Đối với những người bạn làm việc trong lĩnh vực xử lý nước hoặc các phản ứng hóa sinh, khi nói đến ORP (thế oxy hóa khử), họ có thể cảm thấy choáng ngợp - thứ này vô hình và không thể sờ thấy, với các giá trị nhảy lên nhảy xuống. Đôi khi, ngay cả khi các chỉ số có vẻ chính xác, khi ORP sụp đổ, toàn bộ hệ thống sẽ gặp vấn đề. Trên thực tế, không cần phải coi ORP là một "bí ẩn". Bản chất của nó là "nhiệt kế" của "môi trường redox" trong hệ thống hóa sinh. Kiểm soát ORP là tạo ra "điều kiện sống" thoải mái cho vi sinh vật và để chúng hoạt động tốt. Hôm nay, chúng ta hãy nói một cách dễ hiểu về cách kiểm soát ORP, từ "tại sao phải kiểm soát nó" đến "cách vận hành nó một cách cụ thể". Hãy giải thích từng bước.
Đầu tiên, chúng ta cần hiểu: ORP chính xác là gì? Chúng ta không cần phải nhớ các thuật ngữ kỹ thuật "năng lượng thế chuyển electron". Nói một cách đơn giản, giá trị ORP cao cho thấy có "nhiều chất oxy hóa hơn" trong hệ thống và môi trường có xu hướng "oxy hóa"; Giá trị thấp có nghĩa là "nhiều chất khử hơn" và một môi trường có xu hướng "khử". Và các vi sinh vật trong hệ thống hóa sinh là "bậc thầy trong việc lựa chọn môi trường" - vi khuẩn hiếu khí thích môi trường có xu hướng oxy hóa (ORP thường dương từ vài chục đến vài trăm mV), vi khuẩn kỵ khí phải hoạt động trong môi trường khử mạnh (ORP thường âm vài trăm mV), và thậm chí vi khuẩn tùy tiện cũng phải điều chỉnh "chế độ làm việc" của chúng theo sự thay đổi của oxy, carbon, nitơ và những thứ khác trong môi trường. Vì vậy, ORP không phải là một chỉ số tùy chọn, nó là một tín hiệu quan trọng để chúng ta đánh giá xem vi sinh vật có sống thoải mái hay không và chúng có đang hoạt động hay không. Ví dụ, nếu ORP trong bể hiếu khí đột ngột giảm, rất có thể là do sục khí không đủ, khiến vi khuẩn hiếu khí "ngạt thở vì thiếu oxy"; Khi ORP của bể kỵ khí đạt giá trị dương, mọi chuyện đã kết thúc. Oxy rò rỉ vào, và vi khuẩn kỵ khí "tấn công" trực tiếp, và việc sản xuất metan dừng lại.
Logic cốt lõi để kiểm soát ORP là gì? Chỉ một điều: "Điều chỉnh khi cần thiết" - trước tiên hãy làm rõ hệ thống hóa sinh của bạn dự định làm gì (là phân hủy COD? Hay là khử nitrat và loại bỏ phốt pho? Hay sản xuất khí sinh học? ）Sau đó xác định vi sinh vật nào cần "chiếm ưu thế trong công việc", và cuối cùng ổn định ORP trong phạm vi tương ứng dựa trên nhu cầu của vi sinh vật. Nó không phải là về việc nói 'giá trị càng cao càng tốt', cũng không phải là 'giá trị càng thấp càng tốt'. Ví dụ, trong quá trình khử nitrat, vi khuẩn hiếu khí cần thiết cho quá trình nitrat hóa (amoni nitơ thành nitrat nitơ), và ORP cần được kiểm soát ở mức +200~+400mV; trong quá trình khử nitrat (nitrat nitơ thành nitơ), vi khuẩn tùy tiện cần được thay thế, và môi trường cần được giảm xuống -50~+50mV. Nếu ORP không giảm vào thời điểm này, vi khuẩn khử nitrat sẽ không hoạt động, và nitrat nitơ sẽ tích tụ trong nước. Vì vậy, bước đầu tiên là làm rõ "phạm vi mục tiêu", đây là "người điều hướng" kiểm soát ORP. Nếu không có điều này, các hoạt động tiếp theo sẽ chỉ là trò đùa.
Tiếp theo là thực tế nhất: làm thế nào để điều chỉnh ORP một cách cụ thể? Hãy nói về các tình huống khác nhau, sau tất cả, cách chơi của hệ thống hiếu khí, kỵ khí và kỵ khí là khác nhau. Hãy xem xét từng cái một.
