Für Freunde, die in der Wasseraufbereitung oder bei biochemischen Reaktionen arbeiten, kann das Thema ORP (Oxidations-Reduktions-Potential) überwältigend sein – es ist unsichtbar und ungreifbar, mit Werten, die hin und her springen. Manchmal, obwohl die Indikatoren korrekt erscheinen, kommt es zu Problemen im gesamten System, wenn das ORP zusammenbricht. Tatsächlich besteht keine Notwendigkeit, ORP als „Mystik“ zu behandeln. Seine Essenz ist das „Thermometer“ der „Redox-Umgebung“ im biochemischen System. ORP zu kontrollieren bedeutet, komfortable „Lebensbedingungen“ für Mikroorganismen zu schaffen und sie gut arbeiten zu lassen. Heute wollen wir in einfacher Sprache darüber sprechen, wie man ORP kontrolliert, von „warum man es kontrolliert“ bis hin zu „wie man es konkret betreibt“. Erklären wir es Schritt für Schritt.
Zunächst müssen wir verstehen: Was genau ist ORP? Wir müssen uns die Fachbegriffe „Elektronenübertragungspotentialenergie“ nicht merken. Einfach ausgedrückt: Ein hoher ORP-Wert deutet darauf hin, dass es „mehr Oxidationsmittel“ im System gibt und die Umgebung in Richtung „Oxidation“ tendiert; Ein niedriger Wert bedeutet „mehr Reduktionsmittel“ und eine Umgebung, die dazu neigt, „reduzierend“ zu sein. Und die Mikroorganismen im biochemischen System sind die „Meister der Wahl der Umgebung“ – aerobe Bakterien bevorzugen Umgebungen, die in Richtung Oxidation tendieren (ORP ist im Allgemeinen positiv im Bereich von Zehnern bis Hunderten von mV), anaerobe Bakterien müssen in stark reduzierenden Umgebungen arbeiten (ORP ist normalerweise negativ im Bereich von Hunderten von mV), und sogar fakultative Bakterien müssen ihre „Arbeitsweise“ an Veränderungen von Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff und anderen Stoffen in der Umgebung anpassen. ORP ist also kein optionaler Indikator, sondern ein Schlüsselsignal für uns, um zu beurteilen, ob sich Mikroorganismen wohlfühlen oder nicht und ob sie arbeiten oder nicht. Wenn beispielsweise das ORP im aeroben Becken plötzlich abfällt, liegt dies höchstwahrscheinlich an unzureichender Belüftung, wodurch aerobe Bakterien „an Sauerstoffmangel ersticken“; Wenn das ORP des anaeroben Beckens einen positiven Wert erreicht, ist es vorbei. Sauerstoff dringt ein, und die anaeroben Bakterien „streiken“ direkt, und die Methanproduktion stoppt.
Was ist die Kernlogik für die Steuerung von ORP? Nur eine Sache: „Bei Bedarf anpassen“ – klären Sie zunächst, was Ihr biochemisches System leisten soll (soll es CSB abbauen? Oder soll es Denitrifikation und Phosphorentfernung sein? Oder Biogas produzieren? ）Bestimmen Sie dann, welcher Mikroorganismus die „Arbeit dominieren“ soll, und stabilisieren Sie schließlich das ORP im entsprechenden Bereich basierend auf den Bedürfnissen des Mikroorganismus. Es geht nicht darum zu sagen: „Je höher der Wert, desto besser“ oder „Je niedriger der Wert, desto besser“. Beispielsweise werden bei der Denitrifikation aerobe Bakterien für die Nitrifikation (Ammoniakstickstoff zu Nitratstickstoff) benötigt, und das ORP muss bei +200~+400 mV gehalten werden; Bei der Denitrifikation (Nitratstickstoff zu Stickstoff) müssen fakultative Bakterien ersetzt werden, und die Umgebung muss auf -50~+50 mV reduziert werden. Wenn das ORP zu diesem Zeitpunkt nicht abnimmt, arbeiten die denitrifizierenden Bakterien überhaupt nicht, und der Nitratstickstoff reichert sich im Wasser an. Der erste Schritt ist also, den „Zielbereich“ zu klären, der der „Navigator“ ist, der das ORP steuert. Ohne diesen sind die nachfolgenden Operationen nur Spielerei.
Als Nächstes kommt das Praktischste: Wie man das ORP konkret anpasst? Sprechen wir über verschiedene Szenarien, schließlich ist das Gameplay von aeroben, anaeroben und anoxischen Systemen unterschiedlich. Gehen wir es einzeln durch.
