Για φίλους που εργάζονται στην επεξεργασία νερού ή σε βιοχημικές αντιδράσεις, όταν πρόκειται για ORP (δυναμικό οξειδοαναγωγής), μπορεί να αισθανθούν συντριβή - αυτό το πράγμα είναι αόρατο και άυλο, με τιμές που πηδούν πέρα δώθε. Μερικές φορές, παρόλο που οι δείκτες φαίνονται σωστοί, όταν το ORP καταρρέει, ολόκληρο το σύστημα θα έχει προβλήματα. Στην πραγματικότητα, δεν υπάρχει λόγος να αντιμετωπίζουμε το ORP ως «μυστικισμό». Η ουσία του είναι το «θερμόμετρο» του «περιβάλλοντος οξειδοαναγωγής» στο βιοχημικό σύστημα. Το να ελέγχουμε το ORP σημαίνει να δημιουργούμε άνετες «συνθήκες διαβίωσης» για τους μικροοργανισμούς και να τους αφήνουμε να εργάζονται καλά. Σήμερα, ας μιλήσουμε με απλή γλώσσα για το πώς να ελέγξουμε το ORP, από το «γιατί να το ελέγξουμε» έως το «πώς να το χειριστούμε συγκεκριμένα». Ας εξηγήσουμε βήμα προς βήμα.
Πρώτον, πρέπει να καταλάβουμε: τι ακριβώς είναι το ORP; Δεν χρειάζεται να θυμόμαστε τους τεχνικούς όρους «ενέργεια δυναμικού μεταφοράς ηλεκτρονίων». Με απλά λόγια, μια υψηλή τιμή ORP υποδηλώνει ότι υπάρχουν «περισσότερα οξειδωτικά» στο σύστημα και το περιβάλλον είναι προκατειλημμένο προς την «οξείδωση». Μια χαμηλή τιμή σημαίνει «περισσότερα αναγωγικά μέσα» και ένα περιβάλλον που τείνει να είναι «αναγωγικό». Και οι μικροοργανισμοί στο βιοχημικό σύστημα είναι οι «κύριοι της επιλογής του περιβάλλοντος» - τα αερόβια βακτήρια προτιμούν περιβάλλοντα που είναι προκατειλημμένα προς την οξείδωση (το ORP είναι γενικά θετικό κατά δεκάδες έως εκατοντάδες mV), τα αναερόβια βακτήρια πρέπει να εργάζονται σε ισχυρά αναγωγικά περιβάλλοντα (το ORP είναι συνήθως αρνητικό κατά εκατοντάδες mV), και ακόμη και τα προαιρετικά βακτήρια πρέπει να προσαρμόσουν τον «τρόπο εργασίας» τους σύμφωνα με τις αλλαγές στο οξυγόνο, τον άνθρακα, το άζωτο και άλλα πράγματα στο περιβάλλον. Έτσι, το ORP δεν είναι ένας προαιρετικός δείκτης, είναι ένα βασικό σήμα για να κρίνουμε εάν οι μικροοργανισμοί ζουν άνετα ή όχι και εάν εργάζονται ή όχι. Για παράδειγμα, εάν το ORP στη δεξαμενή αερόβιων πέσει ξαφνικά, είναι πολύ πιθανό να οφείλεται σε ανεπαρκή αερισμό, προκαλώντας τα αερόβια βακτήρια να «ασφυκτιούν λόγω έλλειψης οξυγόνου». Όταν το ORP της αναερόβιας δεξαμενής φτάσει σε θετική τιμή, τελείωσε. Διαρρέει οξυγόνο και τα αναερόβια βακτήρια «χτυπούν» άμεσα και η παραγωγή μεθανίου σταματά.
