ORP对氧化沟脱氮的指示作用与应用实例

ORP对氧化沟脱氮的指示作用与应用实例

谢永乐

中山市污水处理有限公司广东中山528400

摘要：本文阐述了利用ORP指导同步硝化反硝化等脱氮过程的进行，能实现氮更高效的去除，同时介绍了氧化沟ORP的调控方式。最后列举了污水厂实际运行中，通过对氧化沟ORP的监测与生产工艺的调控，有效降低缺氧区硝酸盐氮的实例。

关键词：ORP脱氮调控SND

1引言

氧化还原电位(redoxpotentialoxidation-reductionpotential，ORP)反映的是物质间因电子交换而改变性质的有效性，是被检测环境所有物质的氧化-还原性质的宏观综合反映。氧化还原电位越高，氧化性越强；电位越低，氧化性越弱。电位为正，表示反应环境表现出一定的氧化性，为负则说明反应环境表现出还原性。在污水的生化处理系统中，往往同时进行着数量繁多的生化反应，是一个极为复杂的体系，所以该系统的ORP是多种氧化性物质与还原性物质进行氧化-还原反应的综合结果。污水中的和由细菌代谢产生的氧化还原物质也会对ORP产生较大影响。

ORP与DO同为污水处理过程中、除了进出水指标外的重要控制指标。由于DO指标在污水处理工艺中的厌氧和缺氧区无法运作，因此近年来国内外一些污水处理厂采用ORP作为主要的工艺控制参数，已取得了良好效果。通过调整DO、回流比、泥龄(SRT)等，将ORP值控制在设定区间内，以此策略获得较好的出水水质。下文将阐述ORP在指示脱氮生产运行工况中的应用。

2ORP在脱氮中的作用及其调控

2.1ORP对脱氮的指示作用

ORP能揭示各污染物的降解过程，特别是氮的去除。在污水处理构筑物的缺氧、好氧等不同区域设置不同的ORP控制范围，能指导硝化与反硝化反应的进行，尤其是协助实现同步硝化反硝化(simultaneousnitrificationanddenitrification,简称SND)。在SND进行的环境中，ORP相对稳定，其与污水中的DO、NH3—N和NO3--N浓度有较好的相关性。相关实验表明，混合液中ORP与NO3--N浓度成正比或成指数关系。

王涛[1]等以ORP与DO为过程控制参数，通过对重庆长寿污水处理厂改良型Carrousel氧化沟的长期的现场监测与调控，研究脱氮的最佳控制。其结果表明，维持曝气后，ORP在40～50mV区间，整个处理周期内氧化沟ORP在－30～50mV范围内变化时，系统SND效能达到最强，能实现最优的脱氮效率。侯红勋[2]等研究采用ORP作为氧化沟SND的控制参数，以缺氧-厌氧-氧化沟模型进行了脱氮研究。当ORP为-30～30mV，NH4+和NO3--N的含量均相对较低，较好的进行SND反应；当ORP在30mV以上，出水的总无机氮(TIN)95%以上为NO3--N，硝化效果良好；ORP在-30mV以下，硝化不够充分，出水TIN中78%以上为NH4+。

而冯云凤[3]使用移动式ORP仪，对大坦沙污水处理厂一期北池、二期南池进行连续检测，发现在TOC浓度适量的情况下，缺氧池的ORP在-150mV左右，就可以取得较好的脱氮效果。赵书华[4]的结果表明缺氧池ORP应维持在-100mV左右。而陈贵生[5]通过对重庆市长寿污水处理厂Carrousel氧化沟研究后指出，缺氧段ORP脱氮最优控制区间为0~50mV。

