Para los amigos que trabajan en tratamiento de agua o reacciones bioquímicas, cuando se trata del ORP (potencial de oxidación-reducción), pueden sentirse abrumados: esta cosa es invisible e intangible, con valores que saltan de un lado a otro. A veces, aunque los indicadores parezcan correctos, cuando el ORP colapsa, todo el sistema tendrá problemas. De hecho, no hay necesidad de tratar el ORP como un "misticismo". Su esencia es el "termómetro" del "entorno redox" en el sistema bioquímico. Controlar el ORP es crear "condiciones de vida" cómodas para los microorganismos y dejar que trabajen bien. Hoy, hablemos en lenguaje sencillo sobre cómo controlar el ORP, desde "por qué controlarlo" hasta "cómo operarlo específicamente". Expliquemos paso a paso.
En primer lugar, necesitamos entender: ¿qué es exactamente el ORP? No necesitamos recordar los términos técnicos "energía potencial de transferencia de electrones". En pocas palabras, un valor de ORP alto indica que hay "más oxidantes" en el sistema y el entorno está sesgado hacia la "oxidación"; Un valor bajo significa "más agentes reductores" y un entorno que tiende a ser "reductor". Y los microorganismos en el sistema bioquímico son los "maestros de la elección del entorno": las bacterias aeróbicas prefieren entornos que están sesgados hacia la oxidación (el ORP es generalmente positivo por decenas a cientos de mV), las bacterias anaeróbicas tienen que trabajar en entornos fuertemente reductores (el ORP suele ser negativo por cientos de mV), e incluso las bacterias facultativas tienen que ajustar su "modo de trabajo" de acuerdo con los cambios en el oxígeno, el carbono, el nitrógeno y otras cosas en el entorno. Por lo tanto, el ORP no es un indicador opcional, es una señal clave para que juzguemos si los microorganismos están cómodos viviendo o no, y si están trabajando o no. Por ejemplo, si el ORP en el tanque aeróbico cae repentinamente, es muy probable que se deba a una aireación insuficiente, lo que hace que las bacterias aeróbicas se "asfixien por falta de oxígeno"; Cuando el ORP del tanque anaeróbico alcanza un valor positivo, se acabó. El oxígeno se filtra y las bacterias anaeróbicas "atacan" directamente, y la producción de metano se detiene.
¿Cuál es la lógica central para controlar el ORP? Solo una cosa: "Ajustar según sea necesario": primero, aclarar qué se supone que debe hacer su sistema bioquímico (¿es degradar la DQO? ¿O es desnitrificación y eliminación de fósforo? ¿O producir biogás? ）Luego, determinar qué microorganismo se necesita para "dominar el trabajo", y finalmente estabilizar el ORP en el rango correspondiente en función de las necesidades del microorganismo. No se trata de decir 'cuanto mayor sea el valor, mejor', ni 'cuanto menor sea el valor, mejor'. Por ejemplo, durante la desnitrificación, se necesitan bacterias aeróbicas para la nitrificación (nitrógeno amoniacal a nitrógeno nítrico), y el ORP debe controlarse a +200~+400mV; durante la desnitrificación (nitrógeno nítrico a nitrógeno), las bacterias facultativas deben ser reemplazadas, y el entorno debe reducirse a -50~+50mV. Si el ORP no disminuye en este momento, las bacterias desnitrificantes no funcionarán en absoluto, y el nitrógeno nítrico se acumulará en el agua. Por lo tanto, el primer paso es aclarar el "rango objetivo", que es el "navegador" que controla el ORP. Sin esto, las operaciones posteriores serán solo tonterías.
A continuación, lo más práctico: ¿cómo ajustar el ORP específicamente? Hablemos de diferentes escenarios, después de todo, el juego de los sistemas aeróbicos, anaeróbicos y anóxicos es diferente. Tomémoslo uno por uno.
Primero, hablemos de los sistemas aeróbicos, como los tanques aeróbicos y los filtros biológicos aireados. El núcleo es el "control del oxígeno" porque el oxígeno es el principal oxidante aquí, y el ORP y el oxígeno disuelto (OD) están casi "atados juntos". Muchos amigos cometen un error: piensan que cuanto mayor sea la aireación, mayor será el oxígeno disuelto (OD) y más estable será el ORP; de hecho, si el OD es demasiado alto, el ORP se disparará demasiado alto, lo que no solo desperdicia electricidad, sino que también puede inhibir ciertas bacterias aeróbicas (como las que degradan materia orgánica difícil de degradar); Si el OD es demasiado bajo, el ORP volverá a caer, las bacterias aeróbicas no pueden respirar, la DQO no puede disminuir y el nitrógeno amoniacal no puede nitrificarse. ¿Cómo debemos ajustarlo?
