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高源
【中國環保在線 技術前沿】對于生物脫氮，我們經常使用化學方程式來描述生物脫氮的整個過程，同時也在檢測生化池內各個階段的氨氮，總氮，硝酸鹽氮等來衡量硝化和反硝化的反應進行程度。但是大家知道總氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮的化驗難度較大，花費時間較長，一般不能及時反應出生物池各個階段的硝化和反硝化的情況，而溶解氧的檢測在厭氧和缺氧環境基本都在溶氧儀的檢測下限，很難據此判定反應的進行情況。為了更好的檢測生物脫氮的效果，很多污水廠都安裝了在線的ORP儀表，那么ORP在生物脫氮反應中，究竟能起到怎樣的監控作用呢？
ORP作為氧化還原電位的檢測儀表，在污水廠中用來測量生物處理系統中釋放或接受化學反應電子的能力。在微觀上，每一種不同的物質都有一定的氧化-還原能力，這些氧化還原性不同的物質能夠相互影響，終構成了一定的宏觀氧化還原性。也就是說當污水廠安裝的ORP檢測到電位為正時，表明生物處理系統傾向于接受電子，因為電子帶負電荷，系統需要負電荷來使系統趨于中性，生物池內的混合液顯示出一定的氧化性，也就是混合液是一種氧化系統。當ORP檢測值電位值為負時，混合液內的生物體傾向于釋放電子時，則顯示的電位為負，這個階段的混合液就是一個還原系統。氧化還原電位越高，氧化性越強，電位越低，氧化性越弱，為負則說明溶液顯示出還原性。
在污水廠中，各種生化反應所需的系統都不一樣，相關的文獻中對生化系統的各類反應所需的ORP進行了統計，如下表所示：
結合生物脫氮的過程，生物脫氮是由兩部分組成的，一部分是硝化反應，氨氮轉化為硝酸鹽和亞硝酸鹽，這部分的反應是由NH4+獲得氧原子O2-上的負電荷來完成的，因此這部分反應我們可以認為是氧化反應，是要在一個氧化系統里完成的反應。而第二步的NO3-轉化成氮氣，是要把硝酸鹽中的氧原子O2-再釋放到系統中，因此這個反應是一個還原反應，需要在還原系統下進行。通過ORP在系統中的檢測作用，能夠確定出污水廠生物池各個階段處于哪一種環境，這種環境是否符合生物脫氮的兩部反應。
污水廠的硝化作用是通過硝化細菌進行的，由于是氧化反應，一般檢測發生硝化反應的生物池內的ORP為+100至+350 mV。反硝化進通過反硝化細菌進行，是一個還原反應，檢測反硝化的反應的ORP為+50至-50 mV。
我們了解了生物脫氮與ORP檢測之間的關系以后，就來看看在污水廠中，怎樣檢測各個環節的ORP。在污水廠中，通常的作法是將ORP傳感器大約安裝在水池中間1/ 4的池體深度(即：4米深的生物池，淹沒傳感器約1米深)的位置，這樣可以避免水流，空氣溶氧等干擾。
以A2O工藝來說，ORP測量的個也是重要的位置是在脫氮作用的缺氧池內。在缺氧池內影響ORP的因素主要有：好氧混合液的內回流量，內回流污泥中的硝酸鹽含量，進入到缺氧區的廢水含量，污泥濃度及微生物的狀態等。在這個區域的ORP應介于-100和100 mV之間。
厭氧區是ORP測量的第二個位置。在這個區域，除磷的生物系統正在分解多磷酸鹽并且釋放正磷酸鹽，這個時期的聚磷菌需要一個還原性的的環境。一般的厭氧區的ORP為-150 mV左右。
雖然可以在好氧區安裝ORP傳感器，但是在實際應用中在A20的好氧過程沒有必要的。因為溶解氧DO的檢測是好氧池內更好，更有效的控制手段。 如果一定要用ORP檢測，可以驗證一下在好氧池中DO低于2.0mg/L時是否處于缺氧的還原狀態，可以通過ORP顯示的正負值來進行判斷。正值的ORP顯示表明雖然好氧池內的溶解氧低于我們日常所說的2mg/L的程度，但仍然是一個好氧的氧化狀態。
要注意在一些改良的A2O工藝中，增加的前置缺氧區，在前置缺氧區中安裝的ORP傳感器可以大致判斷反硝化的內回流污泥量是否充足。在前置的反硝化缺氧區域，ORP值應介于-100和100 mV之間，而經常的情況會介于-100和0 mV之間。
科學家通過對Oobactrum anthropi SY509細菌的研究表明在還原性越強的系統內，反硝化反應進行的效果越好，下表表明細菌在不同的ORP環境下，對硝酸鹽還原的效果：
ORP水平對反硝化作用的影響污水廠的管理人員需要知道，氧化還原電位ORP對污水生物系統對營養元素(氮、磷)去除過程系統的運作的重要性。但是氧化還原電位與任何控制參數一樣，一定要確保我們分析的樣本數據有足夠大，這樣才能更的反應系統的實際情況。工藝管理人員同時也要結合生物池內其他的參數檢測，比如污泥濃度，溶解氧，微生物鏡檢，硝酸鹽等，這些參數共同來確認污水廠生物脫氮的具體運行情況。在線ORP的數據可以對生物脫氮的過程變化進行實時觀測，以使工藝控制的解決方案不斷得到優化。
大家要特別注意，這些ORP都是普遍的經驗數值，不能代表個性污水廠內的標準數值，在實際運行中，一定要結合本廠內的實際情況來進行判斷。了解ORP正負數值代表的含義，確定生物池系統內處于一個什么樣的氧化還原系統，是每個工藝管理人員在進行生物脫氮工藝控制中所需要了解的重要內容。
