ORP مخفف (Oxidation Reduction Potential) به پتانسیل اکسایش و کاهش گفته میشود که یکی از پارامترهای کیفیت آب محسوب میشود. این پارامتر نشان‌دهنده تمایل یک ماده به گرفتن یا از دست دادن الکترون است. در واقع، ORP بیانگر قدرت اکسیدکنندگی یا کاهش‌کنندگی یک محلول است. به تعبیری دیگر پارامتر ORP میزان قدرت آب در اکسایش و گرفتن الکترون از محیط اطراف را نشان می دهد. به طوریکه محیط های اسیدی دارای ORP بسیار بالا بوده و این مقدار برای محیط های قلیایی تا حد زیادی کاهش پیدا می کند. به دلیل تاثیر مواد اکسیدکننده بر بدن و صنعت، پتانسیل اکسایش کاهش اهمیت بالایی دارد و مقدار آن باید در سطح استاندارد قرار گیرد. در ادامه ابتدا این شاخص را معرفی و سپس مقدار استاندارد، روش اندازه گیری، عوامل موثر بر آن و کاربرد ORP در تصفیه آب و فاضلاب را بررسی خواهیم کرد.
ORP آب چیست؟
عناصر موجود در طبیعت در سه حالت قرار دارند؛ تمایل به جذب الکترون، از دست دادن الکترون، خنثی! عناصری که تمایل به جذب الکترون دارند، در واقع اکسیدکننده هستند. به همین دلیل وجود مقدار زیاد این عناصر باعث خوردگی شده و اصطلاحا اکسایش رخ می دهد. به میزان تمایل یک محیط یا عنصر برای جذب اکترون و اکسایش را اصطلاحا ORP گویند.
برای درک بهتر این شاخص، آب با مقدار زیاد کلر را در نظر بگیرید. کلر در آب تمایل به جذب الکترون دارد و با افزایش آن ORP افزایش پیدا می کند. در مقابل، با کاهش مقدار کلر آب، پتانسیل اکسایش نیز کمتر میشود.
عوامل موثر بر پتانسیل اکسایش
پتانسیل کاهش با شاخص های متعددی در ارتباط است که افزایش و کاهش آنها بر مقدار این پارامتر تاثیر می گذارد. از مهم ترین این عوامل می توان به گزینه های زیر اشاره کرد:
تاثیر PH بر ORP
ORP و PH دو فاکتور مهم هستند که بر روی هم تاثیر می گذارند. با افزایش خاصیت اسیدی آب، آب حالت قلیایی پیدا می کند و بیشتر تمایل به از دست دادن الکترون دارد. در این شرایط ORP کاهش پیدا می کند، چون قدرت و تمایل به دریافت الکترون در چنین محیطی کاهش یافته است. با کاهش PH محیط خاصیت اسیدی پیدا می کند و اکسیدکننده قوی خواهد بود. در این شرایط پتانسیل اکسایش افزایش پیدا می کند.
دقت داشته باشید که میان این دو شاخص فقط می توان مشخص کرد که افزایش یکی یاعث کاهش دیگری خواهد شد. اما رابطه خطی که مشخص کند هر کدام چند برابر دیگری هستند وجود ندارد.
بیشتر بخوانید: پارامترهای کیفیت آب
تاثیر کلر آب بر ORP
یکی از عوامل بسیار موثر در آب که برای ضدعفونی و گندزدایی استفاده میشود، کلر است. هرچه غلظت مواد اکسیدکننده ای مانند کلر، ازن یا پرمنگنات بیشتر باشد، ORP نیز بالاتر خواهد بود. برعکس، افزایش غلظت مواد احیاکننده مانند سولفید هیدروژن باعث کاهش ORP میشود. کلر موجود در آب در حالت طبیعی خاصیت خورندگی دارد و الکترون جذب می کند. با افزایش مقدار کلر در آب، ORP نیز بیشتر خواهد شد. با کاهش کلر نیز مقدار پتانسیل کاهش محیط افت پیدا می کند.
نه تنها کلر، بلکه وجود هر عنصر دیگری که باعث افزایش تمایل محیط به جذب الکترون شود می تواند ORP را تحت تاثیر قرار دهد.
تاثیر دما بر ORP
از دیگر عوامل موثر بر ORP، دما است. با افزایش دما مقدار پتانسیل اکسیدکنندگی محیط کاهش یافته و با کاهش دما مقدار این شاخص افزایش پیدا می کند. دقت داشته باشید که دما و PH با هم رابطه مستقیم دارند.
