby mikroorganizmu. Nie chodzi o mówienie „im wyższa wartość, tym lepiej”, ani „im niższa wartość, tym lepiej”. Na przykład, podczas denitryfikacji, bakterie tlenowe są potrzebne do nitryfikacji (azot amonowy do azotu azotanowego), a ORP musi być kontrolowane na poziomie +200~+400mV; podczas denitryfikacji (azot azotanowy do azotu), bakterie fakultatywne muszą zostać zastąpione, a środowisko musi zostać zredukowane do -50~+50mV. Jeśli ORP w tym czasie się nie zmniejszy, bakterie denitryfikacyjne w ogóle nie będą działać, a azot azotanowy będzie się gromadził w wodzie. Zatem pierwszym krokiem jest wyjaśnienie „zakresu docelowego”, który jest „nawigatorem” kontrolującym ORP. Bez tego kolejne operacje będą tylko zabawą.
Następna jest najbardziej praktyczna: jak konkretnie dostosować ORP? Porozmawiajmy o różnych scenariuszach, w końcu rozgrywka systemów tlenowych, beztlenowych i beztlenowych jest inna. Weźmy to po kolei.
Po pierwsze, porozmawiajmy o systemach tlenowych, takich jak zbiorniki tlenowe i filtry biologiczne. Kluczem jest „kontrola tlenu”, ponieważ tlen jest tutaj głównym utleniaczem, a ORP i tlen rozpuszczony (DO) są prawie „ze sobą powiązane”. Wielu znajomych popełnia błąd: myślą, że im większe napowietrzanie, tym wyższy tlen rozpuszczony (DO) i tym bardziej stabilne będzie ORP - w rzeczywistości, jeśli DO jest zbyt wysokie, ORP również wzrośnie zbyt wysoko, co nie tylko marnuje energię elektryczną, ale może również hamować niektóre bakterie tlenowe (takie jak te, które degradują trudne do rozkładu substancje organiczne); Jeśli DO jest zbyt niskie, ORP ponownie spadnie, bakterie tlenowe nie mogą oddychać, ChZT nie może się zmniejszyć, a azot amonowy nie może ulec nitryfikacji. Jak powinniśmy to dostosować?
Po pierwsze, musimy ściśle monitorować związek między DO i ORP. Sytuacja każdego systemu jest inna. Na przykład, w niektórych zbiornikach tlenowych, gdy DO wynosi od 2-3 mg/L, ORP stabilizuje się na poziomie +250~+300mV. Kontrolujmy więc DO w tym zakresie, a ORP naturalnie się ustabilizuje. Jak kontrolować DO? Najbardziej bezpośrednim sposobem jest dostosowanie otwarcia zaworu napowietrzającego lub częstotliwości wentylatora napowietrzającego - obecnie wiele oczyszczalni wody wykorzystuje „kontrolę powiązania DO-ORP”, na przykład ustawiając docelowe ORP na +300mV. Gdy ORP jest poniżej 280mV, system automatycznie włącza napowietrzanie; Jeśli jest wyższe niż 320mV, zmniejsz napowietrzanie, nie ma potrzeby, aby ludzie monitorowali i dostosowywali, jest to wygodne i dokładne.
Ponadto stosunek węgla do azotu w systemie tlenowym może również wpływać na ORP. Na przykład, jeśli ChZT wody dopływającej nagle wzrasta, a mikroorganizmy „jedzą więcej”, zużycie tlenu wzrośnie. W tym czasie, nawet jeśli napowietrzanie nie jest aktywowane, DO nadal będzie się zmniejszać, a ORP również się zmniejszy. W tej sytuacji samo dostosowanie napowietrzania nie wystarczy, ale należy również przyjrzeć się obciążeniu dopływu. Jeśli ChZT nadal jest wysokie, może być konieczne dostosowanie dopływu (np. rozcieńczenie części oczyszczonej wody z refluksem) lub uzupełnienie niektórych składników odżywczych (np. dodanie mocznika lub fosforanu dwuwodorowego potasu, jeśli azotu i fosforu jest za mało), aby mikroorganizmy mogły „jeść równomiernie”, a zużycie tlenu było stabilne, a ORP nie będzie się wahać.
Mówiąc o systemach beztlenowych, takich jak reaktory UASB i IC, celem jest ustabilizowanie ORP na poziomie -200~-400mV (etap produkcji metanu). Kluczem jest tutaj „zapobieganie tlenowi” i „kontrola źródeł węgla”, ponieważ systemy beztlenowe są „wrażliwe na tlen”. Trochę tlenu wnika, a ORP gwałtownie wzrośnie, bezpośrednio „trując” mikroorganizmy.