Ποια είναι η βασική λογική για τον έλεγχο του ORP; Μόνο ένα πράγμα: «Προσαρμόστε όπως χρειάζεται» - πρώτα διευκρινίστε τι υποτίθεται ότι κάνει το βιοχημικό σας σύστημα (είναι για την αποδόμηση του COD; Ή είναι απονιτροποίηση και απομάκρυνση φωσφόρου; Ή παραγωγή βιοαερίου; ）Στη συνέχεια, καθορίστε ποιος μικροοργανισμός χρειάζεται για να «κυριαρχήσει στην εργασία» και, τέλος, σταθεροποιήστε το ORP στο αντίστοιχο εύρος με βάση τις ανάγκες του μικροοργανισμού. Δεν πρόκειται για το να λέμε «όσο υψηλότερη είναι η τιμή, τόσο το καλύτερο», ούτε «όσο χαμηλότερη είναι η τιμή, τόσο το καλύτερο». Για παράδειγμα, κατά την απονιτροποίηση, τα αερόβια βακτήρια χρειάζονται για νιτροποίηση (αμμωνιακό άζωτο σε νιτρικό άζωτο) και το ORP πρέπει να ελέγχεται στους +200~+400mV. κατά την απονιτροποίηση (νιτρικό άζωτο σε άζωτο), τα προαιρετικά βακτήρια πρέπει να αντικατασταθούν και το περιβάλλον πρέπει να μειωθεί στα -50~+50mV. Εάν το ORP δεν μειωθεί αυτή τη στιγμή, τα βακτήρια απονιτροποίησης δεν θα λειτουργήσουν καθόλου και το νιτρικό άζωτο θα συσσωρευτεί στο νερό. Έτσι, το πρώτο βήμα είναι να διευκρινιστεί το «εύρος στόχου», το οποίο είναι ο «πλοηγός» που ελέγχει το ORP. Χωρίς αυτό, οι επόμενες λειτουργίες θα είναι απλώς απάτη.
Επόμενο είναι το πιο πρακτικό: πώς να προσαρμόσετε το ORP συγκεκριμένα; Ας μιλήσουμε για διαφορετικά σενάρια, άλλωστε, το παιχνίδι των αερόβιων, αναερόβιων και αναερόβιων συστημάτων είναι διαφορετικό. Ας το πάρουμε ένα προς ένα.
Πρώτον, ας μιλήσουμε για αερόβια συστήματα, όπως αερόβιες δεξαμενές και βιολογικά αεριζόμενα φίλτρα. Ο πυρήνας είναι ο «έλεγχος οξυγόνου» επειδή το οξυγόνο είναι το κύριο οξειδωτικό εδώ και το ORP και το διαλυμένο οξυγόνο (DO) είναι σχεδόν «συνδεδεμένα». Πολλοί φίλοι κάνουν ένα λάθος: νομίζουν ότι όσο μεγαλύτερος είναι ο αερισμός, τόσο υψηλότερο είναι το διαλυμένο οξυγόνο (DO) και τόσο πιο σταθερό θα είναι το ORP - στην πραγματικότητα, εάν το DO είναι πολύ υψηλό, το ORP θα εκτοξευθεί πολύ ψηλά, κάτι που όχι μόνο σπαταλά ηλεκτρική ενέργεια, αλλά μπορεί επίσης να αναστείλει ορισμένα αερόβια βακτήρια (όπως αυτά που αποδομούν δύσκολα αποδομήσιμη οργανική ύλη). Εάν το DO είναι πολύ χαμηλό, το ORP θα πέσει ξανά, τα αερόβια βακτήρια δεν μπορούν να αναπνεύσουν, το COD δεν μπορεί να μειωθεί και το αμμωνιακό άζωτο δεν μπορεί να νιτροποιηθεί. Πώς πρέπει να το προσαρμόσουμε;
Πρώτον, πρέπει να παρακολουθούμε στενά τη σχέση μεταξύ DO και ORP. Η κατάσταση κάθε συστήματος είναι διαφορετική. Για παράδειγμα, σε ορισμένες αερόβιες δεξαμενές, όταν το DO είναι μεταξύ 2-3mg/L, το ORP σταθεροποιείται στους +250~+300mV. Ας ελέγξουμε λοιπόν το DO εντός αυτού του εύρους και το ORP θα σταθεροποιηθεί φυσικά. Πώς να ελέγξετε το DO; Ο πιο άμεσος τρόπος είναι να ρυθμίσετε το άνοιγμα της βαλβίδας αερισμού ή τη συχνότητα του ανεμιστήρα αερισμού - τώρα πολλά εργοστάσια νερού χρησιμοποιούν «έλεγχο σύνδεσης DO-ORP», για παράδειγμα, ρυθμίζοντας τον στόχο ORP σε +300mV. Όταν το ORP είναι κάτω από 280mV, το σύστημα ενεργοποιεί αυτόματα τον αερισμό. Εάν είναι υψηλότερο από 320mV, μειώστε τον αερισμό, δεν χρειάζεται οι άνθρωποι να παρακολουθούν και να προσαρμόζουν, είναι βολικό και ακριβές.
