ORP چیست و چه کاربردی در صنعت آب و فاضلاب دارد؟

عبارت ORP که مخفف Oxidation Reduction Potential است، به معنای «پتانسیل اکسایش و کاهش» می‌باشد. این شاخص نشان‌دهنده توان آب برای اکسید کردن (از بین بردن) یا کاهش دادن (جذب کردن) آلاینده‌ها است. به زبان ساده‌تر، ORP عددی است که نشان می‌دهد آب تا چه اندازه می‌تواند باکتری‌ها، آلاینده‌ها یا مواد شیمیایی را از بین ببرد یا در خود نگه دارد. عدد ORP معمولاً بر حسب میلی‌ولت (mV) اندازه‌گیری می‌شود و هرچه مقدار آن بیشتر باشد، قدرت اکسیدکنندگی آب بالاتر است.

در صنعت آب و فاضلاب، ORP یک ابزار دقیق برای ارزیابی کیفیت آب به شمار می‌رود. این شاخص کمک می‌کند تا بتوان میزان کلر، ازن یا سایر مواد اکسیدکننده را کنترل کرد. به همین دلیل در تصفیه‌خانه‌ها، استخرها، برج‌های خنک‌کننده، و حتی سیستم‌های اسمز معکوس RO، اندازه‌گیری ORP نقش مهمی دارد. اگر می‌خواهید بدانید ORP چگونه در کاربردهای مختلف آب و فاضلاب به کار می‌رود و چه استانداردهایی دارد، ادامه‌ی این مطلب را از دست ندهید.

ORP چیست؟

پتانسیل اکسایش و کاهش یا ORP، شاخصی است که میزان تمایل مواد موجود در آب برای انجام واکنش‌های الکترونی را نشان می‌دهد. وقتی صحبت از ORPچیست می‌شود، منظور اختلاف پتانسیلی است که میان دو ماده با تمایل متفاوت برای گرفتن یا دادن الکترون وجود دارد. این اختلاف به ما می‌گوید که آب در وضعیت اکسیدکننده قرار دارد یا احیایی. هرچه عدد ORP بیشتر باشد، یعنی آب قدرت بیشتری برای از بین بردن آلودگی‌های شیمیایی و میکروبی دارد. برعکس، اگر عدد منفی باشد، نشان می‌دهد که آب خاصیت احیایی پیدا کرده و ممکن است حاوی ترکیبات آلی یا گازهای محلول باشد.

اندازه‌گیری ORP به کمک دو الکترود انجام می‌شود؛ یکی از آن‌ها الکترود مرجع است و دیگری الکترود اندازه‌گیری. این دو با هم در تماس مستقیم با آب قرار می‌گیرند و اختلاف پتانسیل میان آن‌ها به‌صورت عددی در دستگاه نمایش داده می‌شود. مقدار ORP بر حسب میلی‌ولت سنجیده می‌شود و معمولاً بین منفی 500 تا مثبت 800 میلی‌ولت متغیر است. آب با مقدار بالای معمولاً خاصیت گندزدایی قوی دارد، در حالی که مقادیر منفی در به شرایطی اشاره دارند که در آن اکسیژن بسیار کم و مواد احیاکننده فراوان هستند. چنین محیطی معمولاً در فاضلاب‌ها یا حوضچه‌های بی‌هوازی دیده می‌شود.

شناخت ORP به درک بهتر رفتار شیمیایی و زیستی آب کمک می‌کند. کارشناسان تصفیه آب با تحلیل این عدد می‌توانند وضعیت مواد شیمیایی، میزان گندزدایی، و حتی فعالیت باکتری‌ها را ارزیابی کنند. دانستن اینکه ORPچیست، فقط برای درک واکنش‌های اکسایش و کاهش مفید نیست؛ بلکه به تصمیم‌گیری درباره تزریق کلر، ازن یا سایر مواد اکسیدکننده نیز کمک می‌کند.

در فرآیندهای صنعتی، مقدار ORP می‌تواند نشانه‌ای از سلامت یا خرابی سیستم باشد. اگر مقدار آن ناگهان کاهش یابد، ممکن است نشان‌دهنده افزایش بار آلی در آب یا کاهش اثربخشی گندزداها باشد. اما، بالا رفتن ناگهانی ORP می‌تواند به خوردگی تجهیزات یا آسیب به فیلترها منجر شود. ازاین‌رو، سنجش دقیق و مداوم ORP نقش تعیین‌کننده‌ای در نگهداری و کنترل فرآیندهای تصفیه دارد.

orp چیست

مقدار استاندارد ORP

مقدار استاندارد ORP بسته به نوع آب و هدف تصفیه متفاوت است. در جدول زیر حدود معمول برای کاربردهای گوناگون آورده شده است:

این اعداد صرفاً حدود متداول هستند و بسته به ترکیب شیمیایی آب، دما و نوع مواد ضدعفونی‌کننده، ممکن است تغییر کنند.

