ORP數值變化的影響因素！
【谷騰環保網訊】求(qiu)教ORP與各個因(yin)素的(de)(de)關(guan)系(xi)，比(bi)如ORP與pH，ORP與DO等，為啥會造成(cheng)ORP的(de)(de)數值改變？
了解ORP數值的變化與各個(ge)因素之間的關系，就要先(xian)從ORP的定(ding)義說起(qi)！
一、ORP的定義
ORP的(de)英文全稱是oxidation-reduction potential，翻譯過來是氧化(hua)還原電(dian)位。
它(ta)是液體(ti)中指示電極的氧化還(huan)原電位與(yu)比較電極的氧化還(huan)原電位的差(cha)，可以對整個(ge)系統的氧化還(huan)原狀態(tai)給出(chu)一(yi)個(ge)綜合(he)指標。
如ORP值低，表明廢水處理系統中還原性物質或有機污染物含量高，溶解氧濃度低，還原環境占優。如ORP值高，表明廢水中有機污染物濃度低，溶解氧或氧化性物質濃度高，氧化環境占優。
傳統氧化還(huan)原(yuan)(yuan)水(shui)處理技術(shu)存在控制(zhi)條(tiao)件不夠精準、浪(lang)費藥(yao)劑、對環境(jing)不友(you)好等不足，但借助ORP測(ce)量儀器，利用ORP的電信號作(zuo)為(wei)檢測(ce)與控制(zhi)手段，可(ke)大(da)大(da)改進氧化還(huan)原(yuan)(yuan)水(shui)處理技術(shu)的精準控制(zhi)水(shui)平(ping)，從而提高處理效果。
其檢(jian)測測原理和pH類(lei)似(si)，很多的pH在線檢(jian)測儀(yi)表具有兩通道的檢(jian)測方式，其中(zhong)就有ORP檢(jian)測的通道。
總而(er)言之，ORP是污水處理(li)廠自動控(kong)(kong)制技術和厭(yan)氧(yang)精(jing)確控(kong)(kong)制發(fa)展的(de)重要(yao)方向，對于(yu)節省(sheng)能源、控(kong)(kong)制厭(yan)氧(yang)微生(sheng)物的(de)代謝途徑以及(ji)改(gai)善處理(li)效果具有(you)重要(yao)的(de)意義(yi)。
二、ORP的影(ying)響因素
由于在(zai)廢水處(chu)理中(zhong)，發(fa)生的(de)氧化還(huan)原反應(ying)眾(zhong)多，而且(qie)在(zai)各(ge)反應(ying)器內影響ORP的(de)因素也不(bu)相同，很難(nan)判斷(duan)ORP的(de)改變主(zhu)要哪種(zhong)因素中(zhong)的(de)那一種(zhong)引起(qi)的(de)。
比如(ru)，在(zai)活性污泥處理系統中存在(zai)很(hen)多有(you)機物質，有(you)機物濃度較大的變(bian)(bian)化(hua)(hua)引起ORP較小的變(bian)(bian)化(hua)(hua)，但很(hen)難(nan)判斷(duan)ORP改變(bian)(bian)主要(yao)由那種有(you)機物引起。
因此(ci)，在(zai)研究(jiu)ORP改變對污水處理的指示作用前，應(ying)先了解影響其(qi)改變的因素有哪(na)些。
1、溶(rong)解氧（DO）
眾所周知，DO表(biao)示(shi)溶解在(zai)水(shui)中的氧(yang)的含(han)量，在(zai)好氧(yang)池(chi)(chi)中，出(chu)水(shui)口出(chu)DO應(ying)控制在(zai)2mg/l，如果是純(chun)氧(yang)曝氣應(ying)在(zai)4mg/l。缺氧(yang)反硝化池(chi)(chi)DO應(ying)在(zai)0.5mg/l。在(zai)厭(yan)氧(yang)池(chi)(chi)中，分子(zi)氧(yang)基本上不存在(zai)，硝態氮(dan)最好小于0.2mg/l。
DO作為(wei)廢水處理(li)的(de)一種(zhong)氧(yang)化劑，是(shi)引起系統ORP升高最直接的(de)原因。在純(chun)水中，ORP與DO的(de)對數成(cheng)線形(xing)關(guan)系，ORP隨DO的(de)升高而升高。
2、pH
廢水處理中，pH值(zhi)(zhi)是一(yi)個重要的控制(zhi)因子。好(hao)氧(yang)微生物和發酵產酸菌最佳生長pH值(zhi)(zhi)為(wei)(wei)6.5～8.5，厭(yan)氧(yang)產甲烷(wan)菌的最適宜pH為(wei)(wei)6.8～7.2。為(wei)(wei)控制(zhi)合適的pH值(zhi)(zhi)，一(yi)般通過加堿調節的方法控制(zhi)。