Επιπλέον, η αναλογία άνθρακα αζώτου στο αερόβιο σύστημα μπορεί επίσης να επηρεάσει το ORP. Για παράδειγμα, εάν το COD του εισερχόμενου νερού αυξηθεί ξαφνικά και οι μικροοργανισμοί «τρώνε περισσότερο», η κατανάλωση οξυγόνου θα αυξηθεί. Αυτή τη στιγμή, ακόμη και αν ο αερισμός δεν είναι ενεργοποιημένος, το DO θα εξακολουθεί να μειώνεται και το ORP θα μειωθεί επίσης. Σε αυτή την κατάσταση, δεν αρκεί να βασιστούμε μόνο στην προσαρμογή του αερισμού, αλλά και να εξετάσουμε το φορτίο εισροής. Εάν το COD συνεχίσει να είναι υψηλό, μπορεί να είναι απαραίτητο να προσαρμόσετε την εισροή (όπως η αραίωση ενός τμήματος του επεξεργασμένου νερού με παλινδρόμηση) ή να συμπληρώσετε ορισμένα θρεπτικά συστατικά (όπως η προσθήκη ουρίας ή φωσφορικού διυδρογόνου καλίου εάν το άζωτο και ο φώσφορος δεν επαρκούν), έτσι ώστε οι μικροοργανισμοί να μπορούν να «τρώνε ομοιόμορφα» και η κατανάλωση οξυγόνου να είναι σταθερή και το ORP δεν θα κυμαίνεται.
Μιλώντας για αναερόβια συστήματα, όπως αντιδραστήρες UASB και IC, ο στόχος είναι να σταθεροποιηθεί το ORP στα -200~-400mV (στάδιο παραγωγής μεθανίου). Το κλειδί εδώ είναι να «αποτρέψουμε το οξυγόνο» και να «ελέγξουμε τις πηγές άνθρακα», επειδή τα αναερόβια συστήματα είναι όλα «ευαίσθητα στο οξυγόνο». Λίγο οξυγόνο εισέρχεται και το ORP θα εκτοξευθεί στα ύψη, «δηλητηριάζοντας» άμεσα τους μικροοργανισμούς.
Πρώτον, είναι απαραίτητο να κάνουμε καλή δουλειά «σφράγισης», που είναι το θεμέλιο του θεμελίου. Πολλές αναερόβιες δεξαμενές φίλων έχουν ασταθές ORP και, μετά τον έλεγχο, διαπιστώθηκε ότι υπάρχει διαρροή αέρα στον σωλήνα εισόδου ή η επάνω πλάκα κάλυψης του αντιδραστήρα δεν είναι σφραγισμένη σφιχτά, προκαλώντας την είσοδο αέρα στη δεξαμενή. Επομένως, μετά από κάθε συντήρηση, είναι απαραίτητο να ελέγξετε την κατάσταση σφράγισης και είναι καλύτερο να προσθέσετε μια «σφράγιση νερού» στον σωλήνα εισόδου για να αποτρέψετε την είσοδο αέρα με λύματα. Επίσης, εάν συσκευές όπως αντλίες παλινδρόμησης και αναδευτήρες σε αναερόβια συστήματα απαιτούν ψύξη αέρα, είναι σημαντικό να προσέχετε να μην αφήνετε αέρα να διαρρεύσει στο νερό, διαφορετικά θα είναι πραγματικά σαν ένα «ανάχωμα χιλίων μιλίων που καταστράφηκε από φωλιές μυρμηγκιών».
