?什么是ORP？
ORP的英文全稱(chēng)是oxio-reduction potential，翻譯過(guò)來(lái)就是氧化還原電位。
它是指示電極的氧化還原電位與比較電極在液體中的氧化還原電位之差，可以給出整個(gè)系統(tǒng)氧化還原狀態(tài)的綜合指標(biāo)。
ORP值低，說(shuō)明廢水處理系統(tǒng)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)勢(shì)。
如果ORP值高，說(shuō)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)勢(shì)。
傳統(tǒng)氧化還原水處理技術(shù)存在控制條件不足、化學(xué)品浪費(fèi)、環(huán)境不友好等缺點(diǎn)。但是，借助ORP測(cè)量?jī)x器，利用ORP電信號(hào)作為檢測(cè)和控制手段，可以大大提高氧化還原水處理技術(shù)的精確控制水平，從而提高處理效果。
檢測(cè)原理類(lèi)似于pH值。許多在線(xiàn)pH檢測(cè)儀器都有雙通道檢測(cè)方式，其中有一個(gè)ORP檢測(cè)通道。
總之，ORP是污水處理廠(chǎng)自動(dòng)化控制技術(shù)和厭氧精密控制發(fā)展的重要方向。對(duì)節(jié)約能源、控制厭氧微生物的代謝途徑、提高處理效果具有重要意義。
02
ORP的難點(diǎn)及影響因素
由于廢水處理中氧化還原反應(yīng)較多，而且各個(gè)反應(yīng)器中影響ORO的因素也不盡相同，因此很難確定主要因素是哪一個(gè)導(dǎo)致ORP的變化。
例如，活性污泥處理系統(tǒng)中有很多有機(jī)物。有機(jī)物濃度的大變化引起ORP變化較小，但很難確定哪種有機(jī)物是ORP變化的主要原因。
因此，在研究ORP變化對(duì)廢水處理的指示作用之前，首先要了解影響其變化的因素。
1、溶解氧 (DO)。
DO代表溶解在水中的氧氣含量。在好氧池中，出水口的溶解氧應(yīng)控制在2mg/l，如果是純氧曝氣，則應(yīng)控制在4mg/l。缺氧反硝化池DO應(yīng)0.5mg/l。厭氧池內(nèi)基本不存在分子氧，硝態(tài)氮最好小于2mg/l。
DO作為廢水處理中的氧化劑，是系統(tǒng)ORP升高的最直接原因。在純水中，ORP和DO的對(duì)數(shù)是線(xiàn)性的，ORP隨著DO的增加而增加。
2、pH
在廢水處理中，pH 值是一個(gè)重要的控制因素。好氧微生物和產(chǎn)酸菌生長(zhǎng)的最適pH為6.5～8.5，厭氧產(chǎn)甲烷菌的最適pH為6.8～7.2。為了控制合適的pH值，一般通過(guò)加堿來(lái)調(diào)節(jié)。
微生物污染物的代謝活動(dòng)對(duì)pH值影響很大。在產(chǎn)酸階段，產(chǎn)酸菌分解大分子有機(jī)物，產(chǎn)生脂肪酸和二氧化碳，降低pH值，但在分解蛋白質(zhì)過(guò)程中產(chǎn)生氨可使pH值升高。作用：在產(chǎn)甲烷階段，產(chǎn)甲烷菌可以利用醋酸產(chǎn)生甲烷酶來(lái)提高系統(tǒng)的pH值。
pH值是引起ORP升降的重要因素。pH值越高，ORP越低；pH值越低，ORP越高。
值得一提的是，雖然污水中pH值和ORP有一定的相關(guān)性，但pH值和ORP的相關(guān)性不如純水強(qiáng)，因?yàn)镺RP還受微生物活動(dòng)、溶解氧等因素的影響。
3、溫度
在廢水處理過(guò)程中，溫度是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。好氧微生物在15-30℃活躍，厭氧微生物最適溫度在35℃和55℃左右。
在厭氧廢水處理過(guò)程中，溫度的變化對(duì)微生物的組成和增殖、產(chǎn)甲烷率和污泥的沉降性能有重要影響。因此，為了保證厭氧池的穩(wěn)定運(yùn)行，廢水進(jìn)入?yún)捬醭亍Ｒ郧埃瑥U水的溫度是通過(guò)冷卻塔冷卻和蒸汽加熱來(lái)調(diào)節(jié)到 35°C 或 55°C 的。
研究和實(shí)踐表明，溶液溫度越高，溶液的ORP越低；廢水處理過(guò)程中溫度的影響也是如此。另外，水處理過(guò)程溫度越高，ORP越低，這也與溫度升高引起的水分子簇變小有關(guān)。