مقدار استاندارد orp در مواد غذایی

در تصفیه آب شهری، مقدار حدود +600 میلی‌ولت نشانه‌ی آن است که آب توانایی حذف باکتری‌ها را دارد، اما هنوز از نظر طعم و مزه طبیعی است. برای درک بهتر اینکه ORPچیست، می‌توان گفت مقدار بیش از +800 میلی‌ولت معمولاً بیانگر تزریق بیش از اندازه مواد اکسیدکننده است که ممکن است برای انسان یا تجهیزات مضر باشد.
در سیستم‌های فاضلاب، ORP منفی نشانه‌ی فعالیت میکروبی در شرایط بی‌هوازی است که برای فرآیندهایی مانند نیترات‌زدایی لازم است. شناخت دقیق اینکه ORPچیست، باعث می‌شود هر پروژه تصفیه محدوده ORP خود را بر اساس هدف نهایی تنظیم کند. کنترل دقیق این مقدار، راه دستیابی به تعادل شیمیایی و زیستی در سیستم‌های آبی است.

ارتباط ORP و PH

میان ORP و pH رابطه نزدیکی وجود دارد. در آب‌هایی با pH پایین (اسیدی)، خاصیت اکسیدکنندگی افزایش می‌یابد و مقدار ORP بالا می‌رود. برای درک بهتر اینکه ORPچیست، باید دانست که در مقابل، آب‌های قلیایی معمولاً ORP پایین‌تری دارند. این رابطه باعث می‌شود هنگام تنظیم سیستم‌های گندزدایی، هر دو پارامتر به‌طور هم‌زمان کنترل شوند.
اگر pH آب در استخر بالا برود، حتی با وجود کلر کافی، ORP کاهش پیدا می‌کند و قدرت گندزدایی کاهش می‌یابد. در چنین شرایطی باید ابتدا pH را اصلاح کرد تا ORP به مقدار مطلوب بازگردد.
در سیستم‌های تصفیه فاضلاب نیز، آگاهی از اینکه ORPچیست اهمیت دارد، زیرا تنظیم هم‌زمان pH و ORP واجب است تا باکتری‌های مفید بتوانند در شرایط مناسب فعالیت کنند. بی‌دقتی به این دو شاخص، کارایی کل سیستم را متوقف می‌کند.

کاربرد ORP و دما

دما یکی از عوامل مؤثر بر مقدار ORP است. برای فهم بهتر اینکه ORPچیست، باید دانست هرچه دمای آب افزایش پیدا کند، سرعت واکنش‌های شیمیایی نیز بالا می‌رود و در نتیجه مقدار ORP ممکن است تغییر کند. به‌طور معمول، افزایش دما باعث کاهش پتانسیل اکسیدکنندگی می‌شود.
در سیستم‌های تصفیه آب، برای اندازه‌گیری دقیق ORP باید دمای آب به‌صورت هم‌زمان ثبت و تصحیح شود. بسیاری از دستگاه‌های پیشرفته، مجهز به سنسور جبران دما هستند تا مقدار واقعی ORP را نمایش دهند.
در برج‌های خنک‌کننده و خطوط صنعتی که دمای آب متغیر است، آگاهی از اینکه ORPچیست اهمیت دارد، زیرا خطای کوچک در محاسبه ORP می‌تواند بر میزان تزریق مواد شیمیایی اثر بگذارد. بنابراین درک رابطه دما و ORP برای کنترل پایدار فرآیند واجب است.