Στη συνέχεια υπάρχει ο έλεγχος της πηγής άνθρακα και του pH. Όταν οι αναερόβιοι μικροοργανισμοί αποδομούν την οργανική ύλη, παράγουν μεθάνιο και διοξείδιο του άνθρακα, τα οποία είναι αναγωγικά μέσα που μπορούν να διατηρήσουν ένα αναγωγικό περιβάλλον. Εάν το COD του εισερχόμενου νερού είναι πολύ χαμηλό, οι μικροοργανισμοί δεν θα μπορούν να το φάνε και το αναγωγικό μέσο δεν θα είναι αρκετό, προκαλώντας την άνοδο του ORP. Εάν το COD είναι πολύ υψηλό, οι μικροοργανισμοί θα «φάνε» και θα παράγουν πάρα πολλά πτητικά λιπαρά οξέα (VFA), οδηγώντας σε μείωση του pH. Όταν το pH είναι κάτω από 6,5, τα βακτήρια που παράγουν μεθάνιο θα σταματήσουν να λειτουργούν και το ORP θα γίνει επίσης χαοτικό. Επομένως, είναι απαραίτητο να μετράτε τακτικά το COD του εισερχόμενου νερού και τα VFA και pH στη δεξαμενή. Εάν το COD δεν είναι αρκετό, προσθέστε μερικές πηγές άνθρακα (όπως γλυκόζη, μεθανόλη ή οργανικά λύματα υψηλής συγκέντρωσης). Εάν το VFA είναι πολύ υψηλό, προσθέστε αλκάλια (όπως υδροξείδιο του νατρίου, ανθρακικό νάτριο) για να ρυθμίσετε το pH. Γενικά, το pH ελέγχεται στα 7,0-7,5 και το ORP είναι λιγότερο πιθανό να έχει προβλήματα.
Υπάρχει μια άλλη μικρή λεπτομέρεια: όταν ξεκινά το αναερόβιο σύστημα, το ORP είναι ιδιαίτερα δύσκολο να ελεγχθεί επειδή ο πληθυσμός των μικροβίων είναι μικρός στην αρχή και το περιβάλλον μείωσης δεν έχει δημιουργηθεί. Μην ανησυχείτε, προσθέστε αργά λύματα χαμηλής συγκέντρωσης για να επιτρέψετε στους μικροοργανισμούς να πολλαπλασιαστούν σιγά-σιγά. Ταυτόχρονα, μπορείτε επίσης να προσθέσετε κάποια «εμβολιασμένη ιλύ» (όπως ιλύ από άλλες αναερόβιες δεξαμενές) για να επιταχύνετε τη δημιουργία του περιβάλλοντος μείωσης. Όταν το ORP σταθεροποιηθεί κάτω από -200mV, αυξήστε σταδιακά το φορτίο εισόδου, διαφορετικά είναι εύκολο να «αποτύχει η εκκίνηση».
Τέλος, ας μιλήσουμε για αναερόβια συστήματα, όπως δεξαμενές απονιτροποίησης, όπου το ORP στόχος είναι γενικά μεταξύ -50~+50mV. Ο πυρήνας εδώ είναι ο «έλεγχος της πηγής άνθρακα και η πρόληψη του οξυγόνου», επειδή τα βακτήρια απονιτροποίησης χρειάζονται πηγές άνθρακα ως «τροφή» και δεν πρέπει να υπάρχει παρέμβαση οξυγόνου (διαφορετικά θα δώσουν προτεραιότητα στο οξυγόνο έναντι του νιτρικού αζώτου).
