تعریف، عوامل موثر و کاربرد ORP در تصفیه فاضلاب

چرا رابطه بین ORP و عوامل مختلف، مانند ORP و pH، ORP و DO، باعث تغییر در مقادیر ORP می شود؟درک رابطه بین تغییرات در مقادیر ORP و عوامل مختلف، ما باید با تعریف ORP شروع کنیم!

1、 تعریف ORP نام کامل انگلیسی برای ORP است که به معنای پتانسیل اکسیداسیون-کاهش است.این تفاوت بین پتانسیل اکسید-کاهش الکترود شاخص و الکترود مقایسه در مایع است، که می تواند یک شاخص جامع از حالت اکسیداسیون-کاهش کل سیستم را فراهم کند.نشان می دهد که محتوای مواد کاهش دهنده یا آلاینده های آلی در سیستم تصفیه فاضلاب بالا است.، غلظت اکسیژن محلول پایین است و محیط کاهش دهنده غالب است. اگر مقدار ORP بالا باشد، نشان می دهد که غلظت آلاینده های آلی در فاضلاب کم است،غلظت اکسیژن محلول یا مواد اکسید کننده بالا است، و محیط اکسید کننده غالب است. تکنولوژی سنتی تصفیه آب با کاهش اکسیداسیون دارای نقص هایی مانند شرایط کنترل نادرست، اتلاف مواد شیمیایی،و دوستانه به محیط زیست نیستبا این حال، با کمک ابزار اندازه گیری ORP و استفاده از سیگنال های الکتریکی ORP به عنوان ابزار تشخیص و کنترل،سطح کنترل دقیق فناوری تصفیه آب با کاهش اکسیداسیون می تواند به طور قابل توجهی بهبود یابداصول تشخیص آن شبیه pH است و بسیاری از ابزارهای تشخیص آنلاین pH دارای یک روش تشخیص دو کانال، از جمله کانال تشخیص ORP هستند.خلاصه، ORP جهت مهمی برای توسعه تکنولوژی کنترل خودکار و کنترل دقیق بی هوا در کارخانه های تصفیه فاضلاب است که برای صرفه جویی در انرژی اهمیت زیادی دارد.کنترل مسیرهای متابولیک میکروارگانیسم های بی هوا، و بهبود کارایی درمان.

2به دلیل واکنش های متعدد اکسیداسیون-کاهش که در تصفیه فاضلاب رخ می دهد و عوامل مختلف که بر ORP در هر راکتور تأثیر می گذارند،دشوار است که مشخص شود کدام عامل علت اصلی تغییرات ORP است.به عنوان مثال مواد آلی زیادی در سیستم تصفیه لجن فعال وجود دارد و تغییرات بزرگ در غلظت ماده آلی باعث تغییرات کوچک در ORP می شود.اما دشوار است که مشخص شود که کدام ماده ی ارگانیک علت اصلی تغییرات ORP است.بنابراین، قبل از مطالعه تاثیر شاخص تغییرات ORP بر تصفیه فاضلاب، ابتدا لازم است عوامل تأثیرگذار بر تغییرات آن را درک کنیم.

1همانطور که به خوبی شناخته شده است، اکسیژن محلول (DO) به مقدار اکسیژن محلول در آب اشاره دارد. در یک مخزن هوازی، DO در خروجی باید در 2mg / l کنترل شود و برای تهویه اکسیژن خالص،باید در 4mg/l کنترل شود.DO از مخزن دی نیتریفیکیشن آنوکسی باید 0.5mg/l باشد. در مخازن بی هوا، اکسیژن مولکولی اساساً وجود ندارد و نیترات نیتروژن ترجیحا کمتر از 0.2mg/l است.به عنوان اکسیدان در تصفیه فاضلابدر آب خالص، رابطه ای خطی بین ORP و لوگاریتم DO وجود دارد و ORP با افزایش DO افزایش می یابد.در تصفیه فاضلاب pH، ارزش pH یک عامل مهم کنترل است. pH مطلوب برای رشد میکروارگانیسم های هوازی و باکتری های تولید کننده اسید تخمیر 6.5 تا 8 است.5، در حالی که pH مطلوب برای باکتری های تولید کننده متان بی هوا 6.8-7 است