Po pierwsze, konieczne jest dobre uszczelnienie, które jest podstawą fundamentu. Wiele zbiorników beztlenowych znajomych ma niestabilne ORP, a po sprawdzeniu okazało się, że w rurze wlotowej występuje wyciek powietrza lub płyta górna reaktora nie jest szczelnie zamknięta, co powoduje wnikanie powietrza do zbiornika. Dlatego po każdej konserwacji konieczne jest sprawdzenie stanu uszczelnienia i najlepiej dodać „uszczelnienie wodne” do rury wlotowej, aby zapobiec przedostawaniu się powietrza ze ściekami. Ponadto, jeśli urządzenia, takie jak pompy refluksowe i mieszadła w systemach beztlenowych, wymagają chłodzenia powietrzem, ważne jest, aby uważać, aby nie dopuścić do wycieku powietrza do wody, w przeciwnym razie będzie to naprawdę jak „tysiącmilowy wał zniszczony przez gniazda mrówek”.
Następnie jest kontrola źródła węgla i pH. Kiedy mikroorganizmy beztlenowe degradują materię organiczną, wytwarzają metan i dwutlenek węgla, które są reduktorami, które mogą utrzymywać środowisko redukujące. Jeśli ChZT wody dopływającej jest zbyt niskie, mikroorganizmy nie będą w stanie jej zjeść, a reduktora będzie za mało, co spowoduje wzrost ORP; Jeśli ChZT jest zbyt wysokie, mikroorganizmy „zjedzą” i wytworzą zbyt wiele lotnych kwasów tłuszczowych (VFA), co prowadzi do obniżenia pH. Kiedy pH jest poniżej 6,5, bakterie produkujące metan przestaną działać, a ORP również stanie się chaotyczne. Dlatego konieczne jest regularne mierzenie ChZT wody dopływającej oraz VFA i pH w basenie. Jeśli ChZT jest niewystarczające, dodaj trochę źródeł węgla (takich jak glukoza, metanol lub ścieki organiczne o wysokim stężeniu). Jeśli VFA jest zbyt wysokie, dodaj zasadę (taką jak wodorotlenek sodu, węglan sodu), aby dostosować pH. Ogólnie rzecz biorąc, pH jest kontrolowane na poziomie 7,0-7,5, a ORP jest mniej narażone na problemy.
Jest jeszcze jeden mały szczegół: kiedy uruchamia się system beztlenowy, ORP jest szczególnie trudne do kontrolowania, ponieważ populacja drobnoustrojów jest na początku mała i środowisko redukujące nie zostało jeszcze ustanowione. Nie martw się, powoli dodawaj ścieki o niskim stężeniu, aby umożliwić mikroorganizmom rozmnażanie się krok po kroku. Jednocześnie możesz również dodać trochę „zainokulowanego osadu” (takiego jak osad z innych zbiorników beztlenowych), aby przyspieszyć ustanowienie środowiska redukującego. Kiedy ORP ustabilizuje się poniżej -200mV, stopniowo zwiększaj obciążenie wlotowe, w przeciwnym razie łatwo o „awarię uruchomienia”.
Na koniec porozmawiajmy o systemach beztlenowych, takich jak zbiorniki denitryfikacyjne, gdzie docelowe ORP wynosi zwykle od -50~+50mV. Kluczem jest tutaj „kontrola źródła węgla i zapobieganie tlenowi”, ponieważ bakterie denitryfikacyjne potrzebują źródeł węgla jako „pożywienia” i nie może być żadnych zakłóceń tlenowych (w przeciwnym razie będą one dawać pierwszeństwo tlenowi przed azotem azotanowym).
Wielu znajomych nie może obniżyć ORP swoich zbiorników denitryfikacyjnych, więc pierwszą rzeczą do sprawdzenia jest to, czy nie ma wycieku tlenu - na przykład, jeśli zbiornik tlenowy przed zbiornikiem denitryfikacyjnym ma zbyt duże napowietrzanie, DO przenosi ścieki do zbiornika denitryfikacyjnego lub jeśli mieszadło w zbiorniku denitryfikacyjnym jest „napowietrzaniem mieszania” (co jest najtrudniejsze i bezpośrednio natlenia zbiornik), nawet jeśli dodane zostanie źródło węgla, ORP nie może zostać obniżone. Zatem mieszanie zbiornika denitryfikacyjnego musi wykorzystywać „mieszanie mechaniczne” (takie jak mieszanie łopatkowe) i nie może wykorzystywać mieszania napowietrzającego; Jeśli DO ścieków z zbiornika tlenowego jest zbyt wysokie, przed zbiornikiem denitryfikacyjnym należy dodać „zbiornik odgazowujący”, aby usunąć część tlenu z wody.
