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【中國環(huán)保在線 技術(shù)前沿】對于生物脫氮，我們經(jīng)常使用化學方程式來描述生物脫氮的整個過程，同時也在檢測生化池內(nèi)各個階段的氨氮，總氮，硝酸鹽氮等來衡量硝化和反硝化的反應(yīng)進行程度。但是大家知道總氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮的化驗難度較大，花費時間較長，一般不能及時反應(yīng)出生物池各個階段的硝化和反硝化的情況，而溶解氧的檢測在厭氧和缺氧環(huán)境基本都在溶氧儀的檢測下限，很難據(jù)此判定反應(yīng)的進行情況。為了更好的檢測生物脫氮的效果，很多污水廠都安裝了在線的ORP儀表，那么ORP在生物脫氮反應(yīng)中，究竟能起到怎樣的監(jiān)控作用呢？
ORP作為氧化還原電位的檢測儀表，在污水廠中用來測量生物處理系統(tǒng)中釋放或接受化學反應(yīng)電子的能力。在微觀上，每一種不同的物質(zhì)都有一定的氧化-還原能力，這些氧化還原性不同的物質(zhì)能夠相互影響，終構(gòu)成了一定的宏觀氧化還原性。也就是說當污水廠安裝的ORP檢測到電位為正時，表明生物處理系統(tǒng)傾向于接受電子，因為電子帶負電荷，系統(tǒng)需要負電荷來使系統(tǒng)趨于中性，生物池內(nèi)的混合液顯示出一定的氧化性，也就是混合液是一種氧化系統(tǒng)。當ORP檢測值電位值為負時，混合液內(nèi)的生物體傾向于釋放電子時，則顯示的電位為負，這個階段的混合液就是一個還原系統(tǒng)。氧化還原電位越高，氧化性越強，電位越低，氧化性越弱，為負則說明溶液顯示出還原性。
在污水廠中，各種生化反應(yīng)所需的系統(tǒng)都不一樣，相關(guān)的文獻中對生化系統(tǒng)的各類反應(yīng)所需的ORP進行了統(tǒng)計，如下表所示：
結(jié)合生物脫氮的過程，生物脫氮是由兩部分組成的，一部分是硝化反應(yīng)，氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽和亞硝酸鹽，這部分的反應(yīng)是由NH4+獲得氧原子O2-上的負電荷來完成的，因此這部分反應(yīng)我們可以認為是氧化反應(yīng)，是要在一個氧化系統(tǒng)里完成的反應(yīng)。而第二步的NO3-轉(zhuǎn)化成氮氣，是要把硝酸鹽中的氧原子O2-再釋放到系統(tǒng)中，因此這個反應(yīng)是一個還原反應(yīng)，需要在還原系統(tǒng)下進行。通過ORP在系統(tǒng)中的檢測作用，能夠確定出污水廠生物池各個階段處于哪一種環(huán)境，這種環(huán)境是否符合生物脫氮的兩部反應(yīng)。
污水廠的硝化作用是通過硝化細菌進行的，由于是氧化反應(yīng)，一般檢測發(fā)生硝化反應(yīng)的生物池內(nèi)的ORP為+100至+350 mV。反硝化進通過反硝化細菌進行，是一個還原反應(yīng)，檢測反硝化的反應(yīng)的ORP為+50至-50 mV。
我們了解了生物脫氮與ORP檢測之間的關(guān)系以后，就來看看在污水廠中，怎樣檢測各個環(huán)節(jié)的ORP。在污水廠中，通常的作法是將ORP傳感器大約安裝在水池中間1/ 4的池體深度(即：4米深的生物池，淹沒傳感器約1米深)的位置，這樣可以避免水流，空氣溶氧等干擾。
以A2O工藝來說，ORP測量的個也是重要的位置是在脫氮作用的缺氧池內(nèi)。在缺氧池內(nèi)影響ORP的因素主要有：好氧混合液的內(nèi)回流量，內(nèi)回流污泥中的硝酸鹽含量，進入到缺氧區(qū)的廢水含量，污泥濃度及微生物的狀態(tài)等。在這個區(qū)域的ORP應(yīng)介于-100和100 mV之間。
厭氧區(qū)是ORP測量的第二個位置。在這個區(qū)域，除磷的生物系統(tǒng)正在分解多磷酸鹽并且釋放正磷酸鹽，這個時期的聚磷菌需要一個還原性的的環(huán)境。一般的厭氧區(qū)的ORP為-150 mV左右。
雖然可以在好氧區(qū)安裝ORP傳感器，但是在實際應(yīng)用中在A20的好氧過程沒有必要的。因為溶解氧DO的檢測是好氧池內(nèi)更好，更有效的控制手段。 如果一定要用ORP檢測，可以驗證一下在好氧池中DO低于2.0mg/L時是否處于缺氧的還原狀態(tài)，可以通過ORP顯示的正負值來進行判斷。正值的ORP顯示表明雖然好氧池內(nèi)的溶解氧低于我們?nèi)粘Ｋf的2mg/L的程度，但仍然是一個好氧的氧化狀態(tài)。
要注意在一些改良的A2O工藝中，增加的前置缺氧區(qū)，在前置缺氧區(qū)中安裝的ORP傳感器可以大致判斷反硝化的內(nèi)回流污泥量是否充足。在前置的反硝化缺氧區(qū)域，ORP值應(yīng)介于-100和100 mV之間，而經(jīng)常的情況會介于-100和0 mV之間。
科學家通過對Oobactrum anthropi SY509細菌的研究表明在還原性越強的系統(tǒng)內(nèi)，反硝化反應(yīng)進行的效果越好，下表表明細菌在不同的ORP環(huán)境下，對硝酸鹽還原的效果：
ORP水平對反硝化作用的影響污水廠的管理人員需要知道，氧化還原電位ORP對污水生物系統(tǒng)對營養(yǎng)元素(氮、磷)去除過程系統(tǒng)的運作的重要性。但是氧化還原電位與任何控制參數(shù)一樣，一定要確保我們分析的樣本數(shù)據(jù)有足夠大，這樣才能更的反應(yīng)系統(tǒng)的實際情況。工藝管理人員同時也要結(jié)合生物池內(nèi)其他的參數(shù)檢測，比如污泥濃度，溶解氧，微生物鏡檢，硝酸鹽等，這些參數(shù)共同來確認污水廠生物脫氮的具體運行情況。在線ORP的數(shù)據(jù)可以對生物脫氮的過程變化進行實時觀測，以使工藝控制的解決方案不斷得到優(yōu)化。
大家要特別注意，這些ORP都是普遍的經(jīng)驗數(shù)值，不能代表個性污水廠內(nèi)的標準數(shù)值，在實際運行中，一定要結(jié)合本廠內(nèi)的實際情況來進行判斷。了解ORP正負數(shù)值代表的含義，確定生物池系統(tǒng)內(nèi)處于一個什么樣的氧化還原系統(tǒng)，是每個工藝管理人員在進行生物脫氮工藝控制中所需要了解的重要內(nèi)容。