Đầu tiên, chúng ta hãy nói về các hệ thống hiếu khí, chẳng hạn như bể hiếu khí và bộ lọc sinh học sục khí. Cốt lõi là "kiểm soát oxy" vì oxy là chất oxy hóa chính ở đây, và ORP và oxy hòa tan (DO) gần như "gắn liền với nhau". Nhiều bạn mắc sai lầm: họ nghĩ rằng sục khí càng lớn, oxy hòa tan (DO) càng cao, và ORP sẽ càng ổn định - trên thực tế, nếu DO quá cao, ORP sẽ tăng vọt quá cao, điều này không chỉ lãng phí điện mà còn có thể ức chế một số vi khuẩn hiếu khí (chẳng hạn như những vi khuẩn phân hủy các chất hữu cơ khó phân hủy); Nếu DO quá thấp, ORP sẽ giảm xuống trở lại, vi khuẩn hiếu khí không thể thở, COD không thể giảm, và amoni nitơ không thể bị nitrat hóa. Chúng ta nên điều chỉnh nó như thế nào?
Đầu tiên, chúng ta cần theo dõi chặt chẽ mối quan hệ giữa DO và ORP. Tình hình của mỗi hệ thống là khác nhau. Ví dụ, trong một số bể hiếu khí, khi DO nằm trong khoảng 2-3mg/L, ORP chỉ ổn định ở mức +250~+300mV. Vì vậy, chúng ta hãy kiểm soát DO trong phạm vi này, và ORP sẽ tự nhiên ổn định. Làm thế nào để kiểm soát DO? Cách trực tiếp nhất là điều chỉnh việc mở van sục khí hoặc tần số của quạt sục khí - hiện nay nhiều nhà máy nước sử dụng "điều khiển liên kết DO-ORP", ví dụ, đặt mục tiêu ORP là +300mV. Khi ORP dưới 280mV, hệ thống tự động bật sục khí; Nếu nó cao hơn 320mV, giảm sục khí, không cần người theo dõi và điều chỉnh, nó tiện lợi và chính xác.
Ngoài ra, tỷ lệ carbon nitơ trong hệ thống hiếu khí cũng có thể ảnh hưởng đến ORP. Ví dụ, nếu COD của nước đầu vào đột ngột tăng và vi sinh vật "ăn nhiều hơn", lượng tiêu thụ oxy sẽ tăng lên. Lúc này, ngay cả khi không kích hoạt sục khí, DO vẫn sẽ giảm và ORP cũng sẽ giảm. Trong tình huống này, chỉ dựa vào việc điều chỉnh sục khí là không đủ, mà còn phải xem xét tải trọng đầu vào. Nếu COD tiếp tục cao, có thể cần phải điều chỉnh dòng vào (chẳng hạn như pha loãng một phần nước đã xử lý bằng dòng chảy ngược), hoặc bổ sung một số chất dinh dưỡng (chẳng hạn như thêm urê hoặc kali dihydrogen phosphate nếu nitơ và phốt pho không đủ), để vi sinh vật có thể "ăn đều" và tiêu thụ oxy ổn định, và ORP sẽ không dao động.
Nói về hệ thống kỵ khí, chẳng hạn như lò phản ứng UASB và IC, mục tiêu là ổn định ORP ở mức -200~-400mV (giai đoạn sản xuất metan). Chìa khóa ở đây là "ngăn chặn oxy" và "kiểm soát nguồn carbon", vì hệ thống kỵ khí đều "nhạy cảm với oxy". Một chút oxy đi vào, và ORP sẽ tăng vọt, trực tiếp "làm nhiễm độc" vi sinh vật.
Đầu tiên, cần phải làm tốt công việc "niêm phong", đây là nền tảng của nền tảng. Nhiều bể kỵ khí của bạn bè có ORP không ổn định, và sau khi kiểm tra, người ta thấy rằng có rò rỉ không khí trong đường ống đầu vào hoặc tấm che trên cùng của lò phản ứng không được đóng chặt, khiến không khí thấm vào bể. Do đó, sau mỗi lần bảo trì, cần phải kiểm tra tình trạng niêm phong, và tốt nhất là thêm một "phớt nước" vào đường ống đầu vào để ngăn không khí lọt vào cùng với nước thải. Ngoài ra, nếu các thiết bị như bơm dòng chảy ngược và máy khuấy trong hệ thống kỵ khí yêu cầu làm mát bằng không khí, điều quan trọng là phải cẩn thận để không cho không khí rò rỉ vào nước, nếu không nó sẽ thực sự giống như một 'đê vạn dặm bị phá hủy bởi tổ kiến'.