یون‌های فلزی بر ORP
یون‌های فلزی مانند آهن و مس می‌توانند بر روی ORP آب تاثیر بگذارند.
مواد آلی آب
مواد آلی موجود در آب می‌توانند به عنوان مواد احیاکننده عمل کنند و باعث کاهش ORP شوند.
مقدار استاندارد ORP
سوال بسیار مهم این است که مقدار استاندارد ORP برای آب و سایر مواد غذایی و محیط اطراف چقدر باید باشد؟ ورود مواد غذایی با پتانسیل اکسیدکنندگی بالا به بدن باعث جذب الکترون شده و یکی از عوامل بروز سرطان است. در مقابل، موادی که اکسیدکنندگی پایینی دارند که به آنها آنتی اکسیدان نیز گفته میشود، الکترون پس می دهند. بر اساس استانداردهای ارائه شده از سوی سازمان غذا و دارو، مقدار پتانسیل اکسایش به صورت زیر است:
و همینطور مقدار مجاز ORP برای آب مورد استفاده بسته به کاربرد آن متفاوت است. به طور کلی:
- آب آشامیدنی: مقدار ORP مطلوب معمولاً بین +200 تا +400 میلی‌ولت است. این مقدار نشان‌دهنده آب با خاصیت ضدعفونی‌کنندگی مناسب است.
- آب استخر: برای جلوگیری از رشد باکتری‌ها، مقدار ORP در استخرها معمولاً بالاتر و بین +450 تا +700 میلی‌ولت تنظیم میشود.
- آب برج خنک‌کننده: مقدار ORP در این آب‌ها معمولاً بین +250 تا +350 میلی‌ولت است.
روش اندازه گیری پتانسیل اکسایش
واحد اندازه گیری پتانسیل کاهش اکسیداسیون میلی ولت (mV) است، چون در واقع پتانسیل نوعی انرژی بالقوه است. برای اندازه گیری در دستگاه ORP متر الکترودهای طلا و نقره تعبیه میشود. مواد اکسیدکننده موجود در آب الکترون های طلا را به سمت خود جذب می کنند و در نتیجه ولتاژ تولید میشود. این ولتاژ با الکترودهای محلول در نقره مقایسه شده و اختلاف آن نشان دهنده پتانسیل اکسایش کاهش است.
کاربرد ORP در تصفیه آب و فاضلاب
- کنترل کیفیت آب: ORP به عنوان یک پارامتر مهم در کنترل کیفیت آب آشامیدنی، آب استخرها، آب برج‌های خنک‌کننده و آب‌های صنعتی استفاده میشود.
- اندازه‌گیری اثربخشی ضدعفونی: با اندازه‌گیری ORP می‌توان به طور غیرمستقیم میزان کلر باقیمانده در آب را تخمین زد و از اثربخشی فرایند ضدعفونی اطمینان حاصل کرد.
- کنترل خوردگی: ORP می‌تواند در کنترل خوردگی سیستم‌های آبی استفاده شود. آب با ORP بالا می‌تواند باعث خوردگی لوله‌ها و تجهیزات شود.
- پایش فرآیندهای تصفیه: ORP در پایش فرآیندهای تصفیه آب و فاضلاب، به ویژه در فرآیندهای اکسیداسیون و احیا، کاربرد دارد.
کاربرد ORP در تصفیه آب آشامیدنی
به دلیل تاثیر منفی مواد اکسیدکننده بر بدن، آب سالم نباید پتانسیل اکسایش بالایی داشته باشد. هر اندازه آب آشامیدنی ORP کمتری داشته و منفی باشد، به همان نسبت ورود آن به بدن تاثیر بیشتری بر سلامتی دارد. در دستگاه تصفیه آب صنعتی این شاخص های اندازه گیری شده و با حذف املاح، فلزات و یون ها مقدار آن در سطح استاندارد تنظیم میشود.
کاربرد ORP در استخر
در استخرهای شنا از کلر برای ضدعفونی و گندزدایی استفاده میشود. کلر تمایل زیادی به جذب الکترون دارد و افزایش آن در آب باعث خورندگی شدید میشود. به همین دلیل بعد از تصفیه آب استخر، اگر ORP بیش از اندازه بالا باشد، به معنای وجود مقدار زیاد کلر در آن است. کلر باقیمانده در استخر بعد از تصفیه اگر زیاد باشد، باعث بیماری های پوستی و تنفسی میشود.