此外，溫度的變化還會(huì)導(dǎo)致pH值、氣體溶解度、生物活性以及水污染物平衡的變化，進(jìn)而影響ORP。
3、微生物的組成
在廢水生物處理系統(tǒng)中，存在著*的生態(tài)系統(tǒng)。
在兩相厭氧生物反應(yīng)器中，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌的有效分離，便于系統(tǒng)控制和管理。在以絮狀泥為主的UASB中，沿水流方向依次篩選產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌。在厭氧顆粒泥和厭氧生物膜中，由外到內(nèi)，優(yōu)勢(shì)菌種由產(chǎn)酸菌向產(chǎn)甲烷菌轉(zhuǎn)變。
在厭氧反應(yīng)體系中，DO濃度和ORP必須控制在很低的水平，特別是在產(chǎn)甲烷階段，氧化還原電位不能高于-330mV。
水中DO的存在是不可避免的，但在這個(gè)*生態(tài)系統(tǒng)的作用下，通過(guò)好氧微生物、兼性微生物和厭氧微生物之間的協(xié)同共生，系統(tǒng)的ORP迅速降低。到甲烷菌適宜生長(zhǎng)的范圍。這種氧化還原電位低的現(xiàn)象不僅存在于厭氧反應(yīng)器中，在曝氣池中的絮狀泥漿中也存在。
4、 微生物活動(dòng)
厭氧活性污泥的活性可以用最大比甲烷產(chǎn)率和最大比COD去除率來(lái)表示。好氧活性污泥的活性也可以用最大比COD去除率來(lái)表示。
微生物的活性越高，耗氧速度和還原物質(zhì)生成速度越快，ORP降低速度越快。
ORP是反映水體宏觀(guān)氧化還原性質(zhì)的綜合指標(biāo)。影響因素有很多種。除了上述主要影響因素外，還有壓力、有機(jī)物、固體物、微生物種類(lèi)等因素。
這些因素不是孤立的，它們相互影響，相互制約。因此，水體的氧化還原性能也是多種因素綜合作用的結(jié)果。
03
ORP在污水處理中的應(yīng)用
早些時(shí)候，氧化還原電位主要用于工業(yè)廢水的處理，特別是金屬精加工中產(chǎn)生的一些廢水的處理。后來(lái)逐漸廣泛應(yīng)用于市政污水處理廠(chǎng)。
污水系統(tǒng)中存在多個(gè)可變價(jià)離子和溶解氧，即多個(gè)氧化還原對(duì)。通過(guò)ORP在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀，可以在很短的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)出污水中的氧化還原電位，無(wú)需在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行采樣測(cè)量。時(shí)間可以大大縮短測(cè)試過(guò)程，提高工作效率。
污水處理系統(tǒng)中重要的氧化還原反應(yīng)包括碳、氮、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，生物厭氧磷釋放，好氧磷吸收等。
1、在污水處理的各個(gè)階段，微生物所需的氧化還原電位是不同的
一般好氧微生物可在+100mV以上生長(zhǎng)，最適宜的范圍為+300～+400mV；兼性厭氧微生物在+100mV以上進(jìn)行有氧呼吸，在+100mV以下進(jìn)行厭氧呼吸；專(zhuān)性厭氧菌對(duì)細(xì)菌的要求是-200～-250mV，專(zhuān)性厭氧產(chǎn)甲烷菌的要求是-300～-400mV，相對(duì)適合的是-330mV。
好氧活性污泥系統(tǒng)中正常的氧化還原環(huán)境在+200～+600mV之間。廢水生化處理中常見(jiàn)反應(yīng)過(guò)程的適宜ORP值范圍如下表所示：
2、作為好氧生物處理、缺氧生物處理和厭氧生物處理的控制策略
通過(guò)監(jiān)測(cè)和管理廢水的ORP，管理者可以人為地控制生物反應(yīng)的發(fā)生。通過(guò)改變工藝操作的環(huán)境條件，例如：
增加曝氣速率以增加溶解氧濃度
添加氧化性物質(zhì)等提高氧化還原電位的措施
減少曝氣量，降低溶解氧濃度