Πολλοί φίλοι δεν μπορούν να μειώσουν το ORP των δεξαμενών απονιτροποίησής τους, επομένως το πρώτο πράγμα που πρέπει να ελέγξετε είναι εάν υπάρχει διαρροή οξυγόνου - για παράδειγμα, εάν η αερόβια δεξαμενή μπροστά από τη δεξαμενή απονιτροποίησης έχει πολύ αερισμό, το DO μεταφέρει λύματα στη δεξαμενή απονιτροποίησης ή εάν ο αναδευτήρας στη δεξαμενή απονιτροποίησης είναι «ανατάραξη αερισμού» (που είναι το πιο δύσκολο και οξυγονώνει άμεσα τη δεξαμενή), ακόμη και αν προστεθεί μια πηγή άνθρακα, το ORP δεν μπορεί να μειωθεί. Έτσι, η ανάδευση της δεξαμενής απονιτροποίησης πρέπει να χρησιμοποιεί «μηχανική ανάδευση» (όπως ανάδευση λεπίδας) και δεν μπορεί να χρησιμοποιεί ανάδευση αερισμού. Εάν το DO του εκροής από την αερόβια δεξαμενή είναι πολύ υψηλό, θα πρέπει να προστεθεί μια «δεξαμενή απαερισμού» μπροστά από τη δεξαμενή απονιτροποίησης για να αφαιρεθεί ένα μέρος του οξυγόνου στο νερό.
Στη συνέχεια υπάρχει «η ποσότητα της πηγής άνθρακα πρέπει να είναι επαρκής». Όταν τα βακτήρια απονιτροποίησης αποδομούν το νιτρικό άζωτο, χρειάζονται μια πηγή άνθρακα (όπως COD) ως δότη ηλεκτρονίων. Εάν η πηγή άνθρακα είναι ανεπαρκής, ακόμη και χωρίς οξυγόνο, δεν θα έχουν τη δύναμη να εργαστούν και το ORP δεν θα είναι σταθερό. Πώς να προσδιορίσετε εάν η πηγή άνθρακα είναι επαρκής; Η αναλογία άνθρακα προς άζωτο (C/N) μπορεί να υπολογιστεί. Γενικά, η απονιτροποίηση απαιτεί αναλογία C/N 5~8:1. Για παράδειγμα, εάν το νιτρικό άζωτο στην εισροή είναι 50mg/L, το COD πρέπει να είναι τουλάχιστον 250~400mg/L. Εάν δεν είναι αρκετό, πρέπει να συμπληρωθούν πηγές άνθρακα όπως μεθανόλη, οξικό νάτριο ή COD από οικιακά λύματα. Κατά την συμπλήρωση, μην προσθέτετε πολύ ταυτόχρονα, διαφορετικά το COD θα παραμείνει στο μεταγενέστερο σύστημα. Είναι καλύτερο να «προσθέτετε μια μικρή ποσότητα πολλές φορές» και να παρακολουθείτε τις αλλαγές στο ORP και το νιτρικό άζωτο. Εάν το ORP παραμένει σταθερό γύρω στα 0mV και το νιτρικό άζωτο συνεχίζει να μειώνεται, υποδεικνύει ότι η πηγή άνθρακα προστίθεται με ακρίβεια.
Εκτός από αυτές τις συγκεκριμένες λειτουργίες, υπάρχουν επίσης αρκετές «γενικές συμβουλές» που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε αερόβια, αναερόβια ή αναερόβια συστήματα, οι οποίες μπορούν να σας βοηθήσουν να αποφύγετε πολλές παρακάμψεις.
Το πρώτο είναι «Μην εστιάζετε μόνο στο ORP ως έναν δείκτη», θα πρέπει να συνδέεται με άλλους δείκτες. Για παράδειγμα, εάν το ORP της αερόβιας δεξαμενής μειωθεί, πρέπει να ελέγξετε εάν το DO έχει μειωθεί, το COD έχει αυξηθεί και το αμμωνιακό άζωτο δεν έχει μειωθεί. Όταν το ORP της αναερόβιας δεξαμενής αυξάνεται, είναι απαραίτητο να ελέγξετε εάν το pH είναι χαμηλό, εάν το VFA είναι υψηλό και εάν υπάρχει διαρροή οξυγόνου - το ORP είναι ένας «στρατιώτης σήματος», όχι μια «αιτία», μόνο κοιτάζοντας το ORP δεν μπορείτε να βρείτε το πρόβλημα και πρέπει να αναλυθεί μαζί με δείκτες όπως DO, pH, COD, αμμωνιακό άζωτο και VFA για να βρείτε με ακρίβεια «πού να προσαρμόσετε».
