氧化還原電位ORP究竟是個(gè)啥？它在污水處理中都有哪些作用？

01 什么是ORP？ ORP的英文全稱是oxidation-reduction potential，翻譯過來是氧化還原電位。它是液體中指示電極的氧化還原電位與比較電極的氧化還原電位的差，可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的氧化還原狀態(tài)給出一個(gè)綜合指標(biāo)。? 如ORP值低，表明廢水處理系統(tǒng)中還原性物質(zhì)或有機(jī)污染物含量高，溶解氧濃度低，還原環(huán)境占優(yōu)。 如ORP值高，表明廢水中有機(jī)污染物濃度低，溶解氧或氧化性物質(zhì)濃度高，氧化環(huán)境占優(yōu)。 傳統(tǒng)氧化還原水處理技術(shù)存在控制條件不夠精準(zhǔn)、浪費(fèi)藥劑、對(duì)環(huán)境不友好等不足，但借助ORP測(cè)量?jī)x器，利用ORP的電信號(hào)作為檢測(cè)與控制手段，可大大改進(jìn)氧化還原水處理技術(shù)的精準(zhǔn)控制水平，從而提高處理效果。其檢測(cè)測(cè)原理和pH類似，很多的pH在線檢測(cè)儀表具有兩通道的檢測(cè)方式，其中就有ORP檢測(cè)的通道。 總而言之，ORP是污水處理廠自動(dòng)控制技術(shù)和厭氧精確控制發(fā)展的重要方向，對(duì)于節(jié)省能源、控制厭氧微生物的代謝途徑以及改善處理效果具有重要的意義。 ? 02?ORP在污水處理中的應(yīng)用 最早，氧化還原電位主要應(yīng)用在工業(yè)廢水的治理中，特別是處理一些金屬精加工中產(chǎn)生的廢水，后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(jià)離子和溶解氧，即多個(gè)氧化還原電對(duì)。通過ORP在線監(jiān)測(cè)儀表，污水中的氧化還原電位可以在很短時(shí)間內(nèi)被檢測(cè)出來，不需要再通過化驗(yàn)室進(jìn)行的采樣測(cè)量，在時(shí)間上可以大大縮短化驗(yàn)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。 ① 污水處理的各個(gè)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，最適為+300～+400mV；兼性厭氧微生物在+100mV以上時(shí)進(jìn)行好氧呼吸，在+100mV以下時(shí)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，最適為-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。污水生化處理中普遍的反應(yīng)過程所適宜的ORP值范圍，如下表所示： ② 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策略 通過監(jiān)測(cè)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。通過改變工藝運(yùn)行的環(huán)境條件，如： 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 減小曝氣量下降溶解氧濃度 投加碳源和還原性物質(zhì)下降氧化還原電位，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。 好氧生物處理： ORP與COD去除和硝化具有良好的相關(guān)性，通過ORP控制好氧曝氣量，可避免曝氣時(shí)間的不足或過量，確保處理出水的水質(zhì)。 缺氧生物處理： ORP與反硝化狀態(tài)的氮濃度在缺氧生物處理過程當(dāng)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)實(shí)踐表明，在反硝化脫氮過程當(dāng)中，當(dāng)ORP對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)＜-5時(shí)，反應(yīng)較徹底。出水中含有硝態(tài)氮，可以避免產(chǎn)生各種有毒有害物質(zhì)，例如硫化氫等。 厭氧生物處理： 厭氧反應(yīng)過程當(dāng)中，當(dāng)有還原物質(zhì)產(chǎn)生時(shí)，ORP值就會(huì)下降；反之，還原物質(zhì)減少，ORP值就會(huì)升高，并且在一定時(shí)間段里趨于穩(wěn)定。 ? 總而言之，對(duì)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(duì)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當(dāng)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)。 ③ 控制除磷工藝段的處理效果，提高除磷效果 對(duì)于生物除磷、除磷包括兩個(gè)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(shí)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(shí)從ATP轉(zhuǎn)化成ADP獲得能量，這種能量的儲(chǔ)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(chǔ)。 因此，工作人員可通過ORP來控制除磷工藝段的處理效果，提高除磷效果。當(dāng)工作人員不希望在一個(gè)硝化反應(yīng)過程發(fā)生反硝化反應(yīng)或亞硝酸鹽的聚集，必須保持高于+50mV的ORP值。同理，管理人員避免在下水管道系統(tǒng)中發(fā)生惡臭（H2S）的產(chǎn)生，管理人員必須保持管道中高于-50mV的ORP值，以避免硫化物的形成和反應(yīng)。 ④ 調(diào)節(jié)工藝的曝氣時(shí)間和曝氣強(qiáng)度，節(jié)能降耗 除此之外，工作人員還可以利用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(shí)間和曝氣強(qiáng)度，在滿足生物反應(yīng)條件的同時(shí)，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。 ? 03? ORP在黑臭水體判別和治理中的應(yīng)用 ① 氧化還原電位的測(cè)定方法 在黑臭水體治理中，氧化還原電位采用的是電位測(cè)定法，即鉑（P）電極直接測(cè)定法，是將鉑電極和參比電極直接插入取樣的水體中進(jìn)行測(cè)定。美國Wedomore ORP電極采用的是鉑電極，參比電極為氯化銀（AgC1）電極。ORP電極可以在其表層敏感層進(jìn)行電子吸收或釋放，一般以毫伏（mV）為單位。當(dāng)氧化還原電位為正，說明水質(zhì)具有氧化性，數(shù)值越大，氧化性越強(qiáng)；當(dāng)氧化還原電位為負(fù)，說明水質(zhì)具有還原性，數(shù)值越大，還原性越強(qiáng)。 ② 氧化還原電位測(cè)定法的特色 氧化還原電位的傳統(tǒng)測(cè)定法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量方法十分簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是要達(dá)到平衡電位值需要的時(shí)間較長。由于鉑電極表層會(huì)形成氧化膜或吸附其他物質(zhì)，所以建立平衡電位的時(shí)間會(huì)比較慢，需要根據(jù)介質(zhì)溶液的情況而定，介質(zhì)較干凈時(shí)間會(huì)稍微快些，幾個(gè)小時(shí)就可以，介質(zhì)比較臟會(huì)慢一些，有時(shí)會(huì)達(dá)到1~2天?？梢砸?guī)定一個(gè)時(shí)間，比如10min、20min、30min,在填報(bào)數(shù)據(jù)時(shí)，需標(biāo)識(shí)讀出時(shí)間。 綜上所述，ORP的檢測(cè)手段簡(jiǎn)單，設(shè)備價(jià)格較低，測(cè)量精度高，檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示。通過ORP 在線檢測(cè)，工作人員可以根據(jù)實(shí)時(shí)反饋的信息，快速掌握污水凈化反應(yīng)過程和水體污染狀態(tài)信息，從而實(shí)現(xiàn)污水處理環(huán)節(jié)的精細(xì)化管理和水環(huán)境質(zhì)量的高效管理。 在廢水處理中，發(fā)生的氧化還原反應(yīng)眾多，且在各反應(yīng)器內(nèi)影響ORP的因素也不相同。因此，在污水處理中，工作人員還需根據(jù)污水廠實(shí)際，進(jìn)一步研究水中溶解氧、pH、溫度、鹽度等因素與ORP的相關(guān)關(guān)系，建立適合不同水體的ORP控制參數(shù)。