一、ORP的定義

ORP的(de)英文(wen)全(quan)稱是oxidation-reduction potential，翻(fan)譯過來是氧化還原電位(wei)。

它是液體(ti)中指示電極的氧(yang)化(hua)還原(yuan)電位與比較電極的氧(yang)化(hua)還原(yuan)電位的差，可以對整個(ge)系統的氧(yang)化(hua)還原(yuan)狀態給出一個(ge)綜合指標(biao)。 

如ORP值低(di)，表(biao)明廢水處理系統中還原(yuan)性物(wu)質或(huo)有機污染物(wu)含量高，溶解氧濃度低(di)，還原(yuan)環境占優。

如ORP值高，表明廢水中有機(ji)污染物(wu)濃度(du)低(di)，溶解氧(yang)或氧(yang)化性物(wu)質(zhi)濃度(du)高，氧(yang)化環(huan)境占優。

傳統(tong)氧(yang)化還原(yuan)水處理(li)技(ji)術存在控制(zhi)條件不夠精準、浪(lang)費藥(yao)劑(ji)、對環境(jing)不友好等不足，但借助ORP測量儀(yi)器，利用ORP的(de)電(dian)信號(hao)作為檢(jian)測與控制(zhi)手(shou)段，可大大改進(jin)氧(yang)化還原(yuan)水處理(li)技(ji)術的(de)精準控制(zhi)水平，從(cong)而提高處理(li)效果(guo)。

其檢測(ce)測(ce)原理和pH類似，很多的pH在線(xian)檢測(ce)儀表具有兩通道的檢測(ce)方式，其中就有ORP檢測(ce)的通道。

總而言(yan)之，ORP是污水處(chu)理廠(chang)自動控(kong)制技(ji)術和厭(yan)氧精確控(kong)制發展的重(zhong)(zhong)要方向(xiang)，對于(yu)節省(sheng)能源(yuan)、控(kong)制厭(yan)氧微(wei)生物的代謝途徑(jing)以及改善(shan)處(chu)理效果(guo)具有重(zhong)(zhong)要的意義。

二、ORP數值的影響因素

由于在廢水(shui)處(chu)理中(zhong)，發生的(de)(de)氧化還(huan)原(yuan)反應眾多，而且在各(ge)反應器內影響ORP的(de)(de)因(yin)素也(ye)不相同，很難(nan)判斷ORP的(de)(de)改變主(zhu)要(yao)哪種因(yin)素中(zhong)的(de)(de)那一種引起的(de)(de)。

比(bi)如(ru)，在(zai)活性污(wu)泥(ni)處(chu)理系統中存(cun)在(zai)很多有機(ji)物質，有機(ji)物濃度較(jiao)大的變(bian)化引(yin)起ORP較(jiao)小的變(bian)化，但很難判(pan)斷ORP改變(bian)主要(yao)由那種有機(ji)物引(yin)起。

因(yin)(yin)此，在研究ORP改變(bian)對(dui)污(wu)水處理(li)的(de)(de)指示作(zuo)用前，應先了解影響(xiang)其改變(bian)的(de)(de)因(yin)(yin)素有哪些。

1、溶解氧（DO）

眾所周知，DO表示溶解在水中(zhong)的氧的含(han)量，在好氧池中(zhong)，出水口出DO應(ying)控制在2mg/l，如(ru)果是純氧曝氣應(ying)在4mg/l。缺(que)氧反硝化(hua)池DO應(ying)在0.5mg/l。在厭氧池中(zhong)，分子氧基本(ben)上不(bu)存在，硝態氮最好小于0.2mg/l。

DO作為廢水處理的一種氧化劑(ji)，是引起系統ORP升(sheng)(sheng)高最直接的原(yuan)因。在純水中，ORP與DO的對(dui)數成線形關系，ORP隨DO的升(sheng)(sheng)高而升(sheng)(sheng)高。