Το δεύτερο είναι να «ορίσετε ένα εύλογο εύρος διακυμάνσεων» και να μην επιδιώκετε «απόλυτη σταθερότητα». Το ίδιο το βιοχημικό σύστημα έχει διακυμάνσεις (όπως αλλαγές στην ποιότητα του νερού εισόδου και τη θερμοκρασία) και είναι φυσιολογικό το ORP να κυμαίνεται ελαφρά. Για παράδειγμα, το ORP της αερόβιας δεξαμενής έχει οριστεί στα +300mV, επιτρέποντάς του να ταλαντεύεται μεταξύ 280-320mV. Εφόσον δεν υπερβαίνει αυτό το εύρος, οι μικροοργανισμοί μπορούν να προσαρμοστούν και δεν χρειάζεται να το προσαρμόζετε πολύ όποτε υπάρχει μια διακύμανση, διαφορετικά θα κάνει το σύστημα πιο ασταθές. Για παράδειγμα, όταν η βαλβίδα αερισμού ανοίγει και κλείνει διαλείπουσα, το διαλυμένο οξυγόνο (DO) κυμαίνεται μεταξύ υψηλού και χαμηλού, αφήνοντας τους μικροοργανισμούς σε απώλεια.
Το τρίτο είναι «τακτικά βαθμονομήστε το όργανο», μην αφήνετε το ηλεκτρόδιο ORP να σας «εξαπατήσει». Το ηλεκτρόδιο ORP μπορεί να παλαιώσει ή να καλυφθεί από ρύπους στο νερό (όπως λεκέδες λαδιού και βιοφίλμ) με την πάροδο του χρόνου και οι μετρημένες τιμές μπορεί να είναι ανακριβείς - για παράδειγμα, εάν το πραγματικό ORP είναι +200mV και το ηλεκτρόδιο εμφανίζει +100mV, μπορεί να νομίζετε ότι ο αερισμός δεν είναι αρκετός και να αυξήσετε τον αερισμό, αλλά το ORP στην πραγματικότητα εκτοξεύεται στα +300mV, κάτι που μπορεί στην πραγματικότητα να προκαλέσει προβλήματα. Επομένως, συνιστάται γενικά να βαθμονομείτε το ηλεκτρόδιο ORP μία φορά την εβδομάδα, χρησιμοποιώντας ένα τυπικό διάλυμα buffer (όπως ένα διάλυμα buffer pH 7,0, με ORP περίπου +200mV, ανάλογα με τις οδηγίες του διαλύματος buffer), σκουπίζοντας τυχόν βρωμιά στο ηλεκτρόδιο για να διασφαλίσετε ότι οι μετρημένες τιμές είναι ακριβείς, έτσι ώστε ο έλεγχος να είναι ουσιαστικός.
Τέλος, για να συνοψίσουμε: ο έλεγχος του ORP δεν είναι μια «τεχνολογία υψηλής ακρίβειας», ο πυρήνας είναι να «πρώτα διευκρινίσετε το εύρος στόχου, στη συνέχεια να προσδιορίσετε τους παράγοντες που επηρεάζουν και, τέλος, να προσαρμόσετε όπως χρειάζεται». Το αερόβιο σύστημα επικεντρώνεται στο DO και την αναλογία άνθρακα αζώτου, το αναερόβιο σύστημα επικεντρώνεται στη σφράγιση και το pH, VFA και το ανοξικό σύστημα επικεντρώνεται στην πηγή άνθρακα και το οξυγόνο που αποτρέπει τη διαρροή. Σε συνδυασμό με άλλους δείκτες, η τακτική βαθμονόμηση των οργάνων μπορεί βασικά να σταθεροποιήσει το ORP. Η αντιμετώπιση των βιοχημικών συστημάτων είναι στην πραγματικότητα σαν να κάνεις φίλους με μικροοργανισμούς. Μπορείτε να κατανοήσετε την ιδιοσυγκρασία τους (τι περιβάλλον ORP τους αρέσει), να δημιουργήσετε άνετες συνθήκες για αυτούς και αυτοί φυσικά θα εργαστούν καλά. Μόλις το σύστημα είναι σταθερό, έχουμε επίσης ηρεμία.