微(wei)生(sheng)物(wu)的(de)(de)(de)污染物(wu)的(de)(de)(de)代謝活動對pH值(zhi)(zhi)影響很大，在(zai)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)酸(suan)階段(duan)，產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)酸(suan)菌(jun)分解大分子有機物(wu)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)脂肪酸(suan)和二氧(yang)化(hua)碳有降低pH的(de)(de)(de)作(zuo)用，但在(zai)分解蛋白(bai)質的(de)(de)(de)過(guo)程(cheng)中產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)氨有提升pH值(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)作(zuo)用；在(zai)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)甲烷階段(duan)，產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)甲烷菌(jun)利(li)用乙酸(suan)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)甲烷可(ke)提高系統的(de)(de)(de)pH值(zhi)(zhi)。
pH值是(shi)引起ORP升降的(de)一個重要因素(su)，pH值越(yue)高，ORP越(yue)低(di)；pH值越(yue)低(di)，ORP越(yue)高。
值得一提的(de)是，在污水中(zhong)雖然pH與(yu)ORP有(you)一定的(de)相(xiang)關性(xing)，但由于ORP還(huan)受微(wei)生物活動、溶解(jie)氧等(deng)因素(su)的(de)影響，pH與(yu)ORP的(de)相(xiang)關性(xing)沒(mei)有(you)在純水中(zhong)的(de)強(qiang)。
3、溫度
在(zai)廢水處理過(guo)程中(zhong)，溫(wen)(wen)度(du)(du)是一個非常重要的指標。好氧(yang)微生(sheng)(sheng)物(wu)在(zai)15～30℃活動旺(wang)盛，厭氧(yang)微生(sheng)(sheng)物(wu)最佳溫(wen)(wen)度(du)(du)在(zai)35℃附近和(he)55℃附近。
在厭氧(yang)廢(fei)水處理過程中(zhong)，溫(wen)度(du)的(de)(de)改變對(dui)微生(sheng)物的(de)(de)組成和(he)增殖、產甲烷(wan)速率(lv)、污泥的(de)(de)沉(chen)淀性能等都有重要影(ying)響，因此，為保(bao)證厭氧(yang)池(chi)運行的(de)(de)穩(wen)定，廢(fei)水在進入(ru)厭氧(yang)池(chi)前一般通過冷卻塔(ta)降(jiang)溫(wen)和(he)水蒸(zheng)氣加(jia)熱的(de)(de)方(fang)法(fa)調節廢(fei)水溫(wen)度(du)至35℃或55℃。
研究實踐表明，溶(rong)液溫(wen)度越(yue)(yue)高，溶(rong)液的(de)ORP越(yue)(yue)低(di)；在廢水(shui)處理過(guo)程(cheng)(cheng)中，溫(wen)度的(de)影響也是如此(ci)。另外水(shui)處理過(guo)程(cheng)(cheng)溫(wen)度越(yue)(yue)高，ORP越(yue)(yue)低(di)，還與(yu)溫(wen)度升高導致水(shui)分子團(tuan)簇變小有(you)關。
此外，溫度的(de)改(gai)變(bian)也(ye)可同時導致酸堿度、氣體溶解度、生物活性的(de)改(gai)變(bian)以及水體污(wu)染物相間平衡的(de)改(gai)變(bian)，進而影(ying)響ORP。
4、微(wei)生物的組(zu)成(cheng)
