近年來，隨著污水處理技術(shù)的不斷發(fā)展，氧化還原電位作為一項重要的綜合性水質(zhì)指標(biāo)也是受到了小編的強(qiáng)烈關(guān)注。
氧化還原電位即ORP（Oxidation-reductionpotential），是用來反映水質(zhì)體系中所有物質(zhì)表現(xiàn)出來的宏觀氧化-還原性，ORP值越大表明水體的氧化性越強(qiáng)，值越小表明水體的還原性越強(qiáng)。
利用ORP可以控制液相環(huán)境中物種的存在形態(tài)，判斷氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的程度。比如，傳統(tǒng)氧化還原水處理技術(shù)存在控制條件不夠、浪費(fèi)藥劑、對環(huán)境不友好等不足，但借助ORP測量儀器，利用ORP的電信號作為檢測與控制手段，可大大改進(jìn)氧化還原水處理技術(shù)的控制水平，從而提高處理效果。
01.ORP的檢測原理
ORP是水溶液中氧化還原能力的測量指標(biāo)，其單位是mV。
在水質(zhì)檢測中，氧化還原電位的測定主要使用氧化還原電位測定儀，它的檢測測原理和pH類似，很多的pH在線檢測儀表具有兩通道的檢測方式，其中就有ORP檢測的通道。
ORP測定儀主要由ORP測量電極、參比電極和電位計組成。ORP測量電極是一種可以在其敏感層表面進(jìn)行電子吸收或釋放的電極，該敏感層是一種惰性金屬，通常是用鉑和金來制作，由于它們很難和其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，因此結(jié)果可信度更高。參比電極是用和pH電極一樣的銀／氯化銀電極。
ORP的檢測實(shí)際是電位差的測量，檢測時將鉑電極和參比電極插入水溶液中，金屬表面便會產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，電極與溶液之間產(chǎn)生電位差，電極反應(yīng)達(dá)到平衡時相對于參比電極的電位差即為氧化還原電位。
通常規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)氫電極電位為0。氧化還原反應(yīng)中產(chǎn)生的ORP可由能斯特方程進(jìn)行計算：
其中：
E——某一濃度下氧化還原電對電極電勢，V；
E0——氧化還原電對的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢，V；
R——摩爾氣體常數(shù)，8.314J/（K·mol）；
T——熱力學(xué)溫度，K；
n——氧化還原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移數(shù)；
F——法拉第常數(shù)，96,485C/mol；
[Ox]或[Red]——氧化劑或還原劑的濃度，mol/L。
可以看出，ORP的大小是多種因素共同作用的結(jié)果。當(dāng)溶液中存在多種氧化還原電對時，它們彼此之間相互作用，共同組成一個復(fù)雜的氧化還原環(huán)境。ORP的測量儀器為氧化還原電位分析儀（ORP分析儀），優(yōu)點(diǎn)是攜帶方便、測量迅速且精確。
02.ORP在水處理中的應(yīng)用效果
氧化還原電位在工業(yè)廢水的治理中已使用多年，特別是處理一些金屬精加工中產(chǎn)生的廢水，但近年來在市政污水處理廠也逐步得到了廣泛的應(yīng)用。
污水系統(tǒng)中存在著多種變價離子和溶解氧，即多個氧化還原電對。通過ORP在線監(jiān)測儀表，污水中的氧化還原電位可以在很短時間內(nèi)被檢測出來，不需要原來通過化驗室進(jìn)行的采樣測量，在時間上可以大大縮短化驗流程，提高了工作效率。
