一、什么(me)是(shi)ORP？

ORP的英文全稱是oxidation-reduction potential，翻譯(yi)過(guo)來(lai)是氧化還原(yuan)電位。

它是液體中指示電(dian)極的(de)氧化還(huan)原電(dian)位與(yu)比(bi)較電(dian)極的(de)氧化還(huan)原電(dian)位的(de)差，可以(yi)對(dui)整個(ge)系統的(de)氧化還(huan)原狀態給出一(yi)個(ge)綜合指標(biao)。 

如(ru)ORP值低，表明廢水(shui)處理系(xi)統(tong)中(zhong)還原性(xing)物質或有(you)機污染物含量(liang)高，溶(rong)解氧濃度(du)低，還原環境占優。

如ORP值(zhi)高(gao)，表明廢水中有機污染(ran)物濃度(du)低，溶(rong)解(jie)氧或氧化性物質(zhi)濃度(du)高(gao)，氧化環境占(zhan)優。

傳(chuan)統氧化還(huan)原水處理技術(shu)存在控制條件(jian)不夠精(jing)準(zhun)、浪費藥(yao)劑(ji)、對(dui)環境不友好(hao)等不足(zu)，但借助(zhu)ORP測量儀器，利用ORP的(de)電(dian)信號作(zuo)為檢測與控制手段，可大大改(gai)進氧化還(huan)原水處理技術(shu)的(de)精(jing)準(zhun)控制水平，從而提高處理效果。

其檢測(ce)(ce)(ce)測(ce)(ce)(ce)原理和pH類似，很多的(de)pH在線檢測(ce)(ce)(ce)儀表具(ju)有兩通道的(de)檢測(ce)(ce)(ce)方式，其中(zhong)就有ORP檢測(ce)(ce)(ce)的(de)通道。

總而言(yan)之，ORP是污水處(chu)理(li)廠自動控(kong)(kong)制(zhi)技術(shu)和厭氧精確控(kong)(kong)制(zhi)發展的(de)重要(yao)方向，對于節省(sheng)能(neng)源、控(kong)(kong)制(zhi)厭氧微生物的(de)代謝途徑以(yi)及(ji)改善處(chu)理(li)效果具(ju)有重要(yao)的(de)意義(yi)。

二、ORP的難點以及影響因素

由于在廢水處理中，發生的(de)(de)氧化還(huan)原反應眾多，而且在各反應器內影響ORO的(de)(de)因(yin)素(su)也不相同(tong)，很難判斷(duan)ORP的(de)(de)改變(bian)主要(yao)哪(na)種(zhong)(zhong)因(yin)素(su)中的(de)(de)那(nei)一種(zhong)(zhong)引起的(de)(de)。

比如，在(zai)活性污泥處理系統中存在(zai)很(hen)多有機物質，有機物濃(nong)度較大(da)的變化引(yin)起ORP較小(xiao)的變化，但(dan)很(hen)難判(pan)斷(duan)ORP改(gai)變主要由那種有機物引(yin)起。

因(yin)此(ci)，在研究ORP改(gai)變對污水處理(li)的指(zhi)示作(zuo)用前(qian)，應先了解影響其改(gai)變的因(yin)素有哪些。

1、溶解氧（DO）

眾所周知，DO表(biao)示溶解在水(shui)中的氧(yang)的含量，在好(hao)氧(yang)池(chi)(chi)中，出水(shui)口出DO應(ying)(ying)控制在2mg/l，如果是純氧(yang)曝氣應(ying)(ying)在4mg/l。缺氧(yang)反硝化池(chi)(chi)DO應(ying)(ying)在0.5mg/l。在厭(yan)氧(yang)池(chi)(chi)中，分子氧(yang)基本上(shang)不存(cun)在，硝態氮最好(hao)小于0.2mg/l。

DO作為廢水處理的一(yi)種(zhong)氧化劑，是引起系統(tong)ORP升高最直接的原(yuan)因。在(zai)純水中，ORP與(yu)DO的對數成線形關系，ORP隨DO的升高而升高。