在(zai)廢(fei)水生(sheng)物處理(li)系統中，存(cun)在(zai)著獨特的生(sheng)態(tai)系統。
在兩相厭(yan)(yan)氧(yang)生(sheng)物反應(ying)器(qi)中(zhong)，實現了(le)產(chan)酸(suan)菌(jun)和產(chan)甲烷(wan)菌(jun)的有效分離，便于系統的控制和管理。在絮狀泥(ni)占(zhan)優(you)勢(shi)的UASB中(zhong)，沿水流(liu)方向依(yi)次篩選出了(le)產(chan)酸(suan)菌(jun)和產(chan)甲烷(wan)菌(jun)。在厭(yan)(yan)氧(yang)顆(ke)粒泥(ni)和厭(yan)(yan)氧(yang)生(sheng)物膜中(zhong)，從外部(bu)到內部(bu)，占(zhan)優(you)勢(shi)的菌(jun)種由產(chan)酸(suan)菌(jun)向產(chan)甲烷(wan)菌(jun)轉變。
在(zai)厭氧反應系(xi)統中(zhong)，必須(xu)把DO濃度和ORP控制的很低，特別是在(zai)產(chan)甲烷階段，氧化還原電位不能高于-330mV。
而進(jin)水(shui)中(zhong)難免(mian)會有DO的(de)(de)存(cun)在，但在這種獨特的(de)(de)生(sheng)態系統(tong)(tong)的(de)(de)作用下，通過(guo)好氧(yang)微(wei)生(sheng)物、兼性微(wei)生(sheng)物、厭(yan)(yan)氧(yang)微(wei)生(sheng)物之間(jian)的(de)(de)協同作用以(yi)及共(gong)生(sheng)作用，系統(tong)(tong)的(de)(de)ORP很快降到甲烷菌適宜生(sheng)長的(de)(de)范圍。這種低氧(yang)化還原電位的(de)(de)現象不僅(jin)存(cun)在于厭(yan)(yan)氧(yang)反應器中(zhong)，甚(shen)至在曝氣池中(zhong)的(de)(de)絮狀泥中(zhong)也出現這種現象。
5、微生物的活性
厭氧(yang)活性污(wu)泥(ni)的活性可(ke)由最(zui)大比產甲烷速(su)率和(he)最(zui)大比COD去除速(su)率表(biao)示。好氧(yang)活性污(wu)泥(ni)的活性也可(ke)由最(zui)大比COD去除速(su)率表(biao)示。
微生物(wu)的(de)活性越高，消耗氧(yang)氣(qi)的(de)速(su)率和產生還原性物(wu)質的(de)速(su)率也越快，ORP降低也越迅速(su) 。
ORP作為(wei)反(fan)映水體宏觀氧化還(huan)原(yuan)性的綜(zong)合指標，其影(ying)響因素(su)種(zhong)類較(jiao)多，除上述(shu)幾個主要影(ying)響因素(su)外，還(huan)有(you)壓(ya)力、有(you)機(ji)物(wu)(wu)、固(gu)體物(wu)(wu)質、微生物(wu)(wu)種(zhong)類等因素(su)的影(ying)響。
這些因素(su)不(bu)是(shi)孤(gu)立的，它們相互影響、相互制約。因此，水體的氧化還原性(xing)也是(shi)多種因素(su)綜(zong)合作用(yong)的結果。
三、ORP在(zai)污水處(chu)理中的(de)應用
早些時(shi)候，氧化還原(yuan)電(dian)位主要應用在工業廢水的治理中，特別是(shi)處(chu)理一些金屬精加工中產(chan)生的廢水，后來在市政污(wu)水處(chu)理廠也逐步得到了廣(guang)泛的應用。
污水系統中(zhong)存在著多種變(bian)價(jia)離子和溶解氧，即(ji)多個氧化還原電對。通(tong)過(guo)ORP在線監測(ce)(ce)儀(yi)表，污水中(zhong)的氧化還原電位可(ke)以在很短時間(jian)內被(bei)檢測(ce)(ce)出來，不需(xu)要再通(tong)過(guo)化驗室進行的采(cai)樣測(ce)(ce)量，在時間(jian)上可(ke)以大(da)大(da)縮短化驗流(liu)程，提高(gao)了工作(zuo)效率(lv)。
在污(wu)水(shui)處理系統中重要(yao)的(de)氧化(hua)(hua)還原反應(ying)(ying)包括含碳、含氮、含磷(lin)等(deng)有(you)機(ji)污(wu)染物的(de)生物降解，有(you)機(ji)物的(de)水(shui)解和酸化(hua)(hua)，硝化(hua)(hua)和反硝化(hua)(hua)反應(ying)(ying)，生物厭氧釋磷(lin)，好氧吸(xi)磷(lin)等(deng)。