在污水處理系統(tǒng)中重要的氧化還原反應(yīng)包括含碳、含氮、含磷等有機(jī)污染物的生物降解，有機(jī)物的水解和酸化，硝化和反硝化反應(yīng)，生物厭氧釋磷，好氧吸磷等等。這些反應(yīng)實(shí)際上就是碳（C）、磷（P）、硫（S）、氮（N）和氧化狀態(tài)（含氧）的成分如硝酸鹽的變化、硫酸鹽和還原狀態(tài)（含氫）如氨（NH3）和硫化物（S2）相互轉(zhuǎn)變的過程。
環(huán)境中的pH對氧化還原電位也有影響。pH值低時，氧化還原電位低；pH值高時，氧化還原電位高。另外，水中的溶解氧含量在一定條件下會直接影響氧化還原電位，當(dāng)溶解氧增大時，氧化還原電位也會隨之增大；溶解氧減小時，氧化還原電位隨之減小。
不同生化反應(yīng)過程適宜的ORP范圍
污水處理的各個階段，微生物所需求的氧化還原電位不同。一般好氧微生物在＋100mV以上均可生長，適為＋300～＋400mV；兼性厭氧微生物在＋100mV以上時進(jìn)行好氧呼吸，為＋100mV以下時進(jìn)行無氧呼吸；專性厭氧細(xì)菌要求為-200～-250mV，其中專性厭氧的產(chǎn)甲烷菌要求為-300～-400mV，適為-330mV。好氧活性污泥法系統(tǒng)中正常的氧化還原環(huán)境在＋200～＋600mV之間。下面列出了污水生化處理中常見的反應(yīng)過程所適宜的ORP值范圍。
根據(jù)表中列出的生物反應(yīng)所需要的ORP值，通過監(jiān)測和管理污水的ORP，管理人員可人為地控制生物反應(yīng)發(fā)生。
比如通過改變工藝運(yùn)行的環(huán)境條件，加大曝氣量增加溶解氧濃度、投加氧化性物質(zhì)等措施提高氧化還原電位，減小曝氣量降低溶解氧濃度、投加碳源和還原性物質(zhì)降低氧化還原電位，從而實(shí)現(xiàn)促進(jìn)或阻止該反應(yīng)的進(jìn)行。
因此管理人員利用ORP作為好氧生物處理、缺氧生物處理及厭氧生物處理中的控制參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)更好的處理效果。對于污水處理廠的好氧生物處理，ORP與COD、BOD的生物降解，ORP與硝化反應(yīng)具有良好的相關(guān)性。對于缺氧生物處理，ORP與反硝化狀態(tài)的硝酸鹽氮濃度在缺氧生物處理過程中存在一定的相關(guān)性，可以以此作為判斷反硝化過程是否結(jié)束的一個標(biāo)準(zhǔn)。
利用ORP提高除磷效果
對于生物除磷，包括兩個步驟：一是在厭氧環(huán)境下磷的釋放階段，發(fā)酵菌在ORP在-100～-225mV的條件下產(chǎn)生脂肪酸，脂肪酸通過聚磷菌吸收，同時釋放磷進(jìn)入水體中。
二是在好氧池內(nèi)聚磷菌開始降解上階段吸收的脂肪酸同時從ATP轉(zhuǎn)化成ADP獲得能量，這種能量的儲存需要從水中吸附過量的磷，吸附磷的反應(yīng)要求好氧池內(nèi)的ORP為＋25～＋250mV之間，才能發(fā)生生物除磷的存儲。
因此管理人員可通過ORP來控制除磷工藝段的處理效果，提高除磷效果。當(dāng)管理人員不希望在一個硝化反應(yīng)過程發(fā)生反硝化反應(yīng)或亞硝酸鹽的聚集，必須保持超過＋50mV的ORP值。同理，管理人員防止在下水管道系統(tǒng)中發(fā)生惡臭的產(chǎn)生，管理人員必須保持管道中超過-50mV的ORP值，以防止硫化物的形成和反應(yīng)。另外，管理人員還可以利用ORP與水中溶解氧的顯著相關(guān)性，通過ORP來調(diào)節(jié)工藝的曝氣時間和曝氣強(qiáng)度，在滿足生物反應(yīng)條件的同時，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