2、pH

廢水處理中，pH值(zhi)(zhi)是一個重要的(de)控制因子。好氧(yang)微生(sheng)物和發酵產酸菌最佳生(sheng)長(chang)pH值(zhi)(zhi)為6.5～8.5，厭氧(yang)產甲烷菌的(de)最適宜(yi)pH為6.8～7.2。為控制合適的(de)pH值(zhi)(zhi)，一般(ban)通過加堿調(diao)節的(de)方法控制。

微生(sheng)物(wu)的(de)污染物(wu)的(de)代謝(xie)活動對pH值影響很(hen)大，在(zai)(zai)產(chan)酸(suan)階段，產(chan)酸(suan)菌分解(jie)大分子有機物(wu)產(chan)生(sheng)脂肪(fang)酸(suan)和二氧(yang)化碳有降低pH的(de)作用，但在(zai)(zai)分解(jie)蛋(dan)白質的(de)過(guo)程中產(chan)生(sheng)氨有提升pH值的(de)作用；在(zai)(zai)產(chan)甲(jia)烷(wan)階段，產(chan)甲(jia)烷(wan)菌利用乙酸(suan)產(chan)甲(jia)烷(wan)可提高系(xi)統的(de)pH值。

pH值是引起ORP升降的一個重要因素，pH值越高(gao)，ORP越低(di)；pH值越低(di)，ORP越高(gao)。

值(zhi)得一提的(de)是，在污水中雖然pH與ORP有一定的(de)相(xiang)關(guan)性(xing)，但由于ORP還受微生物活動(dong)、溶解氧等因(yin)素的(de)影響，pH與ORP的(de)相(xiang)關(guan)性(xing)沒有在純水中的(de)強。

3、溫度

在(zai)廢水處理過程中(zhong)，溫度是一個非(fei)常重要的指(zhi)標。好氧(yang)微生物在(zai)15～30℃活動旺(wang)盛(sheng)，厭氧(yang)微生物最佳溫度在(zai)35℃附(fu)近和(he)55℃附(fu)近。

在厭氧廢(fei)水(shui)(shui)處(chu)理(li)過(guo)程中(zhong)，溫(wen)度的(de)改變對微生物的(de)組成和(he)增殖、產甲烷速率、污泥(ni)的(de)沉淀(dian)性能(neng)等都有重要影響，因此，為保證厭氧池運行(xing)的(de)穩定，廢(fei)水(shui)(shui)在進入厭氧池前一般通過(guo)冷卻塔降(jiang)溫(wen)和(he)水(shui)(shui)蒸氣加熱的(de)方法調節廢(fei)水(shui)(shui)溫(wen)度至35℃或55℃。

研究(jiu)實踐表明，溶(rong)液溫度越(yue)高(gao)，溶(rong)液的(de)ORP越(yue)低；在廢水(shui)處(chu)理(li)(li)過程中，溫度的(de)影(ying)響也(ye)是如此。另外水(shui)處(chu)理(li)(li)過程溫度越(yue)高(gao)，ORP越(yue)低，還(huan)與溫度升高(gao)導致水(shui)分子團簇變小有關。

此外，溫度的(de)改(gai)變也可(ke)同時導致酸堿度、氣體(ti)(ti)溶解度、生物活性(xing)的(de)改(gai)變以及水體(ti)(ti)污染物相間平衡的(de)改(gai)變，進而影(ying)響ORP。 

4、微(wei)生物的(de)組(zu)成

在廢水生(sheng)物處(chu)理系統(tong)中，存在著獨特的生(sheng)態系統(tong)。

在兩相厭(yan)氧(yang)(yang)生物(wu)(wu)反應器中(zhong)，實現了產酸(suan)菌(jun)(jun)和產甲(jia)烷(wan)(wan)菌(jun)(jun)的(de)(de)有(you)效分離，便(bian)于系統的(de)(de)控制和管理。在絮狀泥占(zhan)優勢的(de)(de)UASB中(zhong)，沿水流(liu)方向依(yi)次篩(shai)選出了產酸(suan)菌(jun)(jun)和產甲(jia)烷(wan)(wan)菌(jun)(jun)。在厭(yan)氧(yang)(yang)顆粒泥和厭(yan)氧(yang)(yang)生物(wu)(wu)膜(mo)中(zhong)，從(cong)外(wai)部到內部，占(zhan)優勢的(de)(de)菌(jun)(jun)種由(you)產酸(suan)菌(jun)(jun)向產甲(jia)烷(wan)(wan)菌(jun)(jun)轉變。