2برای کنترل مقدار مناسب pH، معمولاً با تنظیم قلیایی به دست می آید. فعالیت متابولیک آلاینده های میکروبی بر مقدار pH تأثیر قابل توجهی دارد.در مرحله تولید اسیدبا این حال، باکتری های تولید کننده اسید مولکول های بزرگ آلی را تجزیه می کنند تا اسیدهای چرب و دی اکسید کربن تولید کنند که اثر کاهش pH دارند.تولید آمونیاک در طول تجزیه پروتئین تأثیر افزایش pH را دارددر طول مرحله تولید متان، باکتری های تولید کننده متان می توانند از اسید استیک برای تولید متان استفاده کنند که می تواند مقدار pH سیستم را افزایش دهد.ارزش pH یک عامل مهم در افزایش و کاهش ORP است، و هرچه مقدار pH بالاتر باشد، ORP پایین تر است. هرچه مقدار pH پایین تر باشد، ORP بالاتر است.ارتباط بین pH و ORP به دلیل تأثیر فعالیت میکروبی به اندازه آب خالص قوی نیست، اکسیژن محلول شده و عوامل دیگر در ORP.

3دمای هوا
درجه حرارت یک شاخص بسیار مهم در فرآیند تصفیه فاضلاب است. میکروارگانیسم های هوازی در 15 تا 30 درجه سانتیگراد فعال هستند.در حالی که میکروارگانیسم های بی هوا، دمای مطلوب خود را در حدود 35 درجه سانتیگراد و 55 درجه سانتیگراد دارند..
در فرآیند تصفیه فاضلاب بی هوا، تغییرات دمایی تأثیر قابل توجهی بر ترکیب و تکثیر میکروارگانیسم ها، میزان تولید متان،و عملکرد رسوب لجنبنابراین برای اطمینان از ثبات کار تانک بی هوا،دمای آب فاضلاب معمولاً قبل از ورود به مخزن بی هوا، از طریق برج های خنک کننده و گرمایش بخار به 35 °C یا 55 °C تنظیم می شود..
تمرین تحقیقات نشان داده است که هرچه دمای محلول بالاتر باشد، ORP محلول پایین تر است. تاثیر دمای آب نیز در فرآیند تصفیه فاضلاب یکسان است.,هرچه دمای فرآیند تصفیه آب بالاتر باشد، ORP پایین تر می شود، که همچنین به کاهش خوشه های مولکول آب ناشی از افزایش دمای مربوط می شود.
علاوه بر این، تغییرات در دمای آب همچنین می تواند منجر به تغییرات در اسیدیت، محلولیت گاز، فعالیت بیولوژیکی و تعادل بین آلاینده های آب شود و در نتیجه بر ORP تأثیر بگذارد.
4ترکیب میکروارگانیسم ها
در سیستم های تصفیه بیولوژیکی فاضلاب، یک اکوسیستم منحصر به فرد وجود دارد.
در یک بیوراکتور دو فاز بیوآروبی، جدایی موثر باکتری های تولید کننده اسید و باکتری های تولید کننده متان به دست آمده است که کنترل و مدیریت سیستم را تسهیل می کند.در UASB تحت سلطه لجن فلکول است، باکتری های تولید کننده اسید و باکتری های تولید کننده متان به صورت متوالی در امتداد جهت جریان آب غربالگری شدند.گونه های باکتریایی غالب از باکتری های تولید کننده اسید به باکتری های تولید کننده متان از خارج به داخل تغییر می کنند..
در سیستم های واکنش بی هوا، لازم است غلظت DO و ORP بسیار پایین باشد، به ویژه در مرحله تولید متان،که پتانسیل اکسید-کاهش آن نمی تواند از -330mV بیشتر باشد.

حضور اکسیژن محلول در جریان اجتناب ناپذیر است، اما در زیر اکوسیستم منحصر به فرد،ORP سیستم به سرعت به محدوده مناسب برای رشد باکتری های متان از طریق اثرات همبستگی و همزیستی بین میکروارگانیسم های هوازی کاهش می یابد.این پدیده پتانسیل ردوکس پایین نه تنها در راکتورهای ردوکس، بلکه در لجن های فلکولنت در مخازن تهویه نیز وجود دارد.فعالیت میکروارگانیسم ها در لجن فعال بی هوا می تواند توسط حداکثر میزان تولید متان خاص و حداکثر میزان حذف COD خاص نشان داده شود.فعالیت لجن فعال هوازی نیز می تواند با حداکثر میزان خاص حذف COD بیان شود. هرچه فعالیت میکروارگانیسم ها بالاتر باشد،هرچه سرعت مصرف اکسیژن و تولید مواد کاهش دهنده سریعتر باشدORP، به عنوان یک شاخص جامع منعکس کننده خواص ردوکس میکروسکوپی بدن آب، دارای عوامل مختلف تأثیرگذار است.علاوه بر عوامل اصلی تاثیرگذار ذکر شده در بالا، عوامل مانند فشار، ماده آلی، ماده جامد و گونه های میکروبی نیز وجود دارد. این عوامل جدا نیستند، آنها بر یکدیگر تأثیر می گذارند و یکدیگر را محدود می کنند. بنابراین،خواص ردوکس بدن های آبی نیز نتیجه ترکیبی از عوامل متعدد است..