添加碳源和還原物質(zhì)降低氧化還原電位，從而促進(jìn)或阻止反應(yīng)的進(jìn)行。
因此，管理者可以將ORP作為好氧生物處理、缺氧生物處理和厭氧生物處理的控制參數(shù)，以達(dá)到更好的處理效果。
好氧生物處理：
ORP 與 COD 去除和硝化有很好的相關(guān)性。通過(guò)ORP控制好氧曝氣量，可以避免曝氣時(shí)間不足或過(guò)長(zhǎng)，保證處理后出水的水質(zhì)。
缺氧生物處理：
ORP與缺氧生物處理過(guò)程中脫氮狀態(tài)的氮濃度存在一定的相關(guān)性，可作為判斷脫氮過(guò)程是否結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)實(shí)踐表明，在反硝化和反硝化過(guò)程中，當(dāng)ORP對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)小于-5時(shí)，反應(yīng)更為*。出水含有硝態(tài)氮，可防止硫化氫等多種有毒有害物質(zhì)的產(chǎn)生。
厭氧生物處理：
在厭氧反應(yīng)過(guò)程中，當(dāng)產(chǎn)生還原性物質(zhì)時(shí)，ORP值會(huì)降低；相反，當(dāng)還原性物質(zhì)減少時(shí)，ORP值會(huì)升高并在一定時(shí)間內(nèi)趨于穩(wěn)定。
總而言之，對(duì)于污水處理廠(chǎng)的好氧生物處理，ORP與COD、BOD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與缺氧生物處理過(guò)程中處于反硝化狀態(tài)的硝態(tài)氮濃度存在一定的相關(guān)性，可以作為判斷反硝化過(guò)程是否結(jié)束的標(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)境中磷的釋放階段。發(fā)酵菌在-100~-225mV的ORP條件下產(chǎn)生脂肪酸。脂肪酸被蓄磷細(xì)菌吸收，同時(shí)將磷釋放到水體中。
二是好氧池中的聚磷菌開(kāi)始降解前一階段吸收的脂肪酸，同時(shí)從ATP中獲取能量轉(zhuǎn)化為ADP。這種能量?jī)?chǔ)存需要從水中吸附過(guò)量的磷。吸附磷的反應(yīng)要求好氧池中的ORP為+。生物除磷的儲(chǔ)存只能在25～+250mV之間發(fā)生。
因此，工作人員可以通過(guò)ORP來(lái)控制除磷工藝段的處理效果，提高除磷效果。
當(dāng)工作人員不想在硝化過(guò)程中反硝化或積累亞硝酸鹽時(shí)，他們必須保持ORP值在+50mV以上。同樣，管理人員防止下水道系統(tǒng)產(chǎn)生惡臭（H2S），管理人員必須保持管道中的ORP值在-50mV以上，以防止硫化物的形成和反應(yīng)。
4、調(diào)整工藝曝氣時(shí)間和強(qiáng)度，節(jié)能降耗
此外，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(guò)ORP調(diào)節(jié)工藝的曝氣時(shí)間和曝氣強(qiáng)度，在滿(mǎn)足節(jié)能降耗的同時(shí)達(dá)到節(jié)能降耗的目的。生物反應(yīng)條件。
綜上所述，ORP的檢測(cè)方法簡(jiǎn)單，設(shè)備價(jià)格低，測(cè)量精度高，檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示。
通過(guò)ORP在線(xiàn)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(guò)程和水污染狀態(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.
但是，如上所述，在廢水處理中，氧化還原反應(yīng)很多，每個(gè)反應(yīng)器中影響ORP的因素都不一樣。
因此，在污水處理中，工作人員需要根據(jù)污水廠(chǎng)的實(shí)際情況，進(jìn)一步研究水中溶解氧、pH、溫度、鹽度等因素與ORP的關(guān)系，建立適合不同水體的ORP控制參數(shù)。 .
