氧化還原電位即ORP（Oxidation-reduction potential），是用來反映水質體系中所有物質表現出來的宏觀氧化-還原性，ORP值越大表明水體的氧化性越強，值越小表明水體的還原性越強。電位為正表示溶液顯示出一定的氧化性，為負則表示溶液顯示出一定的還原性。

 利用ORP可以控制液相環境中物種的存在形態，判斷氧化還原反應進行的程度。比如，傳統氧化還原水處理技術存在控制條件不夠精準、浪費藥劑、對環境不友好等不足，但借助ORP測量儀器，利用ORP的電信號作為檢測與控制手段，可大大改進氧化還原水處理技術的精準控制水平，從而提高處理效果。

ORP的檢測原理

ORP是水溶液中氧化還原能力的測量指標，其單位是mV。

在水質檢測中，氧化還原電位的測定主要使用氧化還原電位測定儀，它的檢測測原理和pH類似。

ORP測定儀主要由ORP測量電極、參比電極和電位計組成。ORP測量電極是一種可以在其敏感層表面進行電子吸收或釋放的電極，該敏感層是一種惰性金屬，通常是用鉑和金來制作，由于它們很難和其他物質發生反應，因此結果可信度更高。參比電極是用和pH電極一樣的銀／氯化銀電極。

ORP的檢測實際是電位差的測量，檢測時將鉑電極和參比電極插入水溶液中，金屬表面便會產生電子轉移反應，電極與溶液之間產生電位差，電極反應達到平衡時相對于參比電極的電位差即為氧化還原電位。
通常規定，標準氫電極電位為0。氧化還原反應中產生的ORP可由能斯特方程進行計算：

其中：

E——某一濃度下氧化還原電對電極電勢，V；

E0——氧化還原電對的標準電極電勢，V；

R——摩爾氣體常數，8.314J/（K·mol）；
T——熱力學溫度，K；
n——氧化還原反應中電子轉移數；F——法拉第常數，96,485C/mol；
[Ox]或[Red]——氧化劑或還原劑的濃度，mol/L。
可以看出，ORP的大小是多種因素共同作用的結果。當溶液中存在多種氧化還原電對時，它們彼此之間相互作用，共同組成一個復雜的氧化還原環境。ORP的測量儀器為氧化還原電位分析儀（ORP分析儀），優點是攜帶方便、測量迅速且精確。

ORP在水處理中的應用效果

氧化還原電位在工業廢水的治理中已使用多年，特別是處理一些金屬精加工中產生的廢水，但近年來在市政污水處理廠也逐步得到了廣泛的應用。
污水系統中存在著多種變價離子和溶解氧，即多個氧化還原電對。通過ORP在線監測儀表，污水中的氧化還原電位可以在很短時間內被檢測出來，不需要原來通過化驗室進行的采樣測量，在時間上可以大大縮短化驗流程，提高了工作效率。

在污水處理系統中重要的氧化還原反應包括含碳、含氮、含磷等有機污染物的生物降解，有機物的水解和酸化，硝化和反硝化反應，生物厭氧釋磷，好氧吸磷等等。這些反應實際上就是碳（C）、磷（P）、硫（S）、氮（N）和氧化狀態（含氧）的成分如硝酸鹽的變化、硫酸鹽和還原狀態（含氫）如氨（NH3）和硫化物（S2）相互轉變的過程。

環境中的pH對氧化還原電位也有影響。pH值低時，氧化還原電位低；pH值高時，氧化還原電位高。另外，水中的溶解氧含量在一定條件下會直接影響氧化還原電位，當溶解氧增大時，氧化還原電位也會隨之增大；溶解氧減小時，氧化還原電位隨之減小。

不同生化反應過程適宜的ORP范圍

污水處理的各個階段，微生物所需求的氧化還原電位不同。一般好氧微生物在＋100mV以上均可生長，為＋300～＋400mV；兼性厭氧微生物在＋100mV以上時進行好氧呼吸，為＋100mV以下時進行無氧呼吸；專性厭氧細菌要求為-200～-250mV，其中專性厭氧的產甲烷菌要求為-300～-400mV，為-330mV。好氧活性污泥法系統中正常的氧化還原環境在＋200～＋600mV之間。下面列出了污水生化處理中常見的反應過程所適宜的ORP值范圍。

根據表中列出的生物反應所需要的ORP值，通過監測和管理污水的ORP，管理人員可人為地控制生物反應發生。

比如通過改變工藝運行的環境條件，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。

因此管理人員利用ORP作為好氧生物處理、缺氧生物處理及厭氧生物處理中的控制參數，可實現更好的處理效果。對于污水處理廠的好氧生物處理，ORP與COD、BOD的生物降解，ORP與硝化反應具有良好的相關性。對于缺氧生物處理，ORP與反硝化狀態的硝酸鹽氮濃度在缺氧生物處理過程中存在一定的相關性，可以以此作為判斷反硝化過程是否結束的一個標準。

利用ORP提高除磷效果

對于生物除磷，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。

因此管理人員可通過ORP來控制除磷工藝段的處理效果，提高除磷效果。當管理人員不希望在一個硝化反應過程發生反硝化反應或亞硝酸鹽的聚集，必須保持超過＋50mV的ORP值。同理，管理人員防止在下水管道系統中發生惡臭的產生，管理人員必須保持管道中超過-50mV的ORP值，以防止硫化物的形成和反應。另外，管理人員還可以利用ORP與水中溶解氧的顯著相關性，通過ORP來調節工藝的曝氣時間和曝氣強度，在滿足生物反應條件的同時，達到節能降耗的目的。

ORP應用比較與分析

ORP指標雖然不能直接反映水質的好壞，但可以判斷和掌握污水處理中的氧化還原反應進程，進而通過改變工藝條件來調節和優化污水處理效果。

由于ORP的檢測手段簡單，設備價格較低，測量精度高，檢測數據實時顯示，通過對水中ORP在線檢測，信息實時反饋到現場管理人員，管理人員可以快速掌握污水凈化反應過程和水體污染狀態信息，從而實現污水處理環節的精細化管理和水環境質量的高效管理。

因此，我們通過進一步研究水中溶解氧、pH、溫度、鹽度等因素與ORP的相關關系，建立適合不同水體的ORP控制參數，使ORP逐步成為水處理行業新的管理工具。