氧化还原电位ORP究竟是个啥？它在污水处理中都有哪些作用？

01 什么是ORP？ ORP的英文全称是oxidation-reduction potential，翻译过来是氧化还原电位。它是液体中指示电极的氧化还原电位与比较电极的氧化还原电位的差，可以对整个系统的氧化还原状态给出一个综合指标。  如ORP值低，表明废水处理系统中还原性物质或有机污染物含量高，溶解氧浓度低，还原环境占优。 如ORP值高，表明废水中有机污染物浓度低，溶解氧或氧化性物质浓度高，氧化环境占优。 传统氧化还原水处理技术存在控制条件不够精准、浪费药剂、对环境不友好等不足，但借助ORP测量仪器，利用ORP的电信号作为检测与控制手段，可大大改进氧化还原水处理技术的精准控制水平，从而提高处理效果。其检测测原理和pH类似，很多的pH在线检测仪表具有两通道的检测方式，其中就有ORP检测的通道。 总而言之，ORP是污水处理厂自动控制技术和厌氧精确控制发展的重要方向，对于节省能源、控制厌氧微生物的代谢途径以及改善处理效果具有重要的意义。   02 ORP在污水处理中的应用 最早，氧化还原电位主要应用在工业废水的治理中，特别是处理一些金属精加工中产生的废水，后来在市政污水处理厂也逐步得到了广泛的应用。  污水系统中存在着多种变价离子和溶解氧，即多个氧化还原电对。通过ORP在线监测仪表，污水中的氧化还原电位可以在很短时间内被检测出来，不需要再通过化验室进行的采样测量，在时间上可以大大缩短化验流程，提高了工作效率。 在污水处理系统中重要的氧化还原反应包括含碳、含氮、含磷等有机污染物的生物降解，有机物的水解和酸化，硝化和反硝化反应，生物厌氧释磷，好氧吸磷等。 ① 污水处理的各个阶段，微生物所需求的氧化还原电位不同 一般好氧微生物在+100mV以上均可生长，最适为+300～+400mV；兼性厌氧微生物在+100mV以上时进行好氧呼吸，在+100mV以下时进行无氧呼吸；专性厌氧细菌要求为-200～-250mV，其中专性厌氧的产甲烷菌要求为 -300～-400mV，最适为-330mV。 好氧活性污泥法系统中正常的氧化还原环境在+200～+600mV之间。污水生化处理中普遍的反应过程所适宜的ORP值范围，如下表所示： ② 作为好氧生物处理、缺氧生物处理及厌氧生物处理中的控制策略 通过监测和管理污水的ORP，管理人员可人为地控制生物反应发生。通过改变工艺运行的环境条件，如： 加大曝气量增加溶解氧浓度 投加氧化性物质等措施提高氧化还原电位 减小曝气量下降溶解氧浓度 投加碳源和还原性物质下降氧化还原电位，从而实现促进或阻止该反应的进行。 因此，管理人员利用ORP作为好氧生物处理、缺氧生物处理及厌氧生物处理中的控制参数，可实现更好的处理效果。 好氧生物处理： ORP与COD去除和硝化具有良好的相关性，通过ORP控制好氧曝气量，可避免曝气时间的不足或过量，确保处理出水的水质。 缺氧生物处理： ORP与反硝化状态的氮浓度在缺氧生物处理过程当中存在一定的相关性，可以以此作为判断反硝化过程是否结束的一个标准。相关实践表明，在反硝化脱氮过程当中，当ORP对时间的导数＜-5时，反应较彻底。出水中含有硝态氮，可以避免产生各种有毒有害物质，例如硫化氢等。 厌氧生物处理： 厌氧反应过程当中，当有还原物质产生时，ORP值就会下降；反之，还原物质减少，ORP值就会升高，并且在一定时间段里趋于稳定。   总而言之，对于污水处理厂的好氧生物处理，ORP与COD、BOD的生物降解，ORP与硝化反应具有良好的相关性。 对于缺氧生物处理，ORP与反硝化状态的硝酸盐氮浓度在缺氧生物处理过程当中存在一定的相关性，可以以此作为判断反硝化过程是否结束的一个标准。 ③ 控制除磷工艺段的处理效果，提高除磷效果 对于生物除磷、除磷包括两个步骤： 一是在厌氧环境下磷的释放阶段，发酵菌在ORP在-100～-225mV的条件下产生脂肪酸，脂肪酸通过聚磷菌吸收，同时释放磷进入水体中。 二是在好氧池内聚磷菌开始降解上阶段吸收的脂肪酸同时从ATP转化成ADP获得能量，这种能量的储存需要从水中吸附过量的磷，吸附磷的反应要求好氧池内的ORP为+25～+250mV 之间，才能发生生物除磷的存储。 因此，工作人员可通过ORP来控制除磷工艺段的处理效果，提高除磷效果。当工作人员不希望在一个硝化反应过程发生反硝化反应或亚硝酸盐的聚集，必须保持高于+50mV的ORP值。同理，管理人员避免在下水管道系统中发生恶臭（H2S）的产生，管理人员必须保持管道中高于-50mV的ORP值，以避免硫化物的形成和反应。 ④ 调节工艺的曝气时间和曝气强度，节能降耗 除此之外，工作人员还可以利用ORP与水中溶解氧的显著相关性，通过ORP来调节工艺的曝气时间和曝气强度，在满足生物反应条件的同时，达到节能降耗的目的。   03  ORP在黑臭水体判别和治理中的应用 ① 氧化还原电位的测定方法 在黑臭水体治理中，氧化还原电位采用的是电位测定法，即铂（P）电极直接测定法，是将铂电极和参比电极直接插入取样的水体中进行测定。美国Wedomore ORP电极采用的是铂电极，参比电极为氯化银（AgC1）电极。ORP电极可以在其表层敏感层进行电子吸收或释放，一般以毫伏（mV）为单位。当氧化还原电位为正，说明水质具有氧化性，数值越大，氧化性越强；当氧化还原电位为负，说明水质具有还原性，数值越大，还原性越强。 ② 氧化还原电位测定法的特色 氧化还原电位的传统测定法的优点是测量方法十分简单，缺点是要达到平衡电位值需要的时间较长。由于铂电极表层会形成氧化膜或吸附其他物质，所以建立平衡电位的时间会比较慢，需要根据介质溶液的情况而定，介质较干净时间会稍微快些，几个小时就可以，介质比较脏会慢一些，有时会达到1~2天。可以规定一个时间，比如10min、20min、30min,在填报数据时，需标识读出时间。 综上所述，ORP的检测手段简单，设备价格较低，测量精度高，检测数据实时显示。通过ORP 在线检测，工作人员可以根据实时反馈的信息，快速掌握污水净化反应过程和水体污染状态信息，从而实现污水处理环节的精细化管理和水环境质量的高效管理。 在废水处理中，发生的氧化还原反应众多，且在各反应器内影响ORP的因素也不相同。因此，在污水处理中，工作人员还需根据污水厂实际，进一步研究水中溶解氧、pH、温度、盐度等因素与ORP的相关关系，建立适合不同水体的ORP控制参数。