علاوه براین، اگر ORP پایین باشد، یعنی در آب استخر کلر بسیار کمی وجود دارد. در نتیجه گندزدایی و حذف باکتری ها با اختلال مواجه خواهد شد. در این شرایط با تزریق کلر مقدار پتانسیل اکسایش کاهش آب استخر افزایش پیدا می کند.
کاربرد پتانسیل اکسایش در صنعت
پتانسیل اکسیدکنندگی آب موجود در دیگ های بخار و برج های خنک کننده اگر بیش از مقدار استاندارد باشد، خورندگی آب زیاد میشود. در نتیجه احتمال خوردگی جداره های دیگ بخار و برج خنک کننده افزایش پیدا می کند. به همین دلیل این فاکتور در آب ورودی به دیگ های بخار اندازه گیری شده و به شیوه های مختلف از جمله استفاده از دستگاه تصفیه آب دیگ بخار کاهش پیدا می کند.
چگونه می‌توان ORP آب را افزایش یا کاهش داد؟
-
افزایش ORP
- اضافه کردن مواد اکسیدکننده: برای افزایش ORP می‌توان از مواد اکسیدکننده مانند کلر، ازن یا پرمنگنات استفاده کرد.
- کاهش pH: کاهش pH آب نیز می‌تواند باعث افزایش ORP شود.
-
کاهش ORP
- اضافه کردن مواد احیاکننده: برای کاهش ORP می‌توان از مواد احیاکننده مانند سولفیت سدیم یا بی‌سولفیت سدیم استفاده کرد.
- افزایش pH: افزایش pH آب نیز می‌تواند باعث کاهش ORP شود.
کاربردهای ORP در دیگر صنایع
علاوه بر کاربردهای ذکر شده، ORP در صنایع مختلفی مانند صنایع غذایی، دارویی، شیمیایی و زیست‌شناسی نیز کاربرد دارد. به عنوان مثال، ORP در صنایع غذایی برای کنترل فرآیندهای اکسیداسیون و کاهش، در صنایع دارویی برای کنترل کیفیت داروها و در صنایع زیست‌شناسی برای مطالعه فرآیندهای بیولوژیکی استفاده میشود.
ارتباط بین ORP و طعم آب
ORP و طعم آب به طور مستقیم به هم مرتبط نیستند، اما می‌توانند به طور غیرمستقیم بر روی هم تأثیر بگذارند. یک ORP بالا معمولاً نشان‌دهنده وجود مواد اکسیدکننده قوی مانند کلر است که می‌تواند باعث ایجاد طعم و بوی کلر در آب شود. از طرف دیگر، ORP پایین ممکن است نشان‌دهنده وجود مواد احیاکننده باشد که می‌توانند باعث ایجاد طعم‌های نامطبوع مانند طعم گوگردی یا فلزی در آب شوند.
تشخیص آلودگی آب با استفاده از پارامتر ORP
ORP به عنوان یک ابزار تشخیص آلودگی آب به تنهایی کافی نیست. اما می‌تواند به عنوان یک شاخص اولیه برای ارزیابی کیفیت آب استفاده شود. به عنوان مثال:
- کاهش ناگهانی ORP: کاهش ناگهانی ORP ممکن است نشان‌دهنده ورود مواد آلی یا احیاکننده به آب باشد که می‌تواند نشانه آلودگی باشد.
- افزایش ناگهانی ORP: افزایش ناگهانی ORP ممکن است نشان‌دهنده ورود مواد اکسیدکننده قوی به آب باشد که می‌تواند نشانه آلودگی یا اضافه کردن بیش از حد مواد ضدعفونی‌کننده باشد.
جمع بندی
میزان تمایل محیط به جذب الکترون و اکسیدکنندگی را اصطلاحا ORP می گویند. این شاخص مشخص می کند که سیال و محیط مورد نظر چقدر پتانسیل برای کاهش اکسیداسیون دارد. بالا بودن این شاخص به معنای تمایل زیاد به اکسیدکنندگی بوده و کاهش آن یعنی تمایل به از دست دادن الکترون وجود دارد. برای اندازه گیری این شاخص از ORP متر استفاده میشود و در تصفیه آب و فاضلاب اهمیت بالایی دارد .
به طور خلاصه، ORP یک پارامتر مهم در ارزیابی کیفیت آب است و اندازه‌گیری آن به منظور اطمینان از ایمنی و کیفیت آب آشامیدنی و همچنین کنترل فرآیندهای تصفیه آب و فاضلاب ضروری است.
