Для специалистов, работающих в области водоочистки или биохимических реакций, при упоминании ОВП (окислительно-восстановительного потенциала) может возникнуть чувство растерянности – это невидимая и неосязаемая величина, значения которой скачут туда-сюда. Иногда, даже если показатели кажутся правильными, при падении ОВП вся система сталкивается с проблемами. На самом деле, нет необходимости относиться к ОВП как к «мистике». Его суть – это «термометр» «окислительно-восстановительной среды» в биохимической системе. Контролировать ОВП – значит создавать комфортные «условия жизни» для микроорганизмов и позволять им хорошо работать. Сегодня давайте простым языком поговорим о том, как контролировать ОВП, от «зачем его контролировать» до «как конкретно им управлять». Давайте объясним шаг за шагом.
Во-первых, нам нужно понять: что же такое ОВП? Нам не нужно запоминать технические термины «энергия переноса электронов». Проще говоря, высокое значение ОВП указывает на то, что в системе «больше окислителей», и среда смещена в сторону «окисления»; Низкое значение означает «больше восстановителей» и среду, которая стремится к «восстановлению». А микроорганизмы в биохимической системе – это «мастера выбора среды» – аэробные бактерии предпочитают среды, смещенные в сторону окисления (ОВП обычно положительный, от десятков до сотен мВ), анаэробные бактерии должны работать в сильно восстановительных средах (ОВП обычно отрицательный, сотни мВ), и даже факультативные бактерии должны корректировать свой «режим работы» в соответствии с изменениями кислорода, углерода, азота и других веществ в окружающей среде. Поэтому ОВП – это не необязательный показатель, это ключевой сигнал для нас, чтобы судить о том, комфортно ли микроорганизмам жить и работают ли они. Например, если ОВП в аэробном резервуаре внезапно падает, скорее всего, это связано с недостаточной аэрацией, что приводит к «удушью» аэробных бактерий из-за нехватки кислорода; Когда ОВП анаэробного резервуара достигает положительного значения, это перебор. Происходит утечка кислорода, и анаэробные бактерии «бастуют» напрямую, а выработка метана прекращается.
Какова основная логика контроля ОВП? Только одно: «Регулировать по мере необходимости» – сначала уточните, что должна делать ваша биохимическая система (должна ли она разлагать ХПК? Или это денитрификация и удаление фосфора? Или производство биогаза? ）Затем определите, какой микроорганизм необходим для «доминирования в работе», и, наконец, стабилизируйте ОВП в соответствующем диапазоне, исходя из потребностей микроорганизма. Речь не идет о том, чтобы говорить «чем выше значение, тем лучше», или «чем ниже значение, тем лучше». Например, во время денитрификации для нитрификации (аммонийный азот в нитратный азот) необходимы аэробные бактерии, и ОВП необходимо контролировать на уровне +200~+400 мВ; во время денитрификации (нитратный азот в азот) необходимо заменить факультативные бактерии, и среду необходимо восстановить до -50~+50 мВ. Если ОВП в это время не уменьшится, денитрифицирующие бактерии вообще не будут работать, и нитратный азот будет накапливаться в воде. Поэтому первый шаг – уточнить «целевой диапазон», который является «навигатором», управляющим ОВП. Без этого последующие операции будут просто пустой тратой времени.
Далее самое практичное: как конкретно регулировать ОВП? Давайте поговорим о разных сценариях, ведь игровой процесс аэробных, анаэробных и анаэробных систем отличается. Давайте рассмотрим их по очереди.
Во-первых, давайте поговорим об аэробных системах, таких как аэробные резервуары и биологические аэрируемые фильтры. Суть в «контроле кислорода», потому что кислород является основным окислителем здесь, а ОВП и растворенный кислород (РК) почти «связаны друг с другом». Многие друзья совершают ошибку: они думают, что чем больше аэрация, тем выше растворенный кислород (РК), и тем стабильнее будет ОВП – на самом деле, если РК слишком высок, ОВП тоже взлетит слишком высоко, что не только тратит электроэнергию, но и может ингибировать определенные аэробные бактерии (например, те, которые разлагают трудно разлагаемые органические вещества); Если РК слишком низкий, ОВП снова упадет, аэробные бактерии не смогут дышать, ХПК не сможет уменьшиться, и аммонийный азот не сможет нитрифицироваться. Как нам это отрегулировать?
Во-первых, нам необходимо внимательно следить за взаимосвязью между РК и ОВП. Ситуация в каждой системе разная. Например, в некоторых аэробных резервуарах, когда РК находится в диапазоне 2-3 мг/л, ОВП просто стабилизируется на уровне +250~+300 мВ. Поэтому давайте контролировать РК в этом диапазоне, и ОВП естественным образом стабилизируется. Как контролировать РК? Самый прямой способ – отрегулировать открытие аэрационного клапана или частоту работы аэрационного вентилятора – сейчас многие водоочистные сооружения используют «связанное управление РК-ОВП», например, устанавливая целевое значение ОВП на +300 мВ. Когда ОВП ниже 280 мВ, система автоматически включает аэрацию; Если он выше 320 мВ, уменьшите аэрацию, нет необходимости, чтобы люди контролировали и регулировали, это удобно и точно.
