Gli amici che lavorano nel trattamento dell'acqua o nelle reazioni biochimiche, quando si tratta di ORP (potenziale di ossido-riduzione), potrebbero sentirsi sopraffatti: questa cosa è invisibile e intangibile, con valori che saltano avanti e indietro. A volte, anche se gli indicatori sembrano corretti, quando l’ORP crolla, l’intero sistema avrà problemi. In effetti, non è necessario considerare l'ORP come un "misticismo". La sua essenza è il "termometro" dell '"ambiente redox" nel sistema biochimico. Controllare l'ORP significa creare "condizioni di vita" confortevoli per i microrganismi e lasciarli funzionare bene. Oggi parliamo in un linguaggio semplice di come controllare l'ORP, dal "perché controllarlo" a "come utilizzarlo nello specifico". Spieghiamo passo dopo passo.
Innanzitutto dobbiamo capire: cos’è esattamente l’ORP? Non è necessario ricordare i termini tecnici "energia potenziale di trasferimento di elettroni". In poche parole, un valore ORP elevato indica che ci sono "più ossidanti" nel sistema e che l'ambiente è orientato verso l'"ossidazione"; Un valore basso significa "più agenti riducenti" e un ambiente tendenzialmente "riducente". E i microrganismi nel sistema biochimico sono i "maestri nella scelta dell'ambiente": i batteri aerobici preferiscono ambienti inclinati verso l'ossidazione (l'ORP è generalmente positivo di decine o centinaia di mV), i batteri anaerobici devono lavorare in ambienti fortemente riducenti (l'ORP è solitamente negativo di centinaia di mV) e anche i batteri facoltativi devono adattare la loro "modalità di lavoro" in base ai cambiamenti di ossigeno, carbonio, azoto e altre cose nell'ambiente. Quindi l’ORP non è un indicatore opzionale, è un segnale chiave per giudicare se i microrganismi vivono a proprio agio o meno e se funzionano o meno. Ad esempio, se l'ORP nella vasca aerobica diminuisce improvvisamente, molto probabilmente è dovuto a un'aerazione insufficiente, che provoca il "soffocamento dei batteri aerobici per mancanza di ossigeno"; Quando l'ORP del serbatoio anaerobico raggiunge un valore positivo, è finita. L'ossigeno penetra, i batteri anaerobici "colpiscono" direttamente e la produzione di metano si interrompe.
Qual è la logica fondamentale per il controllo dell'ORP? Solo una cosa: "Regola secondo necessità" - chiarisci prima cosa dovrebbe fare il tuo sistema biochimico (degradare il COD? O denitrificazione e rimozione del fosforo? O produrre biogas? ）Poi determina quale microrganismo è necessario per "dominare il lavoro" e infine stabilizzare l'ORP nell'intervallo corrispondente in base alle esigenze del microrganismo. Non si tratta di dire "più alto è il valore, meglio è", né "più basso è il valore, meglio è". Ad esempio, durante denitrificazione, i batteri aerobici sono necessari per la nitrificazione (azoto ammoniacale in azoto nitrato) e l'ORP deve essere controllato a +200~+400 mV; durante la denitrificazione (azoto nitrato in azoto), i batteri facoltativi devono essere sostituiti e l'ambiente deve essere ridotto a -50~+50 mV. Se l'ORP non diminuisce in questo momento, i batteri denitrificanti non funzioneranno affatto e l'azoto nitrato si accumulerà nell'acqua. Quindi il primo passo è chiarire il "raggio d'azione", che è il "navigatore" che controlla l'ORP. Senza questo, le operazioni successive saranno solo sciocchezze.
Il prossimo è il più pratico: come regolare specificamente l'ORP? Parliamo di scenari diversi, dopotutto il gameplay dei sistemi aerobico, anaerobico e anaerobico è diverso. Prendiamoli uno per uno.