En primer lugar, debemos monitorear de cerca la relación entre el OD y el ORP. La situación de cada sistema es diferente. Por ejemplo, en algunos tanques aeróbicos, cuando el OD está entre 2-3 mg/L, el ORP simplemente se estabiliza en +250~+300mV. Así que controlemos el OD dentro de este rango, y el ORP se estabilizará naturalmente. ¿Cómo controlar el OD? La forma más directa es ajustar la apertura de la válvula de aireación o la frecuencia del ventilador de aireación; ahora muchas plantas de tratamiento de agua utilizan el "control de enlace OD-ORP", por ejemplo, estableciendo el objetivo de ORP en +300mV. Cuando el ORP está por debajo de 280mV, el sistema enciende automáticamente la aireación; Si es superior a 320mV, reducir la aireación, sin necesidad de que las personas monitoreen y ajusten, es conveniente y preciso.
Además, la relación carbono-nitrógeno en el sistema aeróbico también puede afectar el ORP. Por ejemplo, si la DQO del agua entrante aumenta repentinamente y los microorganismos "comen más", el consumo de oxígeno aumentará. En este momento, incluso si la aireación no está activada, el OD aún disminuirá y el ORP también disminuirá. En esta situación, no es suficiente depender únicamente del ajuste de la aireación, sino también observar la carga de entrada. Si la DQO sigue siendo alta, puede ser necesario ajustar la entrada (como diluir una parte del agua tratada con reflujo), o complementar algunos nutrientes (como agregar urea o fosfato dihidrógeno de potasio si el nitrógeno y el fósforo no son suficientes), para que los microorganismos puedan "comer de manera uniforme" y el consumo de oxígeno sea estable, y el ORP no fluctuará.
Hablando de sistemas anaeróbicos, como los reactores UASB e IC, el objetivo es estabilizar el ORP en -200~-400mV (etapa de producción de metano). La clave aquí es "prevenir el oxígeno" y "controlar las fuentes de carbono", porque los sistemas anaeróbicos son todos "sensibles al oxígeno". Un poco de oxígeno entra, y el ORP se disparará, "envenenando" directamente a los microorganismos.
En primer lugar, es necesario hacer un buen trabajo de "sellado", que es la base de la base. Los tanques anaeróbicos de muchos amigos tienen un ORP inestable, y después de verificar, se descubrió que hay fugas de aire en la tubería de entrada o la placa de la cubierta superior del reactor no está bien cerrada, lo que hace que el aire se filtre en el tanque. Por lo tanto, después de cada mantenimiento, es necesario verificar la condición de sellado, y es mejor agregar un "sello de agua" a la tubería de entrada para evitar que el aire entre con las aguas residuales. Además, si los dispositivos como las bombas de reflujo y los agitadores en los sistemas anaeróbicos requieren enfriamiento por aire, es importante tener cuidado de no dejar que el aire se filtre en el agua, de lo contrario, será realmente como un 'dique de mil millas destruido por nidos de hormigas'.
Luego está el control de la fuente de carbono y el pH. Cuando los microorganismos anaeróbicos degradan la materia orgánica, producen metano y dióxido de carbono, que son agentes reductores que pueden mantener un entorno reductor. Si la DQO del agua entrante es demasiado baja, los microorganismos no podrán comerla, y el agente reductor no será suficiente, lo que hará que el ORP flote hacia arriba; Si la DQO es demasiado alta, los microorganismos "comerán" y producirán demasiados ácidos grasos volátiles (AGV), lo que provocará una disminución del pH. Cuando el pH está por debajo de 6,5, las bacterias productoras de metano dejarán de funcionar y el ORP también se volverá caótico. Por lo tanto, es necesario medir regularmente la DQO del agua entrante y los AGV y el pH en la piscina. Si la DQO no es suficiente, agregue algunas fuentes de carbono (como glucosa, metanol o aguas residuales orgánicas de alta concentración). Si los AGV son demasiado altos, agregue álcali (como hidróxido de sodio, carbonato de sodio) para ajustar el pH. Generalmente, el pH se controla en 7,0-7,5, y es menos probable que el ORP tenga problemas.
Hay otro pequeño detalle: cuando se inicia el sistema anaeróbico, el ORP es particularmente difícil de controlar porque la población microbiana es pequeña al principio y el entorno de reducción no se ha establecido. No se preocupe, agregue lentamente aguas residuales de baja concentración para permitir que los microorganismos se multipliquen poco a poco. Al mismo tiempo, también puede agregar algo de "lodo inoculado" (como lodo de otros tanques anaeróbicos) para acelerar el establecimiento del entorno de reducción. Cuando el ORP se estabiliza por debajo de -200mV, aumente gradualmente la carga de entrada, de lo contrario, es fácil "fallar el inicio".
Finalmente, hablemos de los sistemas anóxicos, como los tanques de desnitrificación, donde el ORP objetivo está generalmente entre -50~+50mV. El núcleo aquí es el "control de la fuente de carbono y la prevención del oxígeno", porque las bacterias desnitrificantes necesitan fuentes de carbono como "alimento" y no debe haber interferencia de oxígeno (de lo contrario, priorizarán el oxígeno sobre el nitrógeno nítrico).