Кроме того, соотношение углерода и азота в аэробной системе также может влиять на ОВП. Например, если ХПК поступающей воды внезапно увеличивается, а микроорганизмы «едят больше», потребление кислорода увеличится. В это время, даже если аэрация не активирована, РК все равно уменьшится, и ОВП также уменьшится. В этой ситуации недостаточно полагаться только на регулировку аэрации, но также необходимо учитывать нагрузку на входе. Если ХПК продолжает оставаться высоким, может потребоваться отрегулировать приток (например, разбавив часть очищенной воды рефлюксом) или добавить некоторые питательные вещества (например, добавив мочевину или дигидрофосфат калия, если азота и фосфора недостаточно), чтобы микроорганизмы могли «есть равномерно», а потребление кислорода было стабильным, и ОВП не будет колебаться.
Говоря об анаэробных системах, таких как реакторы UASB и IC, цель состоит в том, чтобы стабилизировать ОВП на уровне -200~-400 мВ (стадия производства метана). Ключевым моментом здесь является «предотвращение кислорода» и «контроль источников углерода», потому что анаэробные системы очень «чувствительны к кислороду». Немного кислорода попадает внутрь, и ОВП взлетит до небес, напрямую «отравляя» микроорганизмы.
Во-первых, необходимо хорошо выполнить «герметизацию», которая является основой основ. У многих друзей анаэробные резервуары имеют нестабильный ОВП, и после проверки было обнаружено, что в входной трубе есть утечка воздуха или верхняя крышка реактора не плотно закрыта, что приводит к проникновению воздуха в резервуар. Поэтому после каждого технического обслуживания необходимо проверять состояние герметизации, и лучше всего добавить «водяной затвор» к входной трубе, чтобы предотвратить попадание воздуха с сточными водами. Кроме того, если устройства, такие как рефлюксные насосы и мешалки в анаэробных системах, требуют воздушного охлаждения, важно быть осторожным, чтобы не допустить утечки воздуха в воду, иначе это действительно будет похоже на «дамбу длиной в тысячу миль, разрушенную муравейниками».
Затем следует контроль источника углерода и pH. Когда анаэробные микроорганизмы разлагают органические вещества, они производят метан и углекислый газ, которые являются восстановителями, способными поддерживать восстановительную среду. Если ХПК поступающей воды слишком низкий, микроорганизмы не смогут его съесть, и восстановителя будет недостаточно, что приведет к повышению ОВП; Если ХПК слишком высок, микроорганизмы «съедят все» и произведут слишком много летучих жирных кислот (ЛЖК), что приведет к снижению pH. Когда pH ниже 6,5, метанообразующие бактерии прекратят работу, и ОВП также станет хаотичным. Поэтому необходимо регулярно измерять ХПК поступающей воды, а также ЛЖК и pH в бассейне. Если ХПК недостаточно, добавьте некоторые источники углерода (например, глюкозу, метанол или высококонцентрированные органические сточные воды). Если ЛЖК слишком высоки, добавьте щелочь (например, гидроксид натрия, карбонат натрия), чтобы отрегулировать pH. Как правило, pH контролируется на уровне 7,0-7,5, и ОВП с меньшей вероятностью будет иметь проблемы.
Есть еще одна небольшая деталь: когда анаэробная система запускается, ОВП особенно трудно контролировать, потому что популяция микроорганизмов вначале невелика, и восстановительная среда еще не установлена. Не волнуйтесь, медленно добавляйте сточные воды низкой концентрации, чтобы позволить микроорганизмам размножаться понемногу. В то же время вы также можете добавить немного «инокулированного ила» (например, ила из других анаэробных резервуаров), чтобы ускорить создание восстановительной среды. Когда ОВП стабилизируется ниже -200 мВ, постепенно увеличивайте нагрузку на входе, иначе легко «провалиться при запуске».
Наконец, давайте поговорим об анаэробных системах, таких как резервуары денитрификации, где целевой ОВП обычно находится в диапазоне -50~+50 мВ. Основным моментом здесь является «контроль источника углерода и предотвращение кислорода», потому что денитрифицирующим бактериям нужны источники углерода в качестве «пищи», и не должно быть никаких кислородных помех (в противном случае они будут отдавать предпочтение кислороду, а не нитратному азоту).