Innanzitutto parliamo dei sistemi aerobici, come le vasche aerobiche e i filtri aerati biologici. Il nucleo è il "controllo dell'ossigeno" perché qui l'ossigeno è il principale ossidante e l'ORP e l'ossigeno disciolto (DO) sono quasi "legati insieme". Molti amici commettono un errore: pensano che maggiore è l'aerazione, maggiore è l'ossigeno disciolto (DO) e più stabile sarà l'ORP - infatti, se il DO è troppo alto, l'ORP aumenterà troppo, il che non solo spreca elettricità ma può anche inibire alcuni batteri aerobici (come quelli che degradano la materia organica difficile da degradare); Se il DO è troppo basso, l’ORP diminuirà nuovamente, i batteri aerobici non potranno respirare, il COD non potrà diminuire e l’azoto ammoniacale non potrà essere nitrificato. Come dovremmo regolarlo?
In primo luogo, dobbiamo monitorare da vicino la relazione tra DO e ORP. La situazione di ciascun sistema è diversa. Ad esempio, in alcuni acquari aerobici, quando il DO è compreso tra 2-3 mg/l, l'ORP si stabilizza a +250~+300 mV. Quindi controlliamo il DO entro questo intervallo e l'ORP si stabilizzerà naturalmente. Come controllare DO? Il modo più diretto è regolare l'apertura della valvola di aerazione o la frequenza della ventola di aerazione: ora molti impianti idrici utilizzano il "controllo del collegamento DO-ORP", ad esempio impostando l'obiettivo ORP su +300 mV. Quando l'ORP è inferiore a 280 mV, il sistema attiva automaticamente l'aerazione; Se è superiore a 320 mV, riduce l'aerazione, non è necessario che le persone lo monitorino e lo regolino, è comodo e preciso.
Inoltre, anche il rapporto carbonio-azoto nel sistema aerobico può influenzare l’ORP. Ad esempio, se il COD dell'acqua in ingresso aumenta improvvisamente e i microrganismi "mangiano di più", il consumo di ossigeno aumenterà. In questo momento, anche se l'aerazione non è attivata, il DO continuerà a diminuire e anche l'ORP diminuirà. In questa situazione non è sufficiente fare affidamento esclusivamente sulla regolazione dell’aerazione, ma anche considerare il carico in afflusso. Se il COD continua ad essere elevato, potrebbe essere necessario regolare l'afflusso (come diluire una parte dell'acqua trattata con il riflusso) o integrare alcuni nutrienti (come aggiungere urea o fosfato monobasico di potassio se azoto e fosforo non sono sufficienti), in modo che i microrganismi possano "mangiare in modo uniforme" e il consumo di ossigeno sia stabile e l'ORP non oscilli.
Parlando di sistemi anaerobici, come i reattori UASB e IC, l'obiettivo è stabilizzare l'ORP a -200~-400 mV (fase di produzione del metano). La chiave qui è “prevenire l’ossigeno” e “controllare le fonti di carbonio”, perché i sistemi anaerobici sono tutti “sensibili all’ossigeno”. Un po' di ossigeno entra e l'ORP salirà alle stelle, "avvelenando" direttamente i microrganismi.
Per prima cosa è necessario fare un buon lavoro di “sigillazione”, che è la base della fondazione. I serbatoi anaerobici di molti amici hanno un ORP instabile e, dopo il controllo, si è riscontrato che vi sono perdite d'aria nel tubo di ingresso o che la piastra di copertura superiore del reattore non è chiusa ermeticamente, causando infiltrazioni d'aria nel serbatoio. Pertanto, dopo ogni manutenzione, è necessario verificare lo stato di tenuta, ed è meglio aggiungere una "tenuta idraulica" al tubo di ingresso per impedire l'ingresso di aria con liquami. Inoltre, se dispositivi come le pompe di riflusso e gli agitatori nei sistemi anaerobici richiedono il raffreddamento dell'aria, è importante fare attenzione a non lasciare infiltrazioni d'aria nell'acqua, altrimenti sarà davvero come un "argine di mille miglia distrutto dai nidi di formiche".
