在工业水处理和环境监测领域，氧化还原电位（ORP）与pH值是两个至关重要的测量变量。它们不仅对于工业废水系统和饮用水、沐浴水监测设备至关重要，而且在游泳池水质监测和饮用水监测中也发挥着核心作用。
氧化还原电位的科学基础
氧化还原电位的概念源自燃烧现象，其中可燃物质中的“火物质”在燃烧过程中释放。18世纪中，法国化学家拉瓦锡首次提出，所有与氧气反应的过程都称为氧化，而将金属氧化物还原至原始状态的过程称为还原。氧化还原电位的测量对于理解物质的氧化和还原特性至关重要。
我们可以从这张表格中得出以下含义：
左边是还原形式，右边是氧化形式，以及从上到下释放出的电子数。氧化电位从上到下逐渐增加。
每种金属都能从其盐溶液中将上方的金属置换出来。
人们通常会将金属分为贵金属和非贵金属。
贵金属化学性质稳定，不易被腐蚀，位于电压系列的最底层：银（Ag）、金（Au）、铂（Pt）。相反，碱金属和碱土金属位于电压系列的顶端：钠（Na）、钾（K）、镁（Mg）。
因此，这种氧化还原电压的产生可归因于金属的不同行为。金属作为氧化剂或还原剂的能力在很大程度上取决于其反应伙伴。
为了能够准确地测量氧化还原电位，通常使用测量电极。由金属及其对应的盐溶液构成的测量电极称为半电池。为了测量电位，将两个半电池连接在一起形成一个电池。金属棒之间的电压可用来衡量物质溶解的趋势。
由两个半电池组成的电池也称为原电池。化学能（以盐溶液的形式）被转换为电能（直流电压）。
必须提供以下组件才能实现氧化还原测量的过程工程集成。
一方面，配件对于将传感器**地集成到工艺中并保护它们是至关重要的。因此，必须在输送管线中安装截止阀和适当的管道布线。在高压管线中，必须采取措施保护传感器免受压力波动（如泵运行或阀门关闭）的影响。
另一方面，使用惰性贵金属电极（通常由铂或金制成）。这些电极由玻璃或塑料轴组成，其下端熔合有一定形状的金属片（如 Pt 尖端、Pt 或 Au 针）。与参比电极结合，形成完整的测量链。参比电极（通常为甘汞 Hg2Cl2 或银 Ag/AgCl）的作用是为电位测量提供恒定电位，从而测量金属电极的电位。参比电极由装有参比电解质并配备耗散系统的玻璃或塑料轴组成。轴壁中的隔膜提供了电解质和测量介质之间的导电连接。氧化还原组合电极在一个轴中集成了金属电极和参比电极，因此构成了完整的测量链，只需一个安装点。选择电极时，必须考虑具体的应用领域。电极的几何形状和所用材料因应用领域而异，并针对各自的应用进行了优化。
为了实现测量信号的完美传输，pH 和氧化还原测量技术仅使用专用同轴电缆。这些电缆建立了传感器和变送器之间的电气连接。
此外，传感器负责处理来自氧化还原电极的信号。在最简单的情况下，这可以通过两线变送器实现。在这种情况下，电极信号被转换为 4 – 20 mA 的信号，可以直接传送到下游的 PLC，在那里显示和控制氧化还原值。
在工业中，氧化还原测量广泛应用于以下领域：
- 氰化物解毒
- 铬酸盐还原
- 亚硝酸盐氧化
- 游泳池水质监测
- 饮用水监测
- 间接监测冷却回路中的氧化杀菌剂等
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氧化还原测量的另一重要应用是间接监测冷却回路中氧化性杀菌剂的浓度。在此应用中，根据操作模式和工厂设计，可以选择使用非氧化性或氧化性杀菌剂。非氧化性杀菌剂的一个主要缺点是冷却水回路中的细菌可能会对其产生抗药性。因此，建议交替使用至少两种不同的非氧化性杀菌剂，以克服这一问题。选择非氧化性杀菌剂通常基于其良好的材料兼容性。
另一方面，氧化性杀菌剂虽然具有腐蚀性，但其优点是可以通过测量氧化还原电位来进行间接监测。测量得到的氧化还原值可以提供关于当前回路中消毒效果的重要信息。在使用氧化性杀菌剂时，通常会在循环水中添加腐蚀抑制剂，以防止可能的腐蚀损害。
氧化还原电位的工业意义
氧化还原电位的测量对于工业过程控制和环境监测具有重要意义。它不仅帮助监测和控制水质，还间接监测冷却回路中的氧化杀菌剂浓度，确保水处理系统的安全和效率。通过精确的氧化还原电位测量，工业和环境监测能够实现更高效和可持续的操作。
