近年來，隨著污水處理技術(shù)的不斷發(fā)展，氧化還原電位作為一項重要的水質(zhì)綜合指標(biāo)，也受到了小編的強烈關(guān)注。氧化還原電位，即ORP（Oxidation-reduction potential），用來反映水質(zhì)系統(tǒng)中所有物質(zhì)的宏觀氧化還原性質(zhì)。 ORP值越大，水體的氧化性越強，值越小，水體的還原性越強。ORP可用于控制液體環(huán)境中物種的存在，判斷氧化還原反應(yīng)的程度。例如，傳統(tǒng)的氧化還原水處理技術(shù)存在控制條件不準(zhǔn)確、浪費化學(xué)品、對環(huán)境不友好等缺點。但是，借助于ORP測量儀器，利用ORP電信號作為檢測和控制手段，可以大大提高氧化還原水處理技術(shù)。精確控制電平，從而提高處理效果。
1、ORP的檢測原理
ORP是衡量水溶液中氧化還原能力的指標(biāo)，單位為mV。在水質(zhì)檢測中，氧化還原電位主要用氧化還原電位計來測量。其檢測原理與pH相似。許多pH值在線檢測儀器都有雙通道檢測方式，包括ORP檢測通道。
ORP測量儀主要由ORP測量電極、參比電極和電位器組成。ORP測量電極是一種能在其敏感層表面吸收或釋放電子的電極。敏感層是一種惰性金屬，通常由鉑金和黃金制成。因為它們很難與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，所以結(jié)果的可信度更高。參比電極是與pH電極相同的銀/氯化銀電極。ORP的檢測實際上是電位差的測量。檢測時將鉑電極和參比電極插入水溶液中，金屬表面會發(fā)生電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，電極與溶液之間會產(chǎn)生電位差。當(dāng)電極反應(yīng)達到平衡時，相對于參比電極的電位差即為氧化還原電位。
一般規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)氫電極電勢為0。氧化還原反應(yīng)中產(chǎn)生的ORP可由能斯特方程計算在哪里：
E——氧化還原對在一定濃度下的電極電位，V；
E0——氧化還原對的標(biāo)準(zhǔn)電極電位，V；
R——摩爾氣體常數(shù)，8.314J/(K·mol)；
T——熱力學(xué)溫度，K；
n——氧化還原反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移數(shù)；
F——法拉第常數(shù)，96,485C/mol；
[Ox]或[Red]——氧化劑或還原劑濃度mol/L。
可見ORP的大小是多種因素共同作用的結(jié)果。當(dāng)溶液中存在多個氧化還原對時，它們相互作用形成復(fù)雜的氧化還原環(huán)境。ORP測量儀是一種氧化還原電位分析儀（ORP分析儀），具有攜帶方便、測量快速準(zhǔn)確等優(yōu)點。
2、ORP在水處理中的應(yīng)用效果
氧化還原電位法在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用已有多年，特別是在一些金屬精加工中產(chǎn)生的廢水的處理中，但近年來也在市政污水處理廠中逐漸得到了廣泛的應(yīng)用。
污水系統(tǒng)中有很多可變離子和溶解氧，即多個氧化還原對。通過ORP在線監(jiān)測儀，可以在極短的時間內(nèi)檢測出污水中的氧化還原電位，無需通過實驗室取樣測量，從時間上可以大大縮短檢測過程，提高工作效率。
污水處理系統(tǒng)中重要的氧化還原反應(yīng)包括含碳、氮、磷有機污染物的生物降解、有機物的水解酸化、硝化反硝化反應(yīng)、生物厭氧釋磷、好氧吸磷等。這些反應(yīng)實際上是碳（C）、磷（P）、硫（S）、氮（N）和氧化態(tài)（含氧）的組分如硝酸鹽、硫酸鹽和還原態(tài)（含氫）的組分如氨（ NH3)和硫化物(S2)相互轉(zhuǎn)化過程。環(huán)境的pH值也會影響氧化還原電位。pH值低時，氧化還原電位低；當(dāng)pH值高時，氧化還原電位高。此外，水中溶解氧的含量在一定條件下會直接影響氧化速度。還原電位，當(dāng)溶解氧增加時，氧化還原電位也會增加；當(dāng)溶解氧減少時，氧化還原電位會降低。
3、適用于不同生化反應(yīng)過程的ORP范圍
在污水處理的各個階段，微生物所需要的氧化還原電位是不同的。一般好氧微生物在+100mV以上即可生長，最佳為+300～+400mV；兼性厭氧微生物在+100mV以上進行有氧呼吸，在+100mV以下進行厭氧呼吸；專性厭氧菌需要-200～-250mV，其中專性厭氧產(chǎn)甲烷菌需要-300～-400mV，最適為-330mV。好氧活性污泥系統(tǒng)中正常的氧化還原環(huán)境在+200到+600mV之間。下面列出了污水生化處理中常見反應(yīng)過程的ORP值的適宜范圍。
根據(jù)表中所列生物反應(yīng)所需的ORP值，通過對污水的ORP進行監(jiān)測和管理，管理者可以人為地控制生物反應(yīng)的發(fā)生。
例如，通過改變工藝運行的環(huán)境條件、提高曝氣率提高溶解氧濃度、添加氧化性物質(zhì)等措施提高氧化還原電位、降低曝氣率降低溶解氧濃度、添加碳源等還原物質(zhì)降低氧化還原電位以促進或阻止反應(yīng)。因此，管理者可以在好氧生物處理、缺氧生物處理和厭氧生物處理中將ORP作為控制參數(shù)，以達到更好的處理效果。對于污水處理廠的好氧生物處理，ORP與COD、BOD生物降解、ORP和硝化作用有很好的相關(guān)性。對于缺氧生物處理，在缺氧生物處理過程中，與反硝化狀態(tài)下硝態(tài)氮的濃度存在一定的相關(guān)性，可作為判斷反硝化過程是否結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)。
4、利用ORP提高除磷效率
生物除磷包括兩個步驟：一是在厭氧環(huán)境中釋磷階段，發(fā)酵菌在ORP為-100~-225mV的條件下產(chǎn)生脂肪酸，脂肪酸通過聚磷菌吸附， 和將磷釋放到水體中。二是在好氧池中，聚磷菌開始降解前一階段吸收的脂肪酸，同時將ATP轉(zhuǎn)化為ADP獲取能量。這種能量的儲存需要吸收水中多余的磷，吸附磷的反應(yīng)需要好氧池中的ORP生物除磷的儲存只能發(fā)生在+25~+250mV之間。因此，管理者可以利用ORP來控制除磷工藝段的處理效果，提高除磷效果。當(dāng)管理人員不希望在硝化過程中發(fā)生反硝化或亞硝酸鹽積累時，必須保持高于+50mV的ORP值。同樣，為防止下水道系統(tǒng)產(chǎn)生惡臭，管理員必須保持管道中的ORP值超過-50mV，以防止硫化物的形成和反應(yīng)。此外，管理者還可以利用ORP與水中溶解氧的顯著相關(guān)性，通過ORP調(diào)節(jié)工藝的曝氣時間和曝氣強度，在滿足生物反應(yīng)條件的同時達到節(jié)能降耗的目的。