2、pH

廢水處理中，pH值(zhi)(zhi)是一個(ge)重要的控制(zhi)(zhi)因子。好(hao)氧(yang)微生物和發(fa)酵(jiao)產酸(suan)菌最(zui)佳生長pH值(zhi)(zhi)為6.5～8.5，厭氧(yang)產甲烷菌的最(zui)適(shi)宜pH為6.8～7.2。為控制(zhi)(zhi)合適(shi)的pH值(zhi)(zhi)，一般通過加(jia)堿調節的方(fang)法控制(zhi)(zhi)。

微(wei)生(sheng)物的(de)污染物的(de)代謝活(huo)動對pH值影響很大，在產(chan)酸(suan)階段(duan)，產(chan)酸(suan)菌分(fen)解(jie)大分(fen)子有機物產(chan)生(sheng)脂肪酸(suan)和二氧化碳有降低(di)pH的(de)作用，但在分(fen)解(jie)蛋白質的(de)過程中(zhong)產(chan)生(sheng)氨有提(ti)升pH值的(de)作用；在產(chan)甲(jia)烷階段(duan)，產(chan)甲(jia)烷菌利用乙(yi)酸(suan)產(chan)甲(jia)烷可提(ti)高系(xi)統的(de)pH值。

pH值是引起ORP升降的(de)一個重(zhong)要因素，pH值越(yue)高(gao)，ORP越(yue)低(di)；pH值越(yue)低(di)，ORP越(yue)高(gao)。

值(zhi)得(de)一提的是，在污水中(zhong)雖然pH與ORP有一定的相關性，但由于(yu)ORP還受微生物活動、溶解氧(yang)等因素的影響，pH與ORP的相關性沒有在純水中(zhong)的強。

3、溫度

在(zai)廢水處理過(guo)程中，溫(wen)度是一個非常重要的指標。好氧微生(sheng)物在(zai)15～30℃活(huo)動旺盛(sheng)，厭氧微生(sheng)物最佳溫(wen)度在(zai)35℃附(fu)近和(he)55℃附(fu)近。

在厭氧廢水處理過程中，溫度的(de)(de)改變對(dui)微生物的(de)(de)組成和增(zeng)殖(zhi)、產甲烷速率、污泥(ni)的(de)(de)沉淀(dian)性(xing)能等(deng)都有重(zhong)要影響，因此，為保(bao)證厭氧池運(yun)行的(de)(de)穩定，廢水在進入厭氧池前(qian)一般通過冷卻塔(ta)降溫和水蒸氣加熱的(de)(de)方法調節廢水溫度至(zhi)35℃或55℃。

研究實踐表(biao)明(ming)，溶液(ye)溫度越高，溶液(ye)的ORP越低；在廢水處(chu)理(li)過(guo)程(cheng)中，溫度的影響也是如此。另(ling)外水處(chu)理(li)過(guo)程(cheng)溫度越高，ORP越低，還與溫度升(sheng)高導(dao)致(zhi)水分子(zi)團(tuan)簇變小有關。

此外，溫(wen)度的改變(bian)也可同時導致酸堿度、氣體(ti)溶解度、生(sheng)物活性的改變(bian)以及水(shui)體(ti)污(wu)染物相間平衡的改變(bian)，進而影響ORP。 

4、微生(sheng)物的(de)組成

在廢水生(sheng)物處理系(xi)統中，存在著獨特的生(sheng)態系(xi)統。

在(zai)兩相厭氧(yang)生物反(fan)應器(qi)中，實現了(le)產(chan)(chan)(chan)酸菌(jun)(jun)(jun)和(he)(he)產(chan)(chan)(chan)甲(jia)烷菌(jun)(jun)(jun)的有效分離，便于系統的控制和(he)(he)管理(li)。在(zai)絮(xu)狀(zhuang)泥占優(you)勢的UASB中，沿(yan)水流方向依次篩選出了(le)產(chan)(chan)(chan)酸菌(jun)(jun)(jun)和(he)(he)產(chan)(chan)(chan)甲(jia)烷菌(jun)(jun)(jun)。在(zai)厭氧(yang)顆粒(li)泥和(he)(he)厭氧(yang)生物膜中，從外部(bu)到內部(bu)，占優(you)勢的菌(jun)(jun)(jun)種由產(chan)(chan)(chan)酸菌(jun)(jun)(jun)向產(chan)(chan)(chan)甲(jia)烷菌(jun)(jun)(jun)轉(zhuan)變。