Następnie jest „ilość źródła węgla musi być wystarczająca”. Kiedy bakterie denitryfikacyjne degradują azot azotanowy, potrzebują źródła węgla (takiego jak ChZT) jako donora elektronów. Jeśli źródło węgla jest niewystarczające, nawet bez tlenu, nie będą miały siły do pracy, a ORP nie będzie stabilne. Jak ustalić, czy źródło węgla jest wystarczające? Można obliczyć stosunek węgla do azotu (C/N). Ogólnie rzecz biorąc, denitryfikacja wymaga stosunku C/N 5~8:1. Na przykład, jeśli azot azotanowy w dopływie wynosi 50 mg/L, ChZT musi wynosić co najmniej 250~400 mg/L. Jeśli to nie wystarczy, należy uzupełnić źródła węgla, takie jak metanol, octan sodu lub ChZT ze ścieków domowych. Podczas uzupełniania nie dodawaj zbyt dużo na raz, w przeciwnym razie ChZT pozostanie w późniejszym systemie. Najlepiej „dodawać małe ilości wiele razy” i monitorować zmiany w ORP i azocie azotanowym. Jeśli ORP pozostaje stabilne na poziomie około 0 mV, a azot azotanowy nadal się zmniejsza, oznacza to, że źródło węgla zostało dodane precyzyjnie.
Oprócz tych konkretnych operacji, istnieje również kilka „ogólnych wskazówek”, które mogą być używane w systemach tlenowych, beztlenowych lub beztlenowych, które mogą pomóc uniknąć wielu objazdów.
Pierwsza to „Nie skupiaj się tylko na ORP jako jednym wskaźniku”, powinno być powiązane z innymi wskaźnikami. Na przykład, jeśli ORP zbiornika tlenowego spada, musisz sprawdzić, czy DO spadło, ChZT wzrosło, a azot amonowy się nie zmniejszył; Kiedy ORP zbiornika beztlenowego wzrasta, konieczne jest sprawdzenie, czy pH jest niskie, czy VFA jest wysokie i czy występuje wyciek tlenu - ORP jest „żołnierzem sygnałowym”, a nie „przyczyną”, samo patrzenie na ORP nie pozwala znaleźć problemu i należy go analizować razem ze wskaźnikami takimi jak DO, pH, ChZT, azot amonowy i VFA, aby dokładnie znaleźć „gdzie dostosować”.
Drugi to „ustawienie rozsądnego zakresu wahań” i nie dążenie do „absolutnej stabilności”. Sam system biochemiczny ma wahania (takie jak zmiany w jakości wody dopływającej i temperaturze) i jest normalne, że ORP nieznacznie się waha. Na przykład, ORP zbiornika tlenowego jest ustawione na +300mV, pozwalając mu oscylować między 280-320mV. Dopóki nie przekracza to tego zakresu, mikroorganizmy mogą się przystosować i nie trzeba go zbytnio dostosowywać za każdym razem, gdy wystąpią wahania, w przeciwnym razie system stanie się bardziej niestabilny. Na przykład, gdy zawór napowietrzający otwiera się i zamyka przerywanie, rozpuszczony tlen (DO) waha się między wysokim i niskim poziomem, pozostawiając mikroorganizmy w rozterce.
Trzeci to „regularne kalibrowanie instrumentu”, nie pozwól, aby elektroda ORP „oszukiwała Cię”. Elektroda ORP może się z czasem starzeć lub być pokryta zanieczyszczeniami w wodzie (takimi jak plamy oleju i biofilmy), a zmierzone wartości mogą być niedokładne - na przykład, jeśli rzeczywiste ORP wynosi +200mV, a elektroda wyświetla +100mV, możesz pomyśleć, że napowietrzanie jest niewystarczające i zwiększyć napowietrzanie, ale ORP faktycznie wzrasta do +300mV, co w rzeczywistości może powodować problemy. Dlatego ogólnie zaleca się kalibrację elektrody ORP raz w tygodniu, używając standardowego roztworu buforowego (takiego jak roztwór buforowy pH 7,0, z ORP około +200mV, w zależności od instrukcji roztworu buforowego), wycierając wszelkie zabrudzenia z elektrody, aby zapewnić dokładność zmierzonych wartości, aby kontrola miała sens.
Na koniec, podsumowując: kontrolowanie ORP nie jest „technologią wysokiej precyzji”, kluczem jest „najpierw wyjaśnić zakres docelowy, następnie zidentyfikować czynniki wpływające i ostatecznie dostosować w razie potrzeby”. System tlenowy koncentruje się na DO i stosunku węgla do azotu, system beztlenowy koncentruje się na uszczelnianiu i pH, VFA, a system anoksyczny koncentruje się na źródle węgla i szczelności tlenu. W połączeniu z innymi wskaźnikami, regularna kalibracja instrumentów może zasadniczo ustabilizować ORP. Radzenie sobie z systemami biochemicznymi jest tak naprawdę jak zaprzyjaźnianie się z mikroorganizmami. Możesz zrozumieć ich temperament (jakie środowisko ORP lubią), stworzyć dla nich komfortowe warunki, a one naturalnie będą dobrze pracować. Gdy system jest stabilny, my również mamy spokój.
