生物脱氮的深入探讨（三）

【中国环保在线 技术前沿】对于生物脱氮，我们经常使用化学方程式来描述生物脱氮的整个过程，同时也在检测生化池内各个阶段的氨氮，总氮，硝酸盐氮等来衡量硝化和反硝化的反应进行程度。但是大家知道总氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮的化验难度较大，花费时间较长，一般不能及时反应出生物池各个阶段的硝化和反硝化的情况，而溶解氧的检测在厌氧和缺氧环境基本都在溶氧仪的检测下限，很难据此判定反应的进行情况。为了更好的检测生物脱氮的效果，很多污水厂都安装了在线的ORP仪表，那么ORP在生物脱氮反应中，究竟能起到怎样的监控作用呢？
ORP作为氧化还原电位的检测仪表，在污水厂中用来测量生物处理系统中释放或接受化学反应电子的能力。在微观上，每一种不同的物质都有一定的氧化-还原能力，这些氧化还原性不同的物质能够相互影响，终构成了一定的宏观氧化还原性。也就是说当污水厂安装的ORP检测到电位为正时，表明生物处理系统倾向于接受电子，因为电子带负电荷，系统需要负电荷来使系统趋于中性，生物池内的混合液显示出一定的氧化性，也就是混合液是一种氧化系统。当ORP检测值电位值为负时，混合液内的生物体倾向于释放电子时，则显示的电位为负，这个阶段的混合液就是一个还原系统。氧化还原电位越高，氧化性越强，电位越低，氧化性越弱，为负则说明溶液显示出还原性。

在污水厂中，各种生化反应所需的系统都不一样，相关的文献中对生化系统的各类反应所需的ORP进行了统计，如下表所示：

结合生物脱氮的过程，生物脱氮是由两部分组成的，一部分是硝化反应，氨氮转化为硝酸盐和亚硝酸盐，这部分的反应是由NH4+获得氧原子O2-上的负电荷来完成的，因此这部分反应我们可以认为是氧化反应，是要在一个氧化系统里完成的反应。而第二步的NO3-转化成氮气，是要把硝酸盐中的氧原子O2-再释放到系统中，因此这个反应是一个还原反应，需要在还原系统下进行。通过ORP在系统中的检测作用，能够确定出污水厂生物池各个阶段处于哪一种环境，这种环境是否符合生物脱氮的两部反应。
污水厂的硝化作用是通过硝化细菌进行的，由于是氧化反应，一般检测发生硝化反应的生物池内的ORP为+100至+350 mV。反硝化进通过反硝化细菌进行，是一个还原反应，检测反硝化的反应的ORP为+50至-50 mV。
我们了解了生物脱氮与ORP检测之间的关系以后，就来看看在污水厂中，怎样检测各个环节的ORP。在污水厂中，通常的作法是将ORP传感器大约安装在水池中间1/ 4的池体深度(即：4米深的生物池，淹没传感器约1米深)的位置，这样可以避免水流，空气溶氧等干扰。
以A2O工艺来说，ORP测量的个也是重要的位置是在脱氮作用的缺氧池内。在缺氧池内影响ORP的因素主要有：好氧混合液的内回流量，内回流污泥中的硝酸盐含量，进入到缺氧区的废水含量，污泥浓度及微生物的状态等。在这个区域的ORP应介于-100和100 mV之间。
厌氧区是ORP测量的第二个位置。在这个区域，除磷的生物系统正在分解多磷酸盐并且释放正磷酸盐，这个时期的聚磷菌需要一个还原性的的环境。一般的厌氧区的ORP为-150 mV左右。
虽然可以在好氧区安装ORP传感器，但是在实际应用中在A20的好氧过程没有必要的。因为溶解氧DO的检测是好氧池内更好，更有效的控制手段。 如果一定要用ORP检测，可以验证一下在好氧池中DO低于2.0mg/L时是否处于缺氧的还原状态，可以通过ORP显示的正负值来进行判断。正值的ORP显示表明虽然好氧池内的溶解氧低于我们日常所说的2mg/L的程度，但仍然是一个好氧的氧化状态。
要注意在一些改良的A2O工艺中，增加的前置缺氧区，在前置缺氧区中安装的ORP传感器可以大致判断反硝化的内回流污泥量是否充足。在前置的反硝化缺氧区域，ORP值应介于-100和100 mV之间，而经常的情况会介于-100和0 mV之间。
科学家通过对Oobactrum anthropi SY509细菌的研究表明在还原性越强的系统内，反硝化反应进行的效果越好，下表表明细菌在不同的ORP环境下，对硝酸盐还原的效果：

ORP水平对反硝化作用的影响污水厂的管理人员需要知道，氧化还原电位ORP对污水生物系统对营养元素(氮、磷)去除过程系统的运作的重要性。但是氧化还原电位与任何控制参数一样，一定要确保我们分析的样本数据有足够大，这样才能更的反应系统的实际情况。工艺管理人员同时也要结合生物池内其他的参数检测，比如污泥浓度，溶解氧，微生物镜检，硝酸盐等，这些参数共同来确认污水厂生物脱氮的具体运行情况。在线ORP的数据可以对生物脱氮的过程变化进行实时观测，以使工艺控制的解决方案不断得到优化。
大家要特别注意，这些ORP都是普遍的经验数值，不能代表个性污水厂内的标准数值，在实际运行中，一定要结合本厂内的实际情况来进行判断。了解ORP正负数值代表的含义，确定生物池系统内处于一个什么样的氧化还原系统，是每个工艺管理人员在进行生物脱氮工艺控制中所需要了解的重要内容。