عملکرد ORP به چه صورت است

برای فهم کارایی و عملکرد ORP، باید ابتدا بدانیم که این شاخص بر پایه‌ی واکنش‌های اکسایش و کاهش (رد و بدل شدن الکترون‌ها) عمل می‌کند. برای درک بهتر اینکه ORPچیست، کافی است بدانیم در هر محلولی مانند آب، موادی وجود دارند که یا الکترون می‌گیرند (اکسیدکننده‌اند) یا الکترون پس می‌دهند (احیاکننده‌اند). نتیجه‌ی این تبادل الکترونی، مقداری است که ما آن را پتانسیل اکسایش و کاهش یا همان ORP می‌نامیم.
در سیستم‌های آبی، مواد اکسیدکننده‌ای مانند کلر، ازن و پراکسید هیدروژن تمایل دارند الکترون از مواد دیگر بگیرند و عدد ORP را افزایش دهند. درک اینکه ORPچیست، کمک می‌کند بفهمیم چرا برعکس، مواد احیاکننده مثل آهن، سولفید و ترکیبات آلی الکترون می‌دهند و باعث کاهش عدد ORP می‌شوند.
برای اندازه‌گیری این پتانسیل، از دستگاهی به نام سنسور ORP استفاده می‌شود که از دو بخش اصلی تشکیل شده است:

• الکترود اندازه‌گیری (Measuring Electrode):
  این بخش مستقیماً با آب در تماس است و نسبت به واکنش‌های اکسایش و کاهش حساس می‌باشد. الکترود اندازه‌گیری تغییرات پتانسیل ناشی از تبادل الکترون‌ها را دریافت می‌کند و تاثیر اصلی در تشخیص وضعیت شیمیایی آب دارد. هرچه تمایل مواد به اکسید شدن بیشتر باشد، مقدار ثبت‌شده در این الکترود بالاتر خواهد بود.
• الکترود مرجع (Reference Electrode):
  این الکترود پتانسیل ثابتی دارد و برای مقایسه مورد استفاده قرار می‌گیرد. عملکرد آن شبیه نقطه‌ی صفر در یک مقیاس اندازه‌گیری است. اختلاف پتانسیل بین الکترود مرجع و الکترود اندازه‌گیری همان چیزی است که به‌صورت عدد ORP (بر حسب میلی‌ولت) نمایش داده می‌شود. در عمل، دستگاه ORP با اندازه‌گیری این اختلاف پتانسیل مشخص می‌کند که آب در چه حالتی قرار دارد:

• اگر عدد ORP مثبت و بالا باشد (مثلاً +600 میلی‌ولت)، محیط اکسیدکننده است و خاصیت گندزدایی دارد.
• اگر عدد منفی باشد (مثلاً -200 میلی‌ولت)، محیط احیایی است و ممکن است برای رشد باکتری‌های بی‌هوازی مناسب باشد.

 در سیستم‌های تصفیه آب و فاضلاب، این اندازه‌گیری معمولاً به کنترلرهای خودکار متصل می‌شود. ORPچیست مشخص می‌کند که در صورتی که عدد ORP از حد تعیین‌شده کمتر شود، دستگاه به‌طور خودکار تزریق کلر یا ازن را افزایش می‌دهد. اگر مقدار آن بیش از اندازه بالا رود، تزریق مواد شیمیایی متوقف می‌شود تا از خوردگی و آسیب به تجهیزات جلوگیری گردد.
همین مکانیسم باعث می‌شود ORP در فاضلاب نقش چشم ناظر سیستم را ایفا کند و ORPچیست کمک می‌کند عددی که در لحظه نشان می‌دهد آب در چه وضعیت شیمیایی قرار دارد و چه واکنشی باید انجام شود تا تعادل حفظ گردد.

• در سیستم اسمز معکوس RO:
  پیش از ورود آب به ممبران‌های سیستم اسمز معکوس RO، کنترل مقدار ORP اهمیت زیادی دارد. اگر عدد ORP بالا باشد، وجود مواد اکسیدکننده‌ای مانند کلر یا ازن را نشان می‌دهد که می‌توانند به غشاهای حساس سیستم اسمز معکوس RO آسیب بزنند. به همین دلیل، در واحدهای پیش‌تصفیه، سنسور ORP برای محافظت از این سیستم و افزایش عمر ممبران‌ها به‌طور مداوم مقدار پتانسیل اکسایش و کاهش را بررسی می‌کند.

کاربرد ORP در تصفیه آب استخر

در استخرها، کنترل ORPچیست در تصفیه آب اهمیت زیادی دارد زیرا مستقیماً بر سلامت شناگران تأثیر می‌گذارد. آب استخر باید هم تمیز باشد و هم تعادل شیمیایی مناسبی داشته باشد تا پوست و چشم انسان آسیب نبیند. دستگاه‌های کنترل ORP معمولاً به سیستم تزریق کلر متصل می‌شوند و با افزایش یا کاهش میزان کلر، عدد ORP را ثابت نگه می‌دارند. برای آب استخر، مقدار مطلوب ORP معمولاً بین +650 تا +750 میلی‌ولت است. در این محدوده، آب باکتری‌ها و ویروس‌ها را از بین می‌برد، بدون اینکه بوی نامطلوب کلر یا تحریک پوستی ایجاد شود. اگر ORP از این محدوده پایین‌تر رود، آب استخر توان ضدعفونی کافی را ندارد و رشد جلبک و باکتری افزایش می‌یابد.