3、 کاربرد ORP در تصفیه فاضلاب در روزهای اولیه، پتانسیل ردوکس عمدتا در تصفیه فاضلاب صنعتی استفاده می شد،به خصوص در تصفیه فاضلاب تولید شده از فرآوری دقیق فلزسپس به تدریج به طور گسترده ای در کارخانه های تصفیه فاضلاب شهری استفاده شد. یون های مختلف و اکسیژن محلول در سیستم فاضلاب وجود دارد ، یعنی چندین جفت ردوکس.از طریق ابزارهای نظارت آنلاین ORP، پتانسیل کاهش اکسیداسیون در فاضلاب را می توان در مدت زمان بسیار کوتاه بدون نیاز به نمونه گیری و اندازه گیری در آزمایشگاه تشخیص داد.این می تواند روند آزمایش را بسیار کوتاه کند و کارایی کار را بهبود بخشدواکنش های ردوکس مهم در سیستم های تصفیه فاضلاب شامل تجزیه زیستی آلاینده های آلی مانند کربن، نیتروژن و فسفر، هیدرولیز و اسید شدن ماده آلی،واکنش های نیتریفیکیشن و دی نیتریفیکیشن، آزاد شدن فسفر بی هوا توسط ارگانیسم ها، جذب فسفر بی هوا و غیره
1پتانسیل اکسیداسیون-کاهش مورد نیاز میکروارگانیسم ها در مراحل مختلف تصفیه فاضلاب متفاوت است. به طور کلی میکروارگانیسم های هوازی می توانند بیش از 100mV رشد کنند.با محدوده مطلوب +300 تا +400mV· میکروارگانیسم های آناروبیک اختیاری در تنفس هوازی بالاتر از +100mV و تنفس هوازی کمتر از +100mV شرکت می کنند. نیاز به باکتری های آناروبیک اجباری -200 تا -250 mV است.با متانوجن های آناروبی واجد شرایط که نیاز به -300 تا -400 mV دارند، و محدوده مطلوب -330 mV است. محیط ردوکس عادی در سیستم فرآیند لجن فعال هوازی بین +200 و +600 mV است.محدوده مقادیر مناسب ORP برای فرآیندهای واکنش رایج در تصفیه بیوشیمی فاضلاب در جدول زیر نشان داده شده است.:
2به عنوان یک استراتژی کنترل در درمان بیولوژیکی هوازی، درمان بیولوژیکی آنوکسیک و درمان بیولوژیکی بی هوازی، با نظارت و مدیریت ORP آب فاضلاب،پرسنل مدیریت می توانند به طور مصنوعی رخ دادن واکنش های بیولوژیکی را کنترل کنند.با تغییر شرایط محیطی عملیات فرآیند، مانند افزایش سرعت هوا، افزایش غلظت اکسیژن محلول و اضافه کردن مواد اکسید کننده،اقدامات لازم برای افزایش پتانسیل کاهش اکسیداسیون صورت می گیرد.، سرعت تهویه را کاهش دهید، غلظت اکسیژن محلول را کاهش دهید و منابع کربن و مواد کاهش دهنده را برای کاهش پتانسیل کاهش اکسیداسیون اضافه کنید.در نتیجه پیشرفت واکنش را ترویج یا مهار می کند.بنابراین، مدیران می توانند از ORP به عنوان پارامتر کنترل در درمان بیولوژیکی هوازی، درمان بیولوژیکی آنیروب و درمان بیولوژیکی آنیروب برای دستیابی به نتایج بهتر درمان استفاده کنند.