在厭氧反應系統中，必須把DO濃度和(he)ORP控制的很(hen)低，特(te)別是(shi)在產甲(jia)烷階段，氧化還原電位不能高于-330mV。

而進水中難免(mian)會有DO的(de)(de)存在，但在這種獨特的(de)(de)生(sheng)(sheng)態(tai)系統的(de)(de)作(zuo)用下，通過(guo)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)之間的(de)(de)協同作(zuo)用以及共(gong)生(sheng)(sheng)作(zuo)用，系統的(de)(de)ORP很(hen)快降到甲烷菌適宜生(sheng)(sheng)長的(de)(de)范圍。這種低氧(yang)化還(huan)原電(dian)位的(de)(de)現象不僅存在于厭氧(yang)反應器中，甚至(zhi)在曝(pu)氣池中的(de)(de)絮狀泥中也出現這種現象。

5、微生物的活性(xing)

厭氧活(huo)性污泥的(de)活(huo)性可由最(zui)大(da)(da)比(bi)產(chan)甲烷速(su)率和最(zui)大(da)(da)比(bi)COD去(qu)除速(su)率表(biao)示。好氧活(huo)性污泥的(de)活(huo)性也可由最(zui)大(da)(da)比(bi)COD去(qu)除速(su)率表(biao)示。

微(wei)生物的活性(xing)越(yue)(yue)高，消耗氧氣的速(su)率和產生還原性(xing)物質的速(su)率也越(yue)(yue)快，ORP降低也越(yue)(yue)迅速(su) 。

ORP作(zuo)為反(fan)映水體(ti)宏觀(guan)氧化(hua)還(huan)原性的(de)綜合指標，其影(ying)響因素種類較多(duo)，除上(shang)述幾個主要影(ying)響因素外，還(huan)有壓力、有機物(wu)、固體(ti)物(wu)質、微(wei)生物(wu)種類等因素的(de)影(ying)響。

這些因(yin)素(su)不是(shi)(shi)孤(gu)立的，它們相互(hu)影(ying)響、相互(hu)制(zhi)約。因(yin)此，水體的氧化還原性也是(shi)(shi)多種因(yin)素(su)綜合作用的結果。

三(san)、ORP在污水處理中的應用

早些(xie)時候，氧化還(huan)原電位主要應用(yong)在(zai)工業(ye)廢(fei)水的治理(li)中(zhong)，特別是(shi)處(chu)(chu)理(li)一些(xie)金屬精加工中(zhong)產生(sheng)的廢(fei)水，后來在(zai)市(shi)政污(wu)水處(chu)(chu)理(li)廠(chang)也逐(zhu)步得到了(le)廣泛的應用(yong)。 

污(wu)水系統中存在(zai)(zai)著多(duo)種(zhong)變價離子(zi)和溶(rong)解氧，即多(duo)個氧化(hua)還原(yuan)電(dian)對。通過(guo)ORP在(zai)(zai)線監測(ce)儀表(biao)，污(wu)水中的氧化(hua)還原(yuan)電(dian)位可(ke)以在(zai)(zai)很(hen)短時(shi)間內被檢測(ce)出(chu)來，不需要再(zai)通過(guo)化(hua)驗室進行的采樣測(ce)量，在(zai)(zai)時(shi)間上(shang)可(ke)以大(da)大(da)縮短化(hua)驗流程，提高了工作效率(lv)。

在污(wu)(wu)水處理系統中重(zhong)要的氧(yang)(yang)化(hua)還原反(fan)應包括(kuo)含碳、含氮、含磷(lin)等(deng)有機(ji)污(wu)(wu)染物(wu)(wu)的生物(wu)(wu)降(jiang)解，有機(ji)物(wu)(wu)的水解和酸化(hua)，硝(xiao)化(hua)和反(fan)硝(xiao)化(hua)反(fan)應，生物(wu)(wu)厭氧(yang)(yang)釋磷(lin)，好(hao)氧(yang)(yang)吸磷(lin)等(deng)。