在厭(yan)氧(yang)反(fan)應系統中，必須把DO濃(nong)度(du)和ORP控(kong)制(zhi)的很(hen)低，特別是(shi)在產甲烷階段，氧(yang)化還(huan)原電位(wei)不能高于(yu)-330mV。

而進水中難免(mian)會有(you)DO的(de)存在(zai)，但在(zai)這種獨特的(de)生(sheng)(sheng)態系統(tong)的(de)作(zuo)用(yong)下，通過好氧(yang)微生(sheng)(sheng)物(wu)、兼性微生(sheng)(sheng)物(wu)、厭氧(yang)微生(sheng)(sheng)物(wu)之(zhi)間的(de)協(xie)同作(zuo)用(yong)以及共生(sheng)(sheng)作(zuo)用(yong)，系統(tong)的(de)ORP很快降到(dao)甲烷菌適宜(yi)生(sheng)(sheng)長的(de)范(fan)圍。這種低氧(yang)化(hua)還原電(dian)位的(de)現象(xiang)不(bu)僅存在(zai)于厭氧(yang)反應器中，甚至(zhi)在(zai)曝氣池中的(de)絮狀泥中也(ye)出現這種現象(xiang)。

5、微(wei)生物(wu)的活性

厭氧(yang)活性(xing)污泥的活性(xing)可(ke)由最(zui)大(da)比產甲烷速(su)(su)率和最(zui)大(da)比COD去除速(su)(su)率表示。好(hao)氧(yang)活性(xing)污泥的活性(xing)也(ye)可(ke)由最(zui)大(da)比COD去除速(su)(su)率表示。

微生物的(de)(de)活性(xing)越(yue)高，消耗氧氣的(de)(de)速(su)率(lv)和產生還原(yuan)性(xing)物質(zhi)的(de)(de)速(su)率(lv)也越(yue)快，ORP降低也越(yue)迅速(su) 。

ORP作(zuo)為反映水體宏(hong)觀氧(yang)化還原性的(de)綜合指標，其(qi)影(ying)響(xiang)因素(su)種(zhong)類(lei)較(jiao)多，除上述幾個主(zhu)要影(ying)響(xiang)因素(su)外，還有壓力、有機物、固(gu)體物質(zhi)、微生物種(zhong)類(lei)等因素(su)的(de)影(ying)響(xiang)。

這些(xie)因素不(bu)是孤立的，它們(men)相互影(ying)響、相互制約。因此，水體(ti)的氧化還原性(xing)也是多種(zhong)因素綜合(he)作用的結(jie)果。

三、ORP在污水處理中的應用

早些時候，氧化還原(yuan)電位主要(yao)應用在工業廢水(shui)(shui)的治理(li)中，特別(bie)是處理(li)一(yi)些金屬精(jing)加工中產(chan)生(sheng)的廢水(shui)(shui)，后(hou)來在市(shi)政(zheng)污水(shui)(shui)處理(li)廠也逐步得到了廣泛的應用。 

污(wu)水(shui)系統中(zhong)存在(zai)著多種變價(jia)離子和溶解(jie)氧(yang)，即多個氧(yang)化還(huan)原電對。通過(guo)ORP在(zai)線監測儀表，污(wu)水(shui)中(zhong)的氧(yang)化還(huan)原電位可(ke)以在(zai)很短時間內被檢測出來，不(bu)需要(yao)再(zai)通過(guo)化驗室進行的采樣(yang)測量，在(zai)時間上可(ke)以大大縮短化驗流程，提高了工作效(xiao)率。

在(zai)污(wu)水(shui)(shui)處理(li)系統中重要的(de)氧化(hua)還(huan)原反應(ying)包(bao)括含(han)碳、含(han)氮、含(han)磷(lin)等有(you)機污(wu)染物(wu)的(de)生物(wu)降解(jie)，有(you)機物(wu)的(de)水(shui)(shui)解(jie)和(he)酸(suan)化(hua)，硝(xiao)化(hua)和(he)反硝(xiao)化(hua)反應(ying)，生物(wu)厭氧釋磷(lin)，好氧吸(xi)磷(lin)等。