Sau đó là việc kiểm soát nguồn carbon và pH. Khi vi sinh vật kỵ khí phân hủy chất hữu cơ, chúng tạo ra metan và carbon dioxide, là các chất khử có thể duy trì một môi trường khử. Nếu COD của nước đầu vào quá thấp, vi sinh vật sẽ không thể ăn nó, và chất khử sẽ không đủ, khiến ORP trôi nổi lên trên; Nếu COD quá cao, vi sinh vật sẽ "ăn hết" và tạo ra quá nhiều axit béo dễ bay hơi (VFA), dẫn đến giảm pH. Khi pH dưới 6,5, vi khuẩn sinh metan sẽ ngừng hoạt động và ORP cũng sẽ trở nên hỗn loạn. Vì vậy, cần phải đo thường xuyên COD của nước đầu vào và VFA và pH trong bể. Nếu COD không đủ, hãy thêm một số nguồn carbon (chẳng hạn như glucose, methanol hoặc nước thải hữu cơ nồng độ cao). Nếu VFA quá cao, hãy thêm kiềm (chẳng hạn như natri hydroxit, natri cacbonat) để điều chỉnh pH. Nói chung, pH được kiểm soát ở mức 7,0-7,5, và ORP ít có khả năng gặp vấn đề.
Có một chi tiết nhỏ khác: khi hệ thống kỵ khí được khởi động, ORP đặc biệt khó kiểm soát vì quần thể vi sinh vật nhỏ lúc ban đầu và môi trường khử chưa được thiết lập. Đừng lo lắng, từ từ thêm nước thải nồng độ thấp để cho phép vi sinh vật nhân lên từng chút một. Đồng thời, bạn cũng có thể thêm một số "bùn cấy" (chẳng hạn như bùn từ các bể kỵ khí khác) để tăng tốc việc thiết lập môi trường khử. Khi ORP ổn định dưới -200mV, từ từ tăng tải lượng đầu vào, nếu không rất dễ bị "khởi động thất bại".
Cuối cùng, chúng ta hãy nói về hệ thống kỵ khí, chẳng hạn như bể khử nitrat, nơi ORP mục tiêu thường nằm trong khoảng -50~+50mV. Cốt lõi ở đây là "kiểm soát nguồn carbon và ngăn chặn oxy", vì vi khuẩn khử nitrat cần nguồn carbon làm "thức ăn" và không được có sự can thiệp của oxy (nếu không chúng sẽ ưu tiên oxy hơn nitrat nitơ).
Nhiều bạn không thể hạ thấp ORP của bể khử nitrat của họ, vì vậy điều đầu tiên cần kiểm tra là liệu có rò rỉ oxy hay không - ví dụ, nếu bể hiếu khí phía trước bể khử nitrat có quá nhiều sục khí, DO mang nước thải đến bể khử nitrat, hoặc nếu máy khuấy trong bể khử nitrat là "khuấy sục khí" (đây là điều khó khăn nhất và trực tiếp oxy hóa bể), ngay cả khi thêm nguồn carbon, ORP không thể giảm xuống. Vì vậy, việc khuấy của bể khử nitrat phải sử dụng "khuấy cơ học" (chẳng hạn như khuấy cánh), và không thể sử dụng khuấy sục khí; Nếu DO của nước thải từ bể hiếu khí quá cao, nên thêm một "bể khử khí" phía trước bể khử nitrat để loại bỏ một phần oxy trong nước.
Sau đó là 'lượng nguồn carbon phải đủ'. Khi vi khuẩn khử nitrat phân hủy nitrat nitơ, chúng cần một nguồn carbon (chẳng hạn như COD) làm chất cho electron. Nếu nguồn carbon không đủ, ngay cả khi không có oxy, chúng sẽ không có sức để làm việc và ORP sẽ không ổn định. Làm thế nào để xác định xem nguồn carbon có đủ hay không? Tỷ lệ carbon trên nitơ (C/N) có thể được tính toán. Nói chung, quá trình khử nitrat yêu cầu tỷ lệ C/N là 5~8:1. Ví dụ, nếu nitrat nitơ trong nước đầu vào là 50mg/L, COD phải ít nhất là 250~400mg/L. Nếu không đủ, phải bổ sung các nguồn carbon như methanol, natri axetat hoặc COD từ nước thải sinh hoạt. Khi bổ sung, không được thêm quá nhiều cùng một lúc, nếu không COD sẽ còn lại trong hệ thống sau này. Tốt nhất là "thêm một lượng nhỏ nhiều lần" và theo dõi sự thay đổi của ORP và nitrat nitơ. Nếu ORP vẫn ổn định ở khoảng 0mV và nitrat nitơ tiếp tục giảm, điều đó cho thấy nguồn carbon đã được thêm vào một cách chính xác.