Zuerst sprechen wir über aerobe Systeme, wie z. B. aerobe Becken und belüftete Biofilter. Der Kern ist die „Sauerstoffkontrolle“, da Sauerstoff hier das Hauptoxidationsmittel ist und ORP und gelöster Sauerstoff (DO) fast „miteinander verbunden“ sind. Viele Freunde machen einen Fehler: Sie denken, je größer die Belüftung, desto höher der gelöste Sauerstoff (DO) und desto stabiler das ORP – tatsächlich, wenn der DO zu hoch ist, steigt das ORP zu stark an, was nicht nur Strom verschwendet, sondern auch bestimmte aerobe Bakterien hemmen kann (z. B. solche, die schwer abbaubare organische Stoffe abbauen); Wenn der DO zu niedrig ist, sinkt das ORP wieder, aerobe Bakterien können nicht atmen, CSB kann nicht abnehmen und Ammoniakstickstoff kann nicht nitrifiziert werden. Wie sollen wir es anpassen?
Zunächst müssen wir die Beziehung zwischen DO und ORP genau überwachen. Die Situation jedes Systems ist unterschiedlich. In einigen aeroben Becken stabilisiert sich das ORP beispielsweise bei +250~+300 mV, wenn der DO zwischen 2-3 mg/L liegt. Kontrollieren wir also den DO innerhalb dieses Bereichs, und das ORP stabilisiert sich von selbst. Wie kontrolliert man den DO? Der direkteste Weg ist, die Öffnung des Belüftungsventils oder die Frequenz des Belüftungsgebläses anzupassen – viele Wasserwerke verwenden jetzt die „DO-ORP-Verknüpfungssteuerung“, z. B. durch Einstellen des ORP-Ziels auf +300 mV. Wenn das ORP unter 280 mV liegt, schaltet das System automatisch die Belüftung ein; Wenn es höher als 320 mV ist, reduzieren Sie die Belüftung, keine Notwendigkeit für Personen, zu überwachen und anzupassen, es ist bequem und genau.
Darüber hinaus kann auch das Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis im aeroben System das ORP beeinflussen. Wenn beispielsweise der CSB des einfließenden Wassers plötzlich ansteigt und Mikroorganismen „mehr essen“, erhöht sich der Sauerstoffverbrauch. Zu diesem Zeitpunkt, selbst wenn die Belüftung nicht aktiviert ist, sinkt der DO und auch das ORP sinkt. In dieser Situation reicht es nicht aus, sich nur auf die Anpassung der Belüftung zu verlassen, sondern auch die Zulaufbelastung zu betrachten. Wenn der CSB weiterhin hoch ist, kann es erforderlich sein, den Zulauf anzupassen (z. B. einen Teil des behandelten Wassers mit Rücklauf zu verdünnen) oder einige Nährstoffe zu ergänzen (z. B. Harnstoff oder Kaliumdihydrogenphosphat hinzufügen, wenn Stickstoff und Phosphor nicht ausreichen), so dass Mikroorganismen „gleichmäßig essen“ können und der Sauerstoffverbrauch stabil ist, und das ORP nicht schwankt.
Apropos anaerobe Systeme, wie z. B. UASB- und IC-Reaktoren, das Ziel ist es, das ORP bei -200~-400 mV (Methanproduktionsstadium) zu stabilisieren. Der Schlüssel hier ist, „Sauerstoff zu verhindern“ und „Kohlenstoffquellen zu kontrollieren“, da anaerobe Systeme alle „sauerstoffempfindlich“ sind. Ein wenig Sauerstoff dringt ein, und das ORP schießt in die Höhe und „vergiftet“ die Mikroorganismen direkt.
Zunächst ist es notwendig, die „Abdichtung“ gut zu machen, was die Grundlage der Grundlage ist. Bei vielen anaeroben Becken von Freunden ist das ORP instabil, und nach der Überprüfung wurde festgestellt, dass es Luftlecks in der Einlassleitung gibt oder die obere Abdeckplatte des Reaktors nicht fest verschlossen ist, wodurch Luft in den Tank eindringt. Daher ist es nach jeder Wartung erforderlich, den Dichtungszustand zu überprüfen und es ist am besten, eine „Wasserabdichtung“ an der Einlassleitung anzubringen, um zu verhindern, dass Luft mit Abwasser eintritt. Wenn Geräte wie Rücklaufpumpen und Rührwerke in anaeroben Systemen Luftkühlung benötigen, ist es wichtig, darauf zu achten, dass keine Luft in das Wasser gelangt, da es sonst wirklich wie ein „tausend Meilen langer Damm ist, der durch Ameisennester zerstört wird“.