1、污水(shui)處理的各個階(jie)段(duan)，微(wei)生物(wu)所需求的氧化還原電(dian)位不同

一般(ban)好氧微(wei)生(sheng)物在+100mV以(yi)上(shang)均可生(sheng)長(chang)，最適為+300～+400mV；兼性厭(yan)氧微(wei)生(sheng)物在+100mV以(yi)上(shang)時進行(xing)好氧呼(hu)(hu)吸，在+100mV以(yi)下時進行(xing)無氧呼(hu)(hu)吸；專性厭(yan)氧細菌要求(qiu)為-200～-250mV，其中(zhong)專性厭(yan)氧的產甲烷菌要求(qiu)為 -300～-400mV，最適為-330mV。

好氧活性污泥法系統(tong)中正(zheng)常的氧化還原環境在+200～+600mV之間。污水生(sheng)化處理(li)中常見的反應過程所適(shi)宜的ORP值范圍，如下(xia)表所示：

2、作為(wei)好(hao)氧生(sheng)物(wu)處理(li)、缺氧生(sheng)物(wu)處理(li)及厭氧生(sheng)物(wu)處理(li)中的控制(zhi)策略

通過(guo)監測和管理污水的(de)ORP，管理人員可人為(wei)地控制生物反應發生。通過(guo)改(gai)變工藝運行的(de)環(huan)境條件，如：

加大曝氣量(liang)增加溶解氧(yang)濃度

投加(jia)氧化性(xing)物質等(deng)措(cuo)施提高氧化還原(yuan)電位

減小曝氣量降低溶解氧濃(nong)度(du)

投加(jia)碳源和(he)還原性物質降低氧(yang)化還原電位，從而實現促進或阻止該反應的(de)進行(xing)。

因(yin)此，管理人員利用ORP作為好氧生(sheng)物(wu)處理、缺氧生(sheng)物(wu)處理及厭(yan)氧生(sheng)物(wu)處理中(zhong)的控制參數，可(ke)實現更好的處理效果(guo)。

好氧(yang)生物處理：

ORP與COD去(qu)除和硝化(hua)具有良好(hao)的相(xiang)關性，通過ORP控制好(hao)氧(yang)曝(pu)氣(qi)量，可避免曝(pu)氣(qi)時間的不(bu)足或過量，確保處理出水的水質。

缺氧生物處理：

ORP與(yu)反(fan)(fan)硝化狀態(tai)的氮濃度在缺氧生物(wu)處(chu)理過程(cheng)中存在一(yi)定的相關(guan)(guan)性，可以(yi)以(yi)此(ci)作為(wei)判斷反(fan)(fan)硝化過程(cheng)是否結束的一(yi)個標(biao)準。相關(guan)(guan)實踐表明，在反(fan)(fan)硝化脫氮過程(cheng)中，當ORP對(dui)時(shi)間的導(dao)數(shu)＜-5時(shi)，反(fan)(fan)應較(jiao)徹底。出水中含(han)有硝態(tai)氮，可以(yi)防(fang)止產生各(ge)種有毒(du)有害物(wu)質，例如硫化氫等(deng)。

厭(yan)氧生物處理：

厭氧(yang)反(fan)應(ying)過程中(zhong)，當(dang)有還原物(wu)質(zhi)(zhi)產(chan)生(sheng)時(shi)，ORP值就會降低(di)；反(fan)之(zhi)，還原物(wu)質(zhi)(zhi)減少，ORP值就會升高(gao)，并(bing)且在一定時(shi)間段里趨于穩(wen)定。

總而言(yan)之，對(dui)于(yu)污(wu)水處(chu)理廠的(de)好(hao)氧生物(wu)處(chu)理，ORP與COD、BOD的(de)生物(wu)降解，ORP與硝(xiao)化反(fan)應(ying)具有良好(hao)的(de)相關(guan)性。