1、污水處理(li)的各個(ge)階段(duan)，微生物所需(xu)求的氧化還原電位不同
一般好(hao)氧(yang)微生物在+100mV以上(shang)均可生長，最適為+300～+400mV；兼性厭(yan)氧(yang)微生物在+100mV以上(shang)時(shi)進行好(hao)氧(yang)呼吸(xi)，在+100mV以下時(shi)進行無氧(yang)呼吸(xi)；專性厭(yan)氧(yang)細菌(jun)要(yao)(yao)求為-200～-250mV，其中專性厭(yan)氧(yang)的產甲(jia)烷(wan)菌(jun)要(yao)(yao)求為 -300～-400mV，最適為-330mV。
好氧活性污(wu)泥法系統中正常的氧化(hua)還(huan)原環境(jing)在+200～+600mV之間(jian)。污(wu)水生化(hua)處理(li)中常見(jian)的反應過程所適宜的ORP值范圍，如下表所示：
2、作為好氧(yang)生物(wu)處(chu)理、缺(que)氧(yang)生物(wu)處(chu)理及厭氧(yang)生物(wu)處(chu)理中的控制策略
通過監測和(he)管理(li)污水的ORP，管理(li)人(ren)員可人(ren)為地控制生物反應發生。通過改(gai)變(bian)工藝運行的環境(jing)條件，如：
加大曝氣量增加溶解氧濃度投加氧化性物質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降低氧化還原電位，從而實現促進或阻止該反應的進行。
因此，管理(li)(li)人員利用ORP作(zuo)為好氧生物處理(li)(li)、缺氧生物處理(li)(li)及(ji)厭氧生物處理(li)(li)中的控(kong)制(zhi)參數，可實現更(geng)好的處理(li)(li)效果。
好(hao)氧(yang)生物處理：
ORP與COD去除和硝化(hua)具(ju)有良好的(de)相關性，通過ORP控(kong)制(zhi)好氧曝氣(qi)量(liang)，可避(bi)免(mian)曝氣(qi)時間(jian)的(de)不足或(huo)過量(liang)，確保處理出水的(de)水質。
缺氧(yang)生物處理(li)：
ORP與(yu)反(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)化狀態的(de)氮(dan)濃度在缺氧生(sheng)(sheng)物(wu)處(chu)理過(guo)(guo)程中(zhong)存在一定的(de)相關性，可(ke)以以此作為判斷反(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)化過(guo)(guo)程是否結束的(de)一個標準。相關實踐表明，在反(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)化脫氮(dan)過(guo)(guo)程中(zhong)，當ORP對時(shi)(shi)間的(de)導數＜-5時(shi)(shi)，反(fan)(fan)應較(jiao)徹底。出水中(zhong)含有(you)(you)硝(xiao)(xiao)態氮(dan)，可(ke)以防止產生(sheng)(sheng)各(ge)種有(you)(you)毒有(you)(you)害物(wu)質(zhi)，例如硫化氫等。
厭氧生物處理：
厭氧反應過程中(zhong)，當(dang)有還(huan)原物(wu)質產生時，ORP值就會降低；反之，還(huan)原物(wu)質減少，ORP值就會升高(gao)，并(bing)且在(zai)一定時間(jian)段里趨于穩定。
總而言之(zhi)，對于污水處(chu)理廠的(de)好氧生(sheng)物處(chu)理，ORP與COD、BOD的(de)生(sheng)物降解，ORP與硝化反應(ying)具有良好的(de)相(xiang)關性。
對于缺(que)氧生(sheng)物處(chu)(chu)理，ORP與反硝(xiao)化狀態(tai)的(de)硝(xiao)酸鹽氮濃度在缺(que)氧生(sheng)物處(chu)(chu)理過(guo)程中存在一定(ding)的(de)相關性，可以以此作(zuo)為判斷反硝(xiao)化過(guo)程是否結束的(de)一個標準。