Dann gibt es die Kontrolle der Kohlenstoffquelle und des pH-Werts. Wenn anaerobe Mikroorganismen organische Stoffe abbauen, produzieren sie Methan und Kohlendioxid, die Reduktionsmittel sind, die eine reduzierende Umgebung aufrechterhalten können. Wenn der CSB des einfließenden Wassers zu niedrig ist, können die Mikroorganismen ihn nicht essen, und das Reduktionsmittel reicht nicht aus, wodurch das ORP nach oben steigt; Wenn der CSB zu hoch ist, „fressen“ die Mikroorganismen und produzieren zu viele flüchtige Fettsäuren (VFA), was zu einem Abfall des pH-Werts führt. Wenn der pH-Wert unter 6,5 liegt, stellen die methanerzeugenden Bakterien ihre Arbeit ein und das ORP wird ebenfalls chaotisch. Daher ist es notwendig, regelmäßig den CSB des einfließenden Wassers sowie die VFA und den pH-Wert im Becken zu messen. Wenn der CSB nicht ausreicht, fügen Sie einige Kohlenstoffquellen hinzu (z. B. Glukose, Methanol oder hochkonzentriertes organisches Abwasser). Wenn die VFA zu hoch sind, fügen Sie Alkali hinzu (z. B. Natriumhydroxid, Natriumcarbonat), um den pH-Wert anzupassen. Im Allgemeinen wird der pH-Wert bei 7,0-7,5 gehalten, und das ORP hat weniger Probleme.
Es gibt noch ein kleines Detail: Wenn das anaerobe System gestartet wird, ist das ORP besonders schwer zu kontrollieren, da die mikrobielle Population zu Beginn klein ist und die Reduktionsumgebung noch nicht aufgebaut wurde. Keine Sorge, fügen Sie langsam Abwasser mit niedriger Konzentration hinzu, damit sich die Mikroorganismen nach und nach vermehren können. Gleichzeitig können Sie auch etwas „geimpften Schlamm“ (z. B. Schlamm aus anderen anaeroben Becken) hinzufügen, um den Aufbau der Reduktionsumgebung zu beschleunigen. Wenn sich das ORP unter -200 mV stabilisiert, erhöhen Sie allmählich die Zulaufbelastung, andernfalls ist es leicht, einen „Startfehler“ zu verursachen.
Schließlich wollen wir über anoxische Systeme sprechen, wie z. B. Denitrifikationsbecken, bei denen das Ziel-ORP im Allgemeinen zwischen -50~+50 mV liegt. Der Kern hier ist „Kohlenstoffquellenkontrolle und Sauerstoffverhinderung“, da denitrifizierende Bakterien Kohlenstoffquellen als „Nahrung“ benötigen und es keine Sauerstoffstörungen geben darf (andernfalls priorisieren sie Sauerstoff gegenüber Nitratstickstoff).
Viele Freunde können das ORP ihrer Denitrifikationsbecken nicht senken, daher ist als Erstes zu prüfen, ob es Sauerstofflecks gibt – wenn beispielsweise das aerobe Becken vor dem Denitrifikationsbecken zu viel Belüftung hat, transportiert DO Abwasser zum Denitrifikationsbecken, oder wenn das Rührwerk im Denitrifikationsbecken „Belüftungsrühren“ verwendet (was am schwierigsten ist und den Tank direkt mit Sauerstoff versorgt), kann das ORP auch dann nicht gesenkt werden, wenn eine Kohlenstoffquelle hinzugefügt wird. Daher muss das Rühren des Denitrifikationsbeckens „mechanisches Rühren“ (z. B. Blattrühren) verwenden und darf kein Belüftungsrühren verwenden; Wenn der DO des Ablaufs aus dem aeroben Becken zu hoch ist, sollte vor dem Denitrifikationsbecken ein „Entgasungsbecken“ hinzugefügt werden, um einen Teil des Sauerstoffs im Wasser zu entfernen.
Dann gibt es 'die Menge der Kohlenstoffquelle muss ausreichend sein'. Wenn denitrifizierende Bakterien Nitratstickstoff abbauen, benötigen sie eine Kohlenstoffquelle (z. B. CSB) als Elektronendonator. Wenn die Kohlenstoffquelle unzureichend ist, haben sie selbst ohne Sauerstoff nicht die Kraft zu arbeiten, und das ORP ist nicht stabil. Wie kann man feststellen, ob die Kohlenstoffquelle ausreichend ist? Das Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis (C/N) kann berechnet werden. Im Allgemeinen erfordert die Denitrifikation ein C/N-Verhältnis von 5~8:1. Wenn beispielsweise der Nitratstickstoff im Zulauf 50 mg/L beträgt, muss der CSB mindestens 250~400 mg/L betragen. Wenn es nicht ausreicht, müssen Kohlenstoffquellen wie Methanol, Natriumacetat oder CSB aus häuslichem Abwasser ergänzt werden. Fügen Sie beim Ergänzen nicht zu viel auf einmal hinzu, da sonst CSB im späteren System verbleibt. Es ist am besten, „kleine Mengen mehrmals hinzuzufügen“ und die Veränderungen von ORP und Nitratstickstoff zu überwachen. Wenn das ORP bei etwa 0 mV stabil bleibt und der Nitratstickstoff weiter abnimmt, deutet dies darauf hin, dass die Kohlenstoffquelle präzise hinzugefügt wurde.