مقدار بیش از حد نیز باعث تحریک پوست و خوردگی تجهیزات می‌شود. ORPچیست در کنترل دقیق این عدد نقش دارد و سلامت آب را حفظ می‌کند و آسایش شناگران را ثابت می‌کند.

ORP در تصفیه آب آشامیدنی

در آب آشامیدنی، ORP نقش مهم در حفظ سلامت مصرف‌کنندگان دارد. اگر آب دارای عدد ORP مثبت در حدود +600 میلی‌ولت باشد، معمولاً نشان‌دهنده‌ی وجود خاصیت اکسیدکنندگی و نابودی میکروارگانیسم‌هاست. اما اگر این مقدار منفی شود، آب خاصیت کاهندگی دارد و می‌تواند حاوی مواد آلی یا فلزات سنگین باشد که نیاز به تصفیه دارند.

در تصفیه‌خانه‌های شهری، ORP در تصفیه به‌طور پیوسته اندازه‌گیری می‌شود تا میزان کلر تزریق‌شده و قدرت گندزدایی کنترل شود. اگر عدد ORP کمتر از حد استاندارد باشد، کلر بیشتری وارد سیستم می‌شود تا توازن حفظ گردد. در تعریف ORPچیست در آب، این شاخص معیاری ساده و دقیق برای پایش کیفیت آب آشامیدنی شناخته می‌شود و در مدیریت فرآیند تصفیه تعیین‌کننده است.

این شاخص به کارکنان تصفیه‌خانه امکان می‌دهد بدون نیاز به آزمایش‌های پیچیده، تنها با مشاهده عدد ORP از کیفیت و ایمنی آب اطمینان حاصل کنند.

برج‌های خنک‌کننده و ORP

در برج‌های خنک‌کننده، آب در جریان مداوم با هوا و سطوح فلزی در تماس است. این شرایط باعث می‌شود میکروارگانیسم‌ها به‌سرعت رشد کنند و سطح فلزات دچار خوردگی یا رسوب شود. کنترل ORPچیست در این سیستم‌ها به مدیران نیروگاه‌ها یا کارخانه‌ها کمک می‌کند تا میزان مواد ضدعفونی‌کننده مانند کلر یا برم را دقیق‌تر تنظیم کنند و از رشد باکتری‌هایی مثل لژیونلا جلوگیری کنند.

اگر مقدار ORP در برج خنک‌کننده پایین باشد، نشان‌دهنده‌ی کاهش خاصیت ضدعفونی‌کننده آب است و ممکن است منجر به آلودگی شود. در مقابل، مقدار بالای ORP می‌تواند نشانه‌ی وجود بیش از حد مواد شیمیایی باشد که خود باعث خوردگی تجهیزات خواهد شد. تنظیم درست ORPچیست به معنی حفظ تعادل میان پاکی آب و دوام تجهیزات است.

پایش مداوم ORP در برج‌های خنک‌کننده موجب صرفه‌جویی در مصرف مواد شیمیایی می‌شود.

نتیجه‌گیری

شاخص ORP، مفهومی ساده اما کاربردی در کنترل کیفیت آب و فاضلاب است و نشان می‌دهد که آب در چه وضعیتی از نظر اکسیدکنندگی یا احیایی قرار دارد و آیا توان از بین بردن میکروارگانیسم‌ها و آلاینده‌ها را دارد یا نه.

در عمل، ORPچیست یک ابزار هشداردهنده است؛ تغییر چند ده میلی‌ولت در آن می‌تواند نشانه‌ی نقص در گندزدایی، افزایش آلودگی یا مصرف بیش از حد مواد شیمیایی باشد. ارتباط مستقیم ORP با pH و دما نیز تفسیر آن را نیازمند دقت بیشتر می‌کند.

با استفاده از سنسورهای دقیق و سیستم‌های کنترلی خودکار، پایش مداوم ORPچیست آسان شده و تصویری زنده از وضعیت درونی آب ارائه می‌دهد که سلامت انسان و دوام تجهیزات صنعتی را تحت تأثیر قرار می‌دهد.