Poi c'è il controllo della fonte di carbonio e del pH. Quando i microrganismi anaerobici degradano la materia organica, producono metano e anidride carbonica, che sono agenti riducenti in grado di mantenere un ambiente riducente. Se il COD dell'acqua in ingresso è troppo basso, i microrganismi non saranno in grado di mangiarla e l'agente riducente non sarà sufficiente, facendo galleggiare l'ORP verso l'alto; Se il COD è troppo alto, i microrganismi "mangeranno" e produrranno troppi acidi grassi volatili (VFA), portando ad una diminuzione del pH. Quando il pH è inferiore a 6,5, i batteri che producono metano smetteranno di funzionare e anche l’ORP diventerà caotico. Pertanto è necessario misurare regolarmente il COD dell'acqua in entrata, i VFA e il pH della piscina. Se il COD non è sufficiente, aggiungere alcune fonti di carbonio (come glucosio, metanolo o acque reflue organiche ad alta concentrazione). Se il VFA è troppo alto, aggiungere alcali (come idrossido di sodio, carbonato di sodio) per regolare il pH. Generalmente, il pH è controllato a 7,0-7,5 e l'ORP ha meno probabilità di avere problemi.
C’è un altro piccolo dettaglio: quando si avvia il sistema anaerobico, l’ORP è particolarmente difficile da controllare perché la popolazione microbica all’inizio è piccola e non è stato stabilito l’ambiente di riduzione. Non preoccuparti, aggiungi lentamente acque reflue a bassa concentrazione per permettere ai microrganismi di moltiplicarsi poco a poco. Allo stesso tempo, è anche possibile aggiungere dei "fanghi inoculati" (come i fanghi di altri serbatoi anaerobici) per accelerare la creazione dell'ambiente di riduzione. Quando l'ORP si stabilizza al di sotto di -200 mV, aumentare gradualmente il carico in ingresso, altrimenti è facile che si verifichi un "guasto all'avvio".
Infine, parliamo di sistemi anaerobici, come le vasche di denitrificazione, dove l'ORP target è generalmente compreso tra -50~+50mV. Il nocciolo qui è il “controllo delle fonti di carbonio e la prevenzione dell’ossigeno”, perché i batteri denitrificanti hanno bisogno di fonti di carbonio come “cibo” e non ci deve essere alcuna interferenza con l’ossigeno (altrimenti daranno priorità all’ossigeno rispetto all’azoto nitrato).
Molti amici non possono abbassare l'ORP dei loro serbatoi di denitrificazione, quindi la prima cosa da controllare è se c'è una perdita di ossigeno - ad esempio, se il serbatoio aerobico davanti al serbatoio di denitrificazione ha troppa aerazione, il DO trasporta i liquami al serbatoio di denitrificazione, o se l'agitatore nel serbatoio di denitrificazione è "agitazione di aerazione" (che è il più difficile e ossigena direttamente il serbatoio), anche se viene aggiunta una fonte di carbonio, l'ORP non può essere abbassato. Pertanto l'agitazione del serbatoio di denitrificazione deve utilizzare l'agitazione meccanica (come l'agitazione a lama) e non può utilizzare l'agitazione con aerazione; Se il DO dell'effluente dal serbatoio aerobico è troppo alto, è necessario aggiungere un "serbatoio di degasaggio" davanti al serbatoio di denitrificazione per rimuovere parte dell'ossigeno nell'acqua.
Poi c'è "la quantità di fonte di carbonio deve essere sufficiente". Quando i batteri denitrificanti degradano l'azoto nitrato, hanno bisogno di una fonte di carbonio (come il COD) come donatore di elettroni. Se la fonte di carbonio è insufficiente, anche senza ossigeno, non avranno la forza di lavorare e l’ORP non sarà stabile. Come determinare se la fonte di carbonio è sufficiente? È possibile calcolare il rapporto carbonio/azoto (C/N). Generalmente, la denitrificazione richiede un rapporto C/N di 5~8:1. Ad esempio, se l'azoto nitrato nell'affluente è 50 mg/l, il COD deve essere almeno 250~400 mg/l. Se ciò non bastasse, è necessario integrare fonti di carbonio come metanolo, acetato di sodio o COD provenienti dalle acque reflue domestiche. Quando si integra, non aggiungerne troppo in una volta, altrimenti il COD rimarrà nel sistema successivo. È meglio "aggiungere una piccola quantità più volte" e monitorare i cambiamenti nell'ORP e nell'azoto nitrato. Se l'ORP rimane stabile intorno a 0 mV e l'azoto nitrico continua a diminuire, ciò indica che la fonte di carbonio viene aggiunta con precisione.