Zusätzlich zu diesen spezifischen Operationen gibt es auch einige „allgemeine Tipps“, die in aeroben, anaeroben oder anoxischen Systemen verwendet werden können, die Ihnen helfen können, viele Umwege zu vermeiden.
Der erste ist 'Konzentrieren Sie sich nicht nur auf ORP als einen Indikator', es sollte mit anderen Indikatoren verknüpft werden. Wenn beispielsweise das ORP des aeroben Beckens abnimmt, müssen Sie prüfen, ob der DO abgenommen hat, der CSB zugenommen hat und der Ammoniakstickstoff nicht abgenommen hat; Wenn das ORP des anaeroben Beckens ansteigt, ist es notwendig, zu prüfen, ob der pH-Wert niedrig ist, ob die VFA hoch sind und ob es Sauerstofflecks gibt – ORP ist ein „Signalsoldat“, keine „Ursache“, nur das Betrachten von ORP kann das Problem nicht finden, und es muss zusammen mit Indikatoren wie DO, pH-Wert, CSB, Ammoniakstickstoff und VFA analysiert werden, um genau zu finden, „wo man anpassen muss“.
Der zweite ist, „einen vernünftigen Schwankungsbereich festzulegen“ und keine „absolute Stabilität“ anzustreben. Das biochemische System selbst weist Schwankungen auf (z. B. Veränderungen der Zulaufwasserqualität und der Temperatur), und es ist normal, dass das ORP leicht schwankt. Beispielsweise wird das ORP des aeroben Beckens auf +300 mV eingestellt, so dass es zwischen 280-320 mV oszillieren kann. Solange es diesen Bereich nicht überschreitet, können sich Mikroorganismen anpassen und müssen es nicht zu stark anpassen, wann immer es eine Schwankung gibt, andernfalls wird das System instabiler. Wenn sich beispielsweise das Belüftungsventil intermittierend öffnet und schließt, schwankt der gelöste Sauerstoff (DO) zwischen hoch und niedrig, wodurch die Mikroorganismen ratlos sind.
Der dritte ist „das Instrument regelmäßig zu kalibrieren“, lassen Sie sich nicht von der ORP-Elektrode „täuschen“. Die ORP-Elektrode kann im Laufe der Zeit altern oder durch Schadstoffe im Wasser (z. B. Ölflecken und Biofilme) bedeckt werden, und die gemessenen Werte können ungenau sein – wenn beispielsweise das tatsächliche ORP +200 mV beträgt und die Elektrode +100 mV anzeigt, denken Sie möglicherweise, dass die Belüftung nicht ausreicht, und erhöhen die Belüftung, aber das ORP steigt tatsächlich auf +300 mV an, was tatsächlich Probleme verursachen kann. Daher wird im Allgemeinen empfohlen, die ORP-Elektrode einmal pro Woche mit einer Standardpufferlösung (z. B. einer pH-7,0-Pufferlösung mit einem ORP von etwa +200 mV, abhängig von den Anweisungen der Pufferlösung) zu kalibrieren und Schmutz auf der Elektrode abzuwischen, um sicherzustellen, dass die gemessenen Werte korrekt sind, so dass die Steuerung sinnvoll ist.
Abschließend zusammenfassend: Die Steuerung von ORP ist keine „Hochpräzisionstechnologie“, der Kern ist, „zuerst den Zielbereich zu klären, dann die Einflussfaktoren zu identifizieren und schließlich bei Bedarf anzupassen“. Das aerobe System konzentriert sich auf DO und Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis, das anaerobe System konzentriert sich auf Abdichtung und pH-Wert, VFA, und das anoxische System konzentriert sich auf Kohlenstoffquelle und Sauerstoffleckage. In Kombination mit anderen Indikatoren kann die regelmäßige Kalibrierung von Instrumenten das ORP im Wesentlichen stabilisieren. Der Umgang mit biochemischen Systemen ist eigentlich wie Freundschaft mit Mikroorganismen zu schließen. Sie können ihren Charakter verstehen (welche ORP-Umgebung sie mögen), komfortable Bedingungen für sie schaffen, und sie werden natürlich gut arbeiten. Sobald das System stabil ist, haben auch wir Seelenfrieden.