Многие друзья не могут снизить ОВП своих резервуаров денитрификации, поэтому первое, что нужно проверить, это наличие утечек кислорода – например, если аэробный резервуар перед резервуаром денитрификации имеет слишком большую аэрацию, РК переносит сточные воды в резервуар денитрификации, или если мешалка в резервуаре денитрификации является «аэрационной мешалкой» (что является самым сложным и напрямую насыщает резервуар кислородом), даже если добавлен источник углерода, ОВП не может быть снижен. Поэтому перемешивание резервуара денитрификации должно использовать «механическое перемешивание» (например, перемешивание лопастями) и не может использовать аэрационное перемешивание; Если РК сточных вод из аэробного резервуара слишком высок, перед резервуаром денитрификации следует добавить «дегазационный резервуар», чтобы удалить часть кислорода из воды.
Затем следует «количество источника углерода должно быть достаточным». Когда денитрифицирующие бактерии разлагают нитратный азот, им нужен источник углерода (например, ХПК) в качестве донора электронов. Если источника углерода недостаточно, даже без кислорода у них не будет сил работать, и ОВП не будет стабильным. Как определить, достаточно ли источника углерода? Можно рассчитать соотношение углерода и азота (C/N). Как правило, денитрификация требует соотношения C/N 5~8:1. Например, если нитратный азот во входящем потоке составляет 50 мг/л, ХПК должен быть не менее 250~400 мг/л. Если этого недостаточно, необходимо добавить источники углерода, такие как метанол, ацетат натрия или ХПК из бытовых сточных вод. При добавлении не добавляйте слишком много сразу, иначе ХПК останется в более поздней системе. Лучше всего «добавлять небольшое количество несколько раз» и контролировать изменения ОВП и нитратного азота. Если ОВП остается стабильным около 0 мВ, а нитратный азот продолжает уменьшаться, это указывает на то, что источник углерода добавлен точно.
В дополнение к этим конкретным операциям есть также несколько «общих советов», которые можно использовать в аэробных, анаэробных или анаэробных системах, которые могут помочь вам избежать многих обходных путей.
Первый – «Не сосредотачивайтесь только на ОВП как на одном показателе», его следует связать с другими показателями. Например, если ОВП аэробного резервуара уменьшается, вам необходимо проверить, уменьшился ли РК, увеличился ли ХПК и не уменьшился ли аммонийный азот; Когда ОВП анаэробного резервуара увеличивается, необходимо проверить, низкий ли pH, высоки ли ЛЖК и нет ли утечек кислорода – ОВП – это «сигнальный солдат», а не «причина», просто глядя на ОВП, невозможно найти проблему, и ее необходимо анализировать вместе с такими показателями, как РК, pH, ХПК, аммонийный азот и ЛЖК, чтобы точно найти «что регулировать».
Второй – «установить разумный диапазон колебаний» и не стремиться к «абсолютной стабильности». Биохимическая система сама по себе имеет колебания (например, изменения качества входящей воды и температуры), и это нормально, что ОВП немного колеблется. Например, ОВП аэробного резервуара установлен на +300 мВ, позволяя ему колебаться между 280-320 мВ. Пока он не выходит за этот диапазон, микроорганизмы могут адаптироваться и не нужно слишком много регулировать его при каждом колебании, иначе это сделает систему более нестабильной. Например, когда аэрационный клапан открывается и закрывается периодически, растворенный кислород (РК) колеблется между высоким и низким, оставляя микроорганизмы в недоумении.
Третий – «регулярно калибруйте прибор», не позволяйте электроду ОВП «обманывать вас». Электрод ОВП со временем может стареть или покрываться загрязнителями в воде (например, масляными пятнами и биопленками), и измеренные значения могут быть неточными – например, если фактический ОВП составляет +200 мВ, а электрод отображает +100 мВ, вы можете подумать, что аэрации недостаточно, и увеличить аэрацию, но ОВП на самом деле взлетает до +300 мВ, что на самом деле может вызвать проблемы. Поэтому обычно рекомендуется калибровать электрод ОВП один раз в неделю, используя стандартный буферный раствор (например, буферный раствор pH 7,0, с ОВП около +200 мВ, в зависимости от инструкций буферного раствора), вытирая любую грязь с электрода, чтобы обеспечить точность измеренных значений, чтобы контроль имел смысл.
Наконец, чтобы подвести итог: контроль ОВП – это не «высокоточная технология», суть заключается в том, чтобы «сначала уточнить целевой диапазон, затем определить влияющие факторы и, наконец, отрегулировать по мере необходимости». Аэробная система фокусируется на РК и соотношении углерода и азота, анаэробная система фокусируется на герметизации и pH, ЛЖК, а аноксическая система фокусируется на источнике углерода и защите от утечек кислорода. В сочетании с другими показателями, регулярная калибровка приборов может в основном стабилизировать ОВП. Работа с биохимическими системами на самом деле похожа на дружбу с микроорганизмами. Вы можете понять их темперамент (какую среду ОВП они любят), создать для них комфортные условия, и они, естественно, будут хорошо работать. Как только система стабилизируется, мы тоже будем спокойны.