Ngoài các hoạt động cụ thể này, còn có một số "mẹo chung" có thể được sử dụng trong hệ thống hiếu khí, kỵ khí hoặc kỵ khí, có thể giúp bạn tránh được nhiều đường vòng.
Mẹo đầu tiên là 'Đừng chỉ tập trung vào ORP như một chỉ số', nó nên được liên kết với các chỉ số khác. Ví dụ, nếu ORP của bể hiếu khí giảm, bạn cần kiểm tra xem DO có giảm, COD có tăng và amoni nitơ không giảm hay không; Khi ORP của bể kỵ khí tăng, cần phải kiểm tra xem pH có thấp, VFA có cao và có rò rỉ oxy hay không - ORP là một "người lính tín hiệu", không phải là một "nguyên nhân", chỉ nhìn vào ORP không thể tìm thấy vấn đề, và nó cần được phân tích cùng với các chỉ số như DO, pH, COD, amoni nitơ và VFA để tìm chính xác "nơi cần điều chỉnh".
Mẹo thứ hai là "đặt một phạm vi dao động hợp lý" và không theo đuổi "sự ổn định tuyệt đối". Bản thân hệ thống hóa sinh có những dao động (chẳng hạn như sự thay đổi về chất lượng nước đầu vào và nhiệt độ), và việc ORP dao động nhẹ là điều bình thường. Ví dụ, ORP của bể hiếu khí được đặt ở mức +300mV, cho phép nó dao động trong khoảng 280-320mV. Miễn là nó không vượt quá phạm vi này, vi sinh vật có thể thích nghi và không cần phải điều chỉnh quá nhiều bất cứ khi nào có sự dao động, nếu không nó sẽ làm cho hệ thống không ổn định hơn. Ví dụ, khi van sục khí mở và đóng không liên tục, oxy hòa tan (DO) dao động giữa cao và thấp, khiến vi sinh vật bối rối.
Mẹo thứ ba là "hiệu chuẩn thường xuyên thiết bị", đừng để điện cực ORP "lừa dối bạn". Điện cực ORP có thể bị lão hóa hoặc bị bao phủ bởi các chất gây ô nhiễm trong nước (chẳng hạn như vết dầu và màng sinh học) theo thời gian, và các giá trị đo được có thể không chính xác - ví dụ, nếu ORP thực tế là +200mV và điện cực hiển thị +100mV, bạn có thể nghĩ rằng việc sục khí không đủ và tăng sục khí, nhưng ORP thực sự tăng vọt lên +300mV, điều này thực sự có thể gây ra vấn đề. Vì vậy, nói chung, nên hiệu chuẩn điện cực ORP mỗi tuần một lần, sử dụng dung dịch đệm tiêu chuẩn (chẳng hạn như dung dịch đệm pH 7.0, với ORP khoảng +200mV, tùy thuộc vào hướng dẫn sử dụng dung dịch đệm), lau sạch mọi bụi bẩn trên điện cực để đảm bảo rằng các giá trị đo được chính xác, để việc kiểm soát có ý nghĩa.
Cuối cùng, để tóm tắt: kiểm soát ORP không phải là một "công nghệ có độ chính xác cao", cốt lõi là "trước tiên làm rõ phạm vi mục tiêu, sau đó xác định các yếu tố ảnh hưởng và cuối cùng điều chỉnh khi cần thiết". Hệ thống hiếu khí tập trung vào DO và tỷ lệ carbon nitơ, hệ thống kỵ khí tập trung vào niêm phong và pH, VFA, và hệ thống kỵ khí tập trung vào nguồn carbon và ngăn chặn rò rỉ oxy. Kết hợp với các chỉ số khác, hiệu chuẩn thường xuyên các thiết bị về cơ bản có thể ổn định ORP. Đối phó với các hệ thống hóa sinh thực chất là kết bạn với vi sinh vật. Bạn có thể hiểu tính khí của chúng (môi trường ORP nào chúng thích), tạo ra các điều kiện thoải mái cho chúng, và chúng sẽ tự nhiên hoạt động tốt. Khi hệ thống ổn định, chúng ta cũng có thể yên tâm.