對于缺(que)氧生(sheng)物(wu)處理，ORP與反硝化(hua)(hua)狀態(tai)的(de)硝酸鹽氮濃度在(zai)缺(que)氧生(sheng)物(wu)處理過程中存在(zai)一(yi)(yi)定的(de)相關性，可(ke)以以此(ci)作為(wei)判斷反硝化(hua)(hua)過程是否結束(shu)的(de)一(yi)(yi)個標(biao)準。

3、控(kong)制除(chu)磷(lin)工(gong)藝(yi)段的處理效果(guo)，提高除(chu)磷(lin)效果(guo)

對于生(sheng)物除(chu)磷(lin)、除(chu)磷(lin)包(bao)括兩個步(bu)驟(zou)：

一是(shi)在(zai)厭(yan)氧環(huan)境(jing)下磷(lin)的(de)釋放(fang)階段，發酵菌在(zai)ORP在(zai)-100～-225mV的(de)條件(jian)下產生(sheng)脂(zhi)肪(fang)(fang)酸，脂(zhi)肪(fang)(fang)酸通過聚磷(lin)菌吸收，同時(shi)釋放(fang)磷(lin)進(jin)入水體中。

二是在(zai)好(hao)氧池內聚磷菌開(kai)始降解上階段吸(xi)收的(de)脂肪酸同時(shi)從ATP轉化成(cheng)ADP獲得(de)能量，這種能量的(de)儲存需要(yao)從水中吸(xi)附過量的(de)磷，吸(xi)附磷的(de)反(fan)應(ying)要(yao)求好(hao)氧池內的(de)ORP為+25～+250mV 之間，才能發生生物(wu)除(chu)磷的(de)存儲。

因此，工作人員可(ke)通(tong)過ORP來控制除磷(lin)工藝段的(de)處理效果(guo)，提高除磷(lin)效果(guo)。

當工作人(ren)員(yuan)(yuan)不(bu)希望(wang)在一個硝(xiao)化反應(ying)過程(cheng)發(fa)生(sheng)(sheng)反硝(xiao)化反應(ying)或亞(ya)硝(xiao)酸鹽的聚集，必須保(bao)(bao)持超過+50mV的ORP值。同(tong)理(li)，管理(li)人(ren)員(yuan)(yuan)防(fang)止在下水管道系統中發(fa)生(sheng)(sheng)惡臭（H2S）的產生(sheng)(sheng)，管理(li)人(ren)員(yuan)(yuan)必須保(bao)(bao)持管道中超過-50mV的ORP值，以防(fang)止硫化物的形成(cheng)和(he)反應(ying)。

4、調節工藝的曝(pu)氣(qi)時間和曝(pu)氣(qi)強(qiang)度，節能(neng)降耗

除此之外，工(gong)作(zuo)人員還(huan)可以利用ORP與水中溶解(jie)氧的(de)顯(xian)著相關性，通過ORP來調節(jie)工(gong)藝的(de)曝氣時間和曝氣強度(du)，在(zai)滿足(zu)生(sheng)物反應條件的(de)同(tong)時，達到節(jie)能降耗的(de)目的(de)。

綜上所述(shu)，ORP的(de)檢(jian)測(ce)手(shou)段(duan)簡單，設備價格(ge)較(jiao)低，測(ce)量精(jing)度高，檢(jian)測(ce)數據實時顯示。

通過ORP 在線檢(jian)測，工作(zuo)人員可(ke)以根據實時反饋的(de)信(xin)息，快速(su)掌(zhang)握(wo)污水凈化(hua)反應過程和(he)水體(ti)污染(ran)狀態信(xin)息，從而實現污水處理環節的(de)精細化(hua)管(guan)理和(he)水環境質量的(de)高(gao)效管(guan)理。

但如上(shang)文提到，在(zai)廢(fei)水處理(li)中(zhong)，發生的(de)氧(yang)化還原反(fan)應眾多(duo)，且在(zai)各(ge)反(fan)應器內影(ying)響ORP的(de)因素(su)也(ye)不(bu)相同。

因此，在污水(shui)處理中，工作人員還需根據污水(shui)廠實際(ji)，進(jin)一步研(yan)究水(shui)中溶(rong)解氧、pH、溫度、鹽度等因素與ORP的相關關系，建立(li)適合不同水(shui)體(ti)的ORP控(kong)制參數。

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