2.2污水处理中ORP的调控

ORP的主要控制参数为DO、回流比，通过调整DO、回流比控制ORP在最适区间。好氧段ORP主要通过调控DO来控制其数值范围。缺氧段ORP可作为水质控制指示点，NO3--N浓度越高，则ORP值越高。可通过ORP值动态指示系统内回流量是否充足，从而做出是否增加或降低内回流量的判断。而厌氧区ORP调控主要依托氧化沟的脱氮效率，脱氮效率越高，出水硝酸盐越低，通过回流污泥进入厌氧区的硝酸盐就越少，故厌氧区ORP值更低。此外厌氧区ORP可通过回流比大小来调整，回流比越高，即进入厌氧段氧化性物质比例就越大，其ORP值越高，减小回流可降低ORP值。

而MLSS、SRT可作为辅助控制参数。SRT是控制活性污泥菌胶团中微生物种群结构、数量、代谢模式的重要参数。在回流比与剩余污泥量确定的情况下，MLSS值会比较固定。秋冬季节水温低，微生物活性低，代谢较慢，脱氮能力变弱，可适当增加MLSS的浓度来维持ORP的稳定，春夏季节则相反。MLSS宜控制在2800~3300mg/L区间内，SRT控制在6~8d比较适宜。

3ORP指导脱氮的应用实例

广东省中山市某生活污水处理厂二期工程处理规模为10m3/d，其生化处理单元为Carrousel氧化沟，采用微孔曝气。该厂于2017年四月底在二期氧化沟厌氧池与缺氧池安装了ORP分析仪，每天不同时间点对ORP数值进行记录。在七月份进行监测，探讨缺氧池的ORP值与NO3--N的关系（见图2），并以此调整生产运行参数。

图2ORP与缺氧池NO3--N去除的关系

在7月1日至7月13日，缺氧池ORP值在-35mV以上，甚至有时大于零，而此时NO3--N含量相对较高，皆在0.7mg/L以上，平均达1.27mg/L。而在7月14日至7月28日，缺氧池ORP值有了明显降低，除7月25日出现离群值外，ORP值均在-89～-253mV的区间，相应的NO3--N含量也有了明显减少，且总体呈降低趋势，平均值为0.71mg/L，最低达0.16mg/L。

结合上述监测结果，该厂通过不断调控内回流量、曝气量和污泥回流量等生产工况，控制ORP值在-150mV以下。9月份至10月份期间，ORP基本上被控制在-188mV～-265mV的区间内，而缺氧池NO3--N稳定在0.20mg/L～0.89mg/L的范围内，平均含量为0.51mg/L。

4结论

（1）好氧段ORP控制在30～50mV时，能达到较好的SND效果，氨氮与硝酸盐氮、亚硝酸盐氮含量水平都较低。缺氧池的ORP在-150～-100mV左右，可以取得较好的脱氮效果。

（2）ORP的主要控制参数为DO、回流比。好氧段ORP主要通过DO控制，缺氧段与厌氧段ORP可指导内回流与污泥回流的调控。而MLSS、SRT可作为辅助控制参数。

（3）污水厂氧化沟的实际观察结果与文献中规律比较一致。ORP值在-89～-253mV的区间，相应的NO3--N含量也有了明显减少，平均值为0.71mg/L。故可以通过ORP值来指示污染物处理情况。经调控，ORP在-188mV～-265mV的区间内，而缺氧池NO3--N稳定在0.20mg/L～0.89mg/L的范围内，平均含量为0.51mg/L。

参考文献：

[1]王涛,徐跃飞,陈贵生,等.ORP用于优化改良型Carrousel氧化沟脱氮的研究[J].中国给水排水,2012,28(21):16-19.

[2]侯红勋,陈伦强,王淑莹,等.用ORP作为氧化沟同步硝化反硝化控制参数[J].北京工业大学学报,32,(12):1093-1096.

[3]冯云凤.反应池ORP和DO对A/A/O工艺出水水质影响的探讨[J].净水技术,2013,32(s):7-9.

[4]赵书华,李长坤,李保臣,等.改良型Carrousel2000氧化沟工艺的优化控制[J].江苏环境科技,2004,17(3):15-16,19.

[5]陈贵生.基于ORP的Carrousel氧化沟脱氮除磷联动调控生产性试验研究[D].重庆:重庆大学,2013