3、控制除磷(lin)工藝段的處(chu)理效果，提(ti)高除磷(lin)效果
對于生(sheng)物除磷(lin)、除磷(lin)包括兩個步驟：
一是在厭氧環境下磷的釋放階段，發酵菌在ORP在-100～-225mV的條件下產生脂肪酸，脂肪酸通過聚磷菌吸收，同時釋放磷進入水體中。二是在好氧池內聚磷菌開始降解上階段吸收的脂肪酸同時從ATP轉化成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的ORP為+25～+250mV 之間，才能發生生物除磷的存儲。
因此，工(gong)作人員可通過ORP來控制除磷(lin)(lin)工(gong)藝段的處理(li)效果，提高除磷(lin)(lin)效果。
當(dang)工作人(ren)(ren)員不希望在一(yi)個硝(xiao)化反(fan)(fan)應(ying)過(guo)程發(fa)(fa)生(sheng)反(fan)(fan)硝(xiao)化反(fan)(fan)應(ying)或亞(ya)硝(xiao)酸鹽的(de)聚集(ji)，必須(xu)保持超過(guo)+50mV的(de)ORP值。同(tong)理，管(guan)理人(ren)(ren)員防止(zhi)在下水(shui)管(guan)道(dao)系統中(zhong)發(fa)(fa)生(sheng)惡臭（H2S）的(de)產生(sheng)，管(guan)理人(ren)(ren)員必須(xu)保持管(guan)道(dao)中(zhong)超過(guo)-50mV的(de)ORP值，以(yi)防止(zhi)硫(liu)化物的(de)形(xing)成(cheng)和(he)反(fan)(fan)應(ying)。
4、調節工(gong)藝的曝(pu)氣時間和(he)曝(pu)氣強度，節能(neng)降耗
除(chu)此之外(wai)，工作(zuo)人員(yuan)還可(ke)以利用(yong)ORP與(yu)水(shui)中溶解氧的(de)(de)顯著相關(guan)性，通(tong)過ORP來調(diao)節(jie)(jie)工藝的(de)(de)曝(pu)氣時間和曝(pu)氣強度，在(zai)滿足(zu)生物(wu)反應條(tiao)件的(de)(de)同時，達到節(jie)(jie)能(neng)降耗的(de)(de)目的(de)(de)。
綜上所(suo)述(shu)，ORP的(de)檢測(ce)手段(duan)簡(jian)單，設備價格較(jiao)低，測(ce)量精度高，檢測(ce)數(shu)據實時顯示(shi)。
通過ORP 在線(xian)檢測，工(gong)作(zuo)人員可以根據(ju)實(shi)時反(fan)饋的信(xin)息(xi)，快速掌握污(wu)水(shui)凈(jing)化反(fan)應過程和水(shui)體(ti)污(wu)染狀態信(xin)息(xi)，從而(er)實(shi)現(xian)污(wu)水(shui)處理(li)(li)環節(jie)的精(jing)細化管(guan)理(li)(li)和水(shui)環境(jing)質量的高效管(guan)理(li)(li)。
但如上(shang)文提到，在(zai)廢(fei)水處理中，發生的氧化還原反(fan)應(ying)眾(zhong)多，且在(zai)各反(fan)應(ying)器(qi)內影響ORP的因素也(ye)不相同。
因(yin)此(ci)，在污(wu)水處理中(zhong)，工(gong)作人員還需根據污(wu)水廠實際，進(jin)一(yi)步(bu)研究水中(zhong)溶解氧(yang)、pH、溫(wen)度(du)、鹽度(du)等因(yin)素(su)與ORP的(de)相關(guan)(guan)關(guan)(guan)系(xi)，建立適合不同水體(ti)的(de)ORP控(kong)制參數。
參考資料：
1.[1]蘇高強. 有(you)機廢水處理工程中的(de)氧化(hua)還(huan)原(yuan)電(dian)位的(de)特性研究[D]. 鄭州大學, 2009.2.[1]趙永彬, 吳翠鮮. 氧化(hua)還(huan)原(yuan)電(dian)位在污(wu)水和(he)地表水凈化(hua)中的(de)作用[J]. 節能與環保, 2020(10):2.3.氧化(hua)還(huan)原(yuan)電(dian)位ORP究竟(jing)是個啥？它在污(wu)水處理中都(dou)有(you)哪些作用？[環保水圈]
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