Oltre a queste operazioni specifiche, ci sono anche diversi "consigli generali" utilizzabili nei sistemi aerobici, anaerobici o anaerobici, che possono aiutare a evitare molte deviazioni.
Il primo è "Non concentrarsi solo sull'ORP come indicatore", dovrebbe essere collegato ad altri indicatori. Ad esempio, se l'ORP della vasca aerobica diminuisce, è necessario verificare se il DO è diminuito, il COD è aumentato e l'azoto ammoniacale non è diminuito; Quando l'ORP del serbatoio anaerobico aumenta, è necessario verificare se il pH è basso, se i VFA sono alti e se vi sono perdite di ossigeno: l'ORP è un "segnale soldato", non una "causa", solo guardando l'ORP non è possibile individuare il problema e deve essere analizzato insieme a indicatori come DO, pH, COD, azoto ammoniacale e VFA per trovare con precisione "dove regolare".
La seconda è quella di “fissare un ragionevole intervallo di fluttuazioni” e non perseguire la “stabilità assoluta”. Il sistema biochimico stesso presenta fluttuazioni (come cambiamenti nella qualità e nella temperatura dell'acqua in ingresso) ed è normale che l'ORP oscilli leggermente. Ad esempio, l'ORP del serbatoio aerobico è impostato a +300 mV, permettendogli di oscillare tra 280-320 mV. Finché non supera questo intervallo, i microrganismi possono adattarsi e non hanno bisogno di aggiustarlo troppo ogni volta che c'è una fluttuazione, altrimenti renderà il sistema più instabile. Ad esempio, quando la valvola di aerazione si apre e si chiude in modo intermittente, l’ossigeno disciolto (DO) oscilla tra alto e basso, lasciando i microrganismi in perdita.
La terza è "calibrare regolarmente lo strumento", non lasciatevi "ingannare" dall'elettrodo ORP. L'elettrodo ORP potrebbe invecchiare o essere coperto da sostanze inquinanti presenti nell'acqua (come macchie di olio e biofilm) nel corso del tempo e i valori misurati potrebbero essere imprecisi: ad esempio, se l'ORP effettivo è +200 mV e l'elettrodo visualizza +100 mV, si potrebbe pensare che l'aerazione non sia sufficiente e aumentare l'aerazione, ma l'ORP in realtà sale a +300 mV, il che potrebbe effettivamente causare problemi. Pertanto si consiglia generalmente di calibrare l'elettrodo ORP una volta alla settimana, utilizzando una soluzione tampone standard (come una soluzione tampone a pH 7,0, con un ORP di circa +200 mV, a seconda delle istruzioni della soluzione tampone), rimuovendo qualsiasi sporco dall'elettrodo per garantire che i valori misurati siano accurati, in modo che il controllo sia significativo.
Infine, per riassumere: il controllo dell'ORP non è una "tecnologia ad alta precisione", il nocciolo della questione è "prima chiarire l'intervallo target, quindi identificare i fattori che influenzano e infine aggiustare secondo necessità". Il sistema aerobico si concentra sul rapporto DO e azoto carbonio, il sistema anaerobico si concentra su tenuta e pH, VFA e il sistema anossico si concentra sulla fonte di carbonio e sull'ossigeno a prova di perdite. In combinazione con altri indicatori, la calibrazione regolare degli strumenti può sostanzialmente stabilizzare l’ORP. Trattare con i sistemi biochimici è in realtà come fare amicizia con i microrganismi. Puoi capire il loro temperamento (quale ambiente ORP preferiscono), creare condizioni confortevoli per loro e naturalmente funzioneranno bene. Una volta che il sistema è stabile, avremo anche tranquillità.