Muchos amigos no pueden bajar el ORP de sus tanques de desnitrificación, por lo que lo primero que hay que comprobar es si hay fugas de oxígeno; por ejemplo, si el tanque aeróbico frente al tanque de desnitrificación tiene demasiada aireación, el OD transporta aguas residuales al tanque de desnitrificación, o si el agitador en el tanque de desnitrificación es "agitación por aireación" (que es lo más difícil y oxigena directamente el tanque), incluso si se agrega una fuente de carbono, el ORP no se puede bajar. Por lo tanto, la agitación del tanque de desnitrificación debe utilizar "agitación mecánica" (como agitación con palas), y no puede utilizar agitación por aireación; Si el OD del efluente del tanque aeróbico es demasiado alto, se debe agregar un "tanque de desgasificación" frente al tanque de desnitrificación para eliminar parte del oxígeno en el agua.
Luego está 'la cantidad de fuente de carbono debe ser suficiente'. Cuando las bacterias desnitrificantes degradan el nitrógeno nítrico, necesitan una fuente de carbono (como la DQO) como donante de electrones. Si la fuente de carbono es insuficiente, incluso sin oxígeno, no tendrán la fuerza para trabajar y el ORP no será estable. ¿Cómo determinar si la fuente de carbono es suficiente? Se puede calcular la relación carbono-nitrógeno (C/N). Generalmente, la desnitrificación requiere una relación C/N de 5~8:1. Por ejemplo, si el nitrógeno nítrico en el influente es de 50 mg/L, la DQO debe ser de al menos 250~400 mg/L. Si no es suficiente, se deben complementar fuentes de carbono como metanol, acetato de sodio o DQO de aguas residuales domésticas. Al complementar, no agregue demasiado a la vez, de lo contrario, la DQO permanecerá en el sistema posterior. Es mejor "agregar una pequeña cantidad varias veces" y monitorear los cambios en el ORP y el nitrógeno nítrico. Si el ORP permanece estable en torno a 0 mV y el nitrógeno nítrico continúa disminuyendo, indica que la fuente de carbono se agrega con precisión.
Además de estas operaciones específicas, también hay varios "consejos generales" que se pueden utilizar en sistemas aeróbicos, anaeróbicos o anóxicos, que pueden ayudarle a evitar muchos desvíos.
El primero es 'No se centre solo en el ORP como un indicador', debe estar vinculado con otros indicadores. Por ejemplo, si el ORP del tanque aeróbico disminuye, debe verificar si el OD ha disminuido, la DQO ha aumentado y el nitrógeno amoniacal no ha disminuido; Cuando el ORP del tanque anaeróbico aumenta, es necesario verificar si el pH es bajo, si los AGV son altos y si hay fugas de oxígeno; el ORP es un "soldado de señal", no una "causa", solo mirar el ORP no puede encontrar el problema, y necesita ser analizado junto con indicadores como OD, pH, DQO, nitrógeno amoniacal y AGV para encontrar con precisión "dónde ajustar".
El segundo es "establecer un rango razonable de fluctuaciones" y no buscar la "estabilidad absoluta". El propio sistema bioquímico tiene fluctuaciones (como cambios en la calidad del agua de entrada y la temperatura), y es normal que el ORP fluctúe ligeramente. Por ejemplo, el ORP del tanque aeróbico se establece en +300mV, lo que le permite oscilar entre 280-320mV. Siempre que no exceda este rango, los microorganismos pueden adaptarse y no es necesario ajustarlo demasiado cada vez que haya una fluctuación, de lo contrario, hará que el sistema sea más inestable. Por ejemplo, cuando la válvula de aireación se abre y se cierra intermitentemente, el oxígeno disuelto (OD) fluctúa entre alto y bajo, dejando a los microorganismos en una pérdida.
El tercero es "calibrar regularmente el instrumento", no deje que el electrodo ORP "lo engañe". El electrodo ORP puede envejecer o estar cubierto por contaminantes en el agua (como manchas de aceite y biopelículas) con el tiempo, y los valores medidos pueden ser inexactos; por ejemplo, si el ORP real es +200mV y el electrodo muestra +100mV, puede pensar que la aireación no es suficiente y aumentar la aireación, pero el ORP en realidad aumenta a +300mV, lo que en realidad puede causar problemas. Por lo tanto, generalmente se recomienda calibrar el electrodo ORP una vez a la semana, utilizando una solución tampón estándar (como una solución tampón de pH 7,0, con un ORP de aproximadamente +200mV, según las instrucciones de la solución tampón), limpiando cualquier suciedad en el electrodo para garantizar que los valores medidos sean precisos, de modo que el control tenga sentido.
Finalmente, para resumir: controlar el ORP no es una "tecnología de alta precisión", el núcleo es "primero aclarar el rango objetivo, luego identificar los factores influyentes y finalmente ajustar según sea necesario". El sistema aeróbico se centra en el OD y la relación carbono-nitrógeno, el sistema anaeróbico se centra en el sellado y el pH, los AGV, y el sistema anóxico se centra en la fuente de carbono y la prueba de fugas de oxígeno. Combinado con otros indicadores, la calibración regular de los instrumentos puede estabilizar básicamente el ORP. Tratar con sistemas bioquímicos es en realidad como hacer amigos con microorganismos. Puede comprender su temperamento (qué entorno de ORP les gusta), crear condiciones cómodas para ellos, y naturalmente trabajarán bien. Una vez que el sistema es estable, también tenemos tranquilidad.