درمان بیولوژیکی هوازی:
ORP ارتباط خوبی با حذف COD و نیتریفیکیشن دارد. با کنترل سرعت تهویه هوا از طریق ORP، زمان تهویه ناکافی یا بیش از حد می تواند اجتناب شود.تضمین کیفیت آب فاضلاب تصفیه شده- درمان بیولوژیکی بی هوا: ارتباط خاصی بین ORP و غلظت نیتروژن در حالت دی نیتریفیکیشن در طول درمان بی هوا وجود دارد.که می تواند به عنوان یک معیار برای تعیین اینکه آیا فرآیند دنیترفیکیشن به پایان رسیده است، استفاده شود.تمرینات مربوطه نشان داده است که در فرآیند دنیترفیکیشن، زمانی که مشتق ORP نسبت به زمان کمتر از -5 است، واکنش دقیق تر است.فاضلاب حاوی نیترات نیتروژن است.درمان بیولوژیکی بی هوا: در طول فرآیند واکنش بی هوا،زمانی که مواد کاهش دهنده تولید می شوند، مقدار ORP کاهش می یابد؛ برعکس، با کاهش مواد کاهش دهنده، مقدار ORP افزایش می یابد و تمایل به ثبات در طول یک دوره زمانی خاص دارد.ارتباط خوبی بین ORP و تجزیه زیستی COD و BOD وجود دارد، و همچنین واکنش های ORP و nitrification، برای درمان بیولوژیکی هوازی در کارخانه های تصفیه فاضلاب.ارتباط خاصی بین ORP و غلظت نیترات نیتروژن در حالت دی نایتریفیکیشن در طول فرآیند درمان بیولوژیکی بی هوا وجود دارد.، که می تواند به عنوان یک معیار برای تعیین اینکه آیا فرآیند دنیترفیکیشن به پایان رسیده است، مورد استفاده قرار گیرد.کنترل کارایی درمان فرآیند حذف فسفر و بهبود کارایی حذف فسفر برای حذف فسفر بیولوژیکی شامل دو مرحله استدر درجه اول، در محیط بی هوا، مرحله آزادسازی فسفر انجام می شود. باکتری های تخمیر در شرایط ORP از -100 تا -225 mV اسیدهای چرب تولید می کنند.که توسط باکتری های جمع آوری کننده پلی فسفات جذب و به آب آزاد می شونددوم، در مخزن هوازی، باکتری های جمع آوری فوسفور شروع به تجزیه اسیدهای چرب جذب شده در مرحله بالا می کنند و آنها را از ATP به ADP برای بدست آوردن انرژی تبدیل می کنند.ذخیره سازی این انرژی نیاز به جذب فوسفور اضافی از آب دارد، و واکنش جذب فسفر نیاز به ORP از +25 تا +250mV در مخزن هوازی برای ذخیره سازی حذف فسفر بیولوژیکی دارد.کارکنان می توانند کارایی فرآیند تصفیه بخش حذف فسفر را کنترل کنند و اثر حذف فسفر را از طریق ORP بهبود بخشند.هنگامی که کارکنان نمی خواهند در طول فرآیند نیتریفیکیشن از نیتریت خارج شوند یا از نیتریت جمع شوند، باید مقدار ORP بیش از 50mV حفظ شود.کارکنان مدیریت باید مقدار ORP را بیش از -50mV در سیستم فاضلاب حفظ کنند تا از تشکیل و واکنش سولفید جلوگیری شود.، به منظور جلوگیری از تولید بوی (H2S) در سیستم فاضلاب.
4علاوه بر تنظیم زمان هوا و شدت فرآیند برای صرفه جویی در انرژی و کاهش مصرف،کارگران همچنین می توانند از ارتباط قابل توجهی بین ORP و اکسیژن محلول شده در آب برای تنظیم زمان و شدت هوا در فرآیند از طریق ORP استفاده کنند.به طور خلاصه، ORP دارای روش های تشخیص ساده، قیمت کم تجهیزات،دقت اندازه گیری بالا، و نمایش داده های تشخیص در زمان واقعی از طریق تشخیص آنلاین ORPکارکنان می توانند به سرعت فرآیند واکنش تصفیه فاضلاب و اطلاعات وضعیت آلودگی آب را بر اساس بازخورد در زمان واقعی درک کنند، در نتیجه مدیریت دقیق فرآیند تصفیه فاضلاب و مدیریت کارآمد کیفیت محیط آب.واکنش های ردوکس زیادی در تصفیه فاضلاب رخ می دهد.در هر رآکتور، عوامل تاثیرگذار بر ORP نیز متفاوت هستند. بنابراین، در تصفیه فاضلاب، کارکنان باید رابطه بین اکسیژن محلول، pH، دمای،نمک و ORP در آب بر اساس وضعیت واقعی کارخانه فاضلاب، و پارامترهای کنترل ORP مناسب برای بدن های مختلف آب را تعیین کنید.