1、污水處理(li)的各個階段，微生物所需(xu)求的氧化還原電位不同

一般好氧微(wei)生(sheng)物在(zai)+100mV以上均可生(sheng)長，最適為+300～+400mV；兼(jian)性厭氧微(wei)生(sheng)物在(zai)+100mV以上時(shi)進行好氧呼吸(xi)，在(zai)+100mV以下(xia)時(shi)進行無氧呼吸(xi)；專(zhuan)性厭氧細菌要求為-200～-250mV，其中(zhong)專(zhuan)性厭氧的產甲烷菌要求為 -300～-400mV，最適為-330mV

好氧(yang)活性污(wu)泥法系統中正常(chang)的氧(yang)化還原(yuan)環境(jing)在+200～+600mV之間(jian)。污(wu)水生化處理(li)中常(chang)見的反(fan)應過(guo)程所適宜(yi)的ORP值范圍，如下表所示：

2、作為(wei)好氧生(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(kong)制(zhi)策略(lve)

通(tong)過監測和管(guan)理污水(shui)的(de)ORP，管(guan)理人(ren)員可人(ren)為(wei)地控制生物反應發生。通(tong)過改變工藝(yi)運行(xing)的(de)環境條(tiao)件，如：

加大曝(pu)氣量增(zeng)加溶解氧濃度

投(tou)加氧化性(xing)物質(zhi)等措施提高氧化還原電位

減(jian)小曝氣量降低(di)溶解氧(yang)濃度

投加碳源和還原(yuan)性(xing)物質降低氧(yang)化還原(yuan)電位，從(cong)而實現促進或阻止(zhi)該反應的(de)進行(xing)。

因此，管理(li)人(ren)員利用ORP作為好氧(yang)生物處理(li)、缺(que)氧(yang)生物處理(li)及(ji)厭氧(yang)生物處理(li)中的(de)控制參(can)數(shu)，可實(shi)現(xian)更(geng)好的(de)處理(li)效果。

好氧生物(wu)處理：

ORP與COD去除和(he)硝化(hua)具(ju)有良好的相關性(xing)，通過ORP控制好氧曝氣量(liang)，可避免曝氣時間的不足或(huo)過量(liang)，確(que)保處理出水(shui)的水(shui)質。

缺氧(yang)生物處理：

ORP與反硝(xiao)(xiao)化(hua)狀態(tai)(tai)的(de)氮(dan)濃(nong)度在缺氧生物(wu)處理(li)過程中(zhong)存在一定的(de)相關性，可以(yi)(yi)以(yi)(yi)此作為判斷反硝(xiao)(xiao)化(hua)過程是否(fou)結束的(de)一個標準。相關實踐表明，在反硝(xiao)(xiao)化(hua)脫氮(dan)過程中(zhong)，當ORP對時間的(de)導數＜-5時，反應較徹(che)底。出水中(zhong)含有硝(xiao)(xiao)態(tai)(tai)氮(dan)，可以(yi)(yi)防止產生各種有毒有害物(wu)質(zhi)，例(li)如硫化(hua)氫等(deng)。

厭氧(yang)生物(wu)處(chu)理：

厭氧反應過程(cheng)中，當有還原(yuan)物質(zhi)產生時，ORP值就會(hui)降低；反之，還原(yuan)物質(zhi)減少，ORP值就會(hui)升高，并且在一定時間段里趨于穩定。

總而言之，對(dui)于污水(shui)處理廠的好(hao)氧生物處理，ORP與COD、BOD的生物降(jiang)解，ORP與硝化(hua)反應具有良好(hao)的相關性。

對于缺(que)氧(yang)生物處理，ORP與反(fan)硝化狀態(tai)的(de)硝酸鹽氮濃度(du)在缺(que)氧(yang)生物處理過(guo)程中(zhong)存(cun)在一定的(de)相關性，可以以此作為判(pan)斷反(fan)硝化過(guo)程是否結束的(de)一個標準。

