OPR检测在水处理中的应用

述评与讨论ORP检测在水处理中的应用陈韬1,彭永臻2,田文军3,高景峰2,曾薇2(1.哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090;2.北京工业大学环境与能源工程学院,北京100022;3.中国市政工程华北设计研究院,天津300074)摘要:介绍了氧化还原电位ORP检测在国内、外对饮用水、泳池水和温泉消毒以及污水生物处理等方面的研究及应用现状,分析了应用中存在的问题,并提出了ORP检测在我国水处理工业中的研究和发展方向。关键词:ORP;水处理;消毒中图分类号:TU991.21文献标识码:B文章编号:1000-4602(2003)05-0020-03基金项目:国家自然科学基金资助项目(50138010);北京市自然科学基金资助项目(8002005)1ORP的应用现状111在水处理消毒中的应用20世纪30年代,哈佛大学生化专家研究组通过监测ORP来研究氯的氧化能力。结果表明,ORP读数与氯对许多微生物和细菌的杀灭效果高度相关,即与水质的细菌学指标相关。最初的发现很快被各国对饮用水和泳池水消毒的补充研究所证实,之后很多国际和国家卫生标准认可了ORP检测。1971年世界卫生组织规定饮用水采用ORP值为650mV(铂/甘汞电极)或700mV(铂/AgCl电极)的标准;1982年德国标准协会采用750mV(铂/AgCl电极)作为德国公共和商业泳池水ORP标准;1988年美国国家温泉和泳池协会采用650mV(铂/AgCl电极)作为公共温泉ORP最低建议值。在饮用水、泳池和温泉水消毒中采用ORP标准,主要有以下两个原因:1作为饮用水标准,ORP值比大肠杆菌总数指标能更好地反映水质。ORP指标考虑了水中pH、余氯、氰尿酸浓度、有机负荷和氮负荷等能影响总体杀菌效果的多种化学要素,给出了关于消毒剂和水质的简单、可靠、精确的读数,可以避免一系列耗时、高费用的化学和细菌学试验而一次性得到检测结果。尤其ORP可以检测氯、溴和臭氧等消毒剂的有效氧化能力。此外,ORP适用于所有氯和溴等标准消毒剂和臭氧、高锰酸钾、金属离子和UV系统等其他可选消毒剂。oORP检测易于借助电子仪器来显示水质甚至启动或关闭化学药剂投加装置,从而保持水质优良。用ORP控制器控制自动投药技术多年来一直应用于饮用水处理和大型公共泳池中,控制器安装如图1所示,在一两年内可以通过节省药剂、人力和维护费来收回成本。图1ORP/pH控制器安装示意图112在污水生物处理中的应用20世纪40年代初已开发出实用ORP监测电极并开始应用于污水生物处理中曝气量的控制。然#20#中国给水排水2003Vol.19CHINAWATER&WASTEWATERNo.5而,当开发出有效的DO传感器后,操作员对ORP监控失去了兴趣,因为ORP作为一个环境变量,其监测结果相对难以合理解释。直到最近去除营养物成为热点后人们才对ORP的研究和应用又产生了兴趣,因为DO传感器在生物脱氮除磷工艺的缺氧和厌氧区无法发挥作用,而ORP等常规的、相对简单的传感器可为过程控制和状态评估提供有用的信息,而且成本很低。此外CharpentierJ.等人根据15年来的经验,指出实际测量的ORP数值与电化学平衡理论预测的数值相一致。ORP数据还可以对曝气池中的物理或生物活动提供有用的信息(如图2所示)[1]。图2ORP范围和物理、生物现象的关系图2表示了去除溶解性污染物的先后顺序。污水中的碳、硫和氮化合物是经氧化还原反应而转化的物质,碳化合物还原性最强,大部分碳源在曝气阶段中较低的ORP范围内被去除,其余的则被絮体吸附并继续缓慢氧化,而氮化合物最难被氧化。已经证实脱氮过程中曝气结束时ORP值(铂/AgCl电极)接近+200mV,投加大量铁盐时ORP值(铂/AgCl电极)接近-130mV,硫化氢出现的范围是ORP值(铂/AgCl电极)为-250~-300mV。ORP值与活性污泥法中的生物化学反应释放的能量有关。因此ORP值随电子受体(氧、硝酸盐和硫酸盐等)及反应物和产物的浓度而增减,然而这种变化与浓度不成比例,而与浓度的对数成比例。大量试验和实际运行考察表明,ORP与NOX、磷、氨氮之间存在良好的相关关系。一些研究者提出了基于ORP绝对值或探测ORP曲线拐点的控制方式,其他人则倾向于用ORP联合时间设定以及DO、pH或氨传感器等控制曝气时间、优化ORP值下限以判断有机负荷和脱氮涉及的微生物增殖能力[2、3]。ORP值的变化规律可用于优化硝化和反硝化周期以保证脱氮,对有机物浓度变化作出响应,在强还原性有机物开始将硫酸盐还原成硫化物以前启动鼓风机以防止H2S的释放,防止生物除磷系统出现NO-3-N,还可以帮助向活性污泥中投加用于特殊处理的化学药剂(如投加铁盐除磷、向回流污泥中投氯以防止和抑制污泥膨胀等)。ORP信号变化还可以判断处理厂的非