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深度了解氧化还原电位ORP 它在污水处理中都有哪些作用

时间:2023-05-22 16:40 点击次数:4233
 

ORP的英文全称是oxidation-reduction potential,翻译过来是氧化还原电位。


它是液体中指示电极的氧化还原电位与比较电极的氧化还原电位的差,可以对整个系统的氧化还原状态给出一个综合指标。 

ORP检测.png




早些时候,氧化还原电位主要应用在工业废水的治理中特别是处理一些金属精加工中产生的废水,后来在市政污水处理厂也逐步得到了广泛的应用。 


污水系统中存在着多种变价离子和溶解氧,即多个氧化还原电对。通过ORP在线监测仪表,污水中的氧化还原电位可以在很短时间内被检测出来,不需要再通过化验室进行的采样测量,在时间上可以大大缩短化验流程,提高了工作效率。

在污水处理系统中重要的氧化还原反应包括含碳、含氮、含磷等有机污染物的生物降解,有机物的水解和酸化,硝化和反硝化反应,生物厌氧释磷,好氧吸磷等


  • 如ORP值低,表明废水处理系统中还原性物质或有机污染物含量高,溶解氧测定仪溶解氧浓度低,还原环境占优。

  • 如ORP值高,表明废水中有机污染物浓度低,溶解氧或氧化性物质浓度高,氧化环境占优。


传统氧化还原水处理技术存在控制条件不够精准、浪费药剂、对环境不友好等不足,但借助ORP测量仪器,利用ORP的电信号作为检测与控制手段,可大大改进氧化还原水处理技术的精准控制水平,从而提高处理效果。

其检测测原理和pH类似,很多的pH在线检测仪表具有两通道的检测方式,其中就有ORP检测的通道。

总而言之,ORP是污水处理厂自动控制技术和厌氧精确控制发展的重要方向,对于节省能源、控制厌氧微生物的代谢途径以及改善处理效果具有重要的意义。


由于在废水处理中,发生的氧化还原反应众多,而且在各反应器内影响ORO的因素也不相同,很难判断ORP的改变主要哪种因素中的那一种引起的。


比如,在活性污泥处理系统中存在很多有机物质,有机物浓度较大的变化引起ORP较小的变化,但很难判断ORP改变主要由那种有机物引起。



因此,在研究ORP改变对污水处理的指示作用前,应先了解影响其改变的因素有哪些。

1、溶解氧(DO)

众所周知,DO表示溶解在水中的氧的含量,在好氧池中,出水口出DO应控制在2mg/l,如果是纯氧曝气应在4mg/l。缺氧反硝化池DO应在0.5mg/l。在厌氧池中,分子氧基本上不存在,硝态氮最好小于0.2mg/l。

DO作为废水处理的一种氧化剂,是引起系统ORP升高最直接的原因。在纯水中,ORP与DO的对数成线形关系,ORP随DO的升高而升高

2、pH

废水处理中,pH值是一个重要的控制因子。好氧微生物和发酵产酸菌最佳生长pH值为6.5~8.5,厌氧产甲烷菌的最适宜pH为6.8~7.2。为控制合适的pH值,一般通过加碱调节的方法控制。

微生物的污染物的代谢活动对pH值影响很大,在产酸阶段,产酸菌分解大分子有机物产生脂肪酸和二氧化碳有降低pH的作用,但在分解蛋白质的过程中产生氨有提升pH值的作用;在产甲烷阶段,产甲烷菌利用乙酸产甲烷可提高系统的pH值。

pH值是引起ORP升降的一个重要因素,pH值越高,ORP越低;pH值越低,ORP越高。

值得一提的是,在污水中虽然pH与ORP有一定的相关性,但由于ORP还受微生物活动、溶解氧等因素的影响,pH与ORP的相关性没有在纯水中的强。

3、温度

在废水处理过程中,温度是一个非常重要的指标。好氧微生物在15~30℃活动旺盛,厌氧微生物最佳温度在35℃附近和55℃附近。

在厌氧废水处理过程中,温度的改变对微生物的组成和增殖、产甲烷速率、污泥的沉淀性能等都有重要影响,因此,为保证厌氧池运行的稳定,废水在进入厌氧池前一般通过冷却塔降温和水蒸气加热的方法调节废水温度至35℃或55℃。

研究实践表明,溶液温度越高,溶液的ORP越低;在废水处理过程中,温度的影响也是如此。另外水处理过程温度越高,ORP越低,还与温度升高导致水分子团簇变小有关。

此外,温度的改变也可同时导致酸碱度、气体溶解度、生物活性的改变以及水体污染物相间平衡的改变,进而影响ORP。 

4、微生物的组成

在废水生物处理系统中,存在着独特的生态系统。

在两相厌氧生物反应器中,实现了产酸菌和产甲烷菌的有效分离,便于系统的控制和管理。在絮状泥占优势的UASB中,沿水流方向依次筛选出了产酸菌和产甲烷菌。在厌氧颗粒泥和厌氧生物膜中,从外部到内部,占优势的菌种由产酸菌向产甲烷菌转变。

在厌氧反应系统中,必须把DO浓度和ORP控制的很低,特别是在产甲烷阶段,氧化还原电位不能高于-330mV。

而进水中难免会有DO的存在,但在这种独特的生态系统的作用下,通过好氧微生物、兼性微生物、厌氧微生物之间的协同作用以及共生作用,系统的ORP很快降到甲烷菌适宜生长的范围。这种低氧化还原电位的现象不仅存在于厌氧反应器中,甚至在曝气池中的絮状泥中也出现这种现象。

4、微生物的活性

厌氧活性污泥的活性可由最大比产甲烷速率和最大比COD去除速率表示。好氧活性污泥的活性也可由最大比COD去除速率表示。

微生物的活性越高,消耗氧气的速率和产生还原性物质的速率也越快,ORP降低也越迅速 。

ORP作为反映水体宏观氧化还原性的综合指标,其影响因素种类较多,除上述几个主要影响因素外,还有压力、有机物、固体物质、微生物种类等因素的影响。

这些因素不是孤立的,它们相互影响、相互制约。因此,水体的氧化还原性也是多种因素综合作用的结果。




污水处理的各个阶段,微生物所需求的氧化还原电位不同


一般好氧微生物在+100mV以上均可生长,最适为+300~+400mV;兼性厌氧微生物在+100mV以上时进行好氧呼吸,在+100mV以下时进行无氧呼吸;专性厌氧细菌要求为-200~-250mV,其中专性厌氧的产甲烷菌要求为 -300~-400mV,最适为-330mV。

好氧活性污泥法系统中正常的氧化还原环境在+200~+600mV之间。污水生化处理中常见的反应过程所适宜的ORP值范围,如下表所示:

ORP范围.png





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