3、控制除(chu)磷工(gong)藝段的處(chu)理(li)效果，提高除(chu)磷效果

對于生物(wu)除磷(lin)(lin)、除磷(lin)(lin)包括(kuo)兩(liang)個步(bu)驟(zou)：

一(yi)是在厭氧環境(jing)下(xia)磷的釋(shi)放階段，發酵菌(jun)(jun)在ORP在-100～-225mV的條件下(xia)產生脂肪酸(suan)，脂肪酸(suan)通過(guo)聚磷菌(jun)(jun)吸收，同(tong)時釋(shi)放磷進入水體中(zhong)。

二是(shi)在好氧(yang)池內(nei)聚磷(lin)菌開(kai)始降解上階(jie)段吸(xi)收(shou)的(de)脂肪酸(suan)同(tong)時(shi)從(cong)ATP轉化成ADP獲(huo)得能量(liang)，這(zhe)種能量(liang)的(de)儲存需要(yao)從(cong)水(shui)中吸(xi)附過量(liang)的(de)磷(lin)，吸(xi)附磷(lin)的(de)反應要(yao)求(qiu)好氧(yang)池內(nei)的(de)ORP為+25～+250mV 之間(jian)，才(cai)能發生生物除磷(lin)的(de)存儲。

因(yin)此，工(gong)作人員可(ke)通過ORP來(lai)控(kong)制除磷工(gong)藝段的處理效果，提高除磷效果。

當(dang)工(gong)作人員(yuan)不希(xi)望在一個硝(xiao)化反(fan)應過(guo)程發(fa)生(sheng)反(fan)硝(xiao)化反(fan)應或亞硝(xiao)酸鹽的(de)聚集，必須保持超(chao)過(guo)+50mV的(de)ORP值(zhi)。同(tong)理(li)，管(guan)(guan)理(li)人員(yuan)防止在下水管(guan)(guan)道系統中發(fa)生(sheng)惡臭（H2S）的(de)產生(sheng)，管(guan)(guan)理(li)人員(yuan)必須保持管(guan)(guan)道中超(chao)過(guo)-50mV的(de)ORP值(zhi)，以防止硫化物的(de)形(xing)成和反(fan)應。

4、調節工(gong)藝的曝(pu)氣時間和曝(pu)氣強度，節能降耗

除此(ci)之外，工作人員還(huan)可以(yi)利用(yong)ORP與水中溶解氧的(de)(de)顯著相關(guan)性，通(tong)過(guo)ORP來調節(jie)工藝的(de)(de)曝(pu)氣時(shi)間和曝(pu)氣強度(du)，在滿足生物反應條件的(de)(de)同時(shi)，達(da)到節(jie)能降耗的(de)(de)目(mu)的(de)(de)。

綜上所(suo)述(shu)，ORP的檢測(ce)手段簡單，設(she)備價格較(jiao)低(di)，測(ce)量精度高，檢測(ce)數據(ju)實時(shi)顯示。

通過ORP 在線檢測，工(gong)作(zuo)人員可以(yi)根據實時反饋的(de)信(xin)息(xi)，快速掌握污(wu)水凈化反應過程和(he)水體污(wu)染狀態信(xin)息(xi)，從而(er)實現污(wu)水處理環(huan)節(jie)的(de)精(jing)細化管理和(he)水環(huan)境質(zhi)量(liang)的(de)高效管理。

但如上文提到(dao)，在(zai)(zai)廢水處理中，發生的氧(yang)化還原反應眾多，且在(zai)(zai)各反應器內影響(xiang)ORP的因素也不(bu)相(xiang)同(tong)。

因(yin)此，在(zai)污(wu)水(shui)處理中(zhong)，工作人員還需根(gen)據(ju)污(wu)水(shui)廠實際，進一步研(yan)究水(shui)中(zhong)溶解氧、pH、溫度、鹽度等因(yin)素與ORP的相關(guan)(guan)關(guan)(guan)系，建立(li)適合不同水(shui)體(ti)的ORP控制參(can)數。

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