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氧化還原電位即ORP（Oxidation-reduction potential），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，值越小表明水體的還原性越強。電位為正表示溶液顯示出一定的氧化性，為負則表示溶液顯示出一定的還原性。

 利用ORP可以控制液相環(huán)境中物種的存在形態(tài)，判斷氧化還原反應進行的程度。比如，傳統(tǒng)氧化還原水處理技術存在控制條件不夠精準、浪費藥劑、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，可大大改進氧化還原水處理技術的精準控制水平，從而提高處理效果。

ORP的檢測原理

ORP是水溶液中氧化還原能力的測量指標，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。

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，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，電極與溶液之間產(chǎn)生電位差，電極反應達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，標準氫電極電位為0。氧化還原反應中產(chǎn)生的ORP可由能斯特方程進行計算：

其中：

E——某一濃度下氧化還原電對電極電勢，V；

E0——氧化還原電對的標準電極電勢，V；

R——摩爾氣體常數(shù)，8.314J/（K·mol）；
T——熱力學溫度，K；
n——氧化還原反應中電子轉(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)點是攜帶方便、測量迅速且精確。

ORP在水處理中的應用效果

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包括含碳、含氮、含磷等有機污染物的生物降解，有機物的水解和酸化，硝化和反硝化反應，生物厭氧釋磷，好氧吸磷等等。這些反應實際上就是碳（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，為＋300～＋400mV；兼性厭氧微生物在＋100mV以上時進行好氧呼吸，為＋100mV以下時進行無氧呼吸；專性厭氧細菌要求為-200～-250mV，其中專性厭氧的產(chǎn)甲烷菌要求為-300～-400mV，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過程所適宜的ORP值范圍。

根據(jù)表中列出的生物反應所需要的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發(fā)生。

比如通過改變工藝運行的環(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，從而實現(xiàn)促進或阻止該反應的進行。

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與硝化反應具有良好的相關性。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性，可以以此作為判斷反硝化過程是否結(jié)束的一個標準。

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。當管理人員不希望在一個硝化反應過程發(fā)生反硝化反應或亞硝酸鹽的聚集，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。另外，管理人員還可以利用ORP與水中溶解氧的顯著相關性，通過ORP來調(diào)節(jié)工藝的曝氣時間和曝氣強度，在滿足生物反應條件的同時，達到節(jié)能降耗的目的。

ORP應用比較與分析

ORP指標雖然不能直接反映水質(zhì)的好壞，但可以判斷和掌握污水處理中的氧化還原反應進程，進而通過改變工藝條件來調(diào)節(jié)和優(yōu)化污水處理效果。

由于ORP的檢測手段簡單，設備價格較低，測量精度高，檢測數(shù)據(jù)實時顯示，通過對水中ORP在線檢測，信息實時反饋到現(xiàn)場管理人員，管理人員可以快速掌握污水凈化反應過程和水體污染狀態(tài)信息，從而實現(xiàn)污水處理環(huán)節(jié)的精細化管理和水環(huán)境質(zhì)量的高效管理。

因此，我們通過進一步研究水中溶解氧、pH、溫度、鹽度等因素與ORP的相關關系，建立適合不同水體的ORP控制參數(shù)，使ORP逐步成為水處理行業(yè)新的管理工具。