ORPとDOの違いとは？水処理における酸化還元電位の意味と注意点
ORPとDOは何を測定しているのか
水処理設備の運転管理では、ORPやDOという指標が使われます。どちらも水中の酸素や酸化還元反応に関係しますが、測定しているものは異なります。
DO（Dissolved Oxygen）は溶存酸素濃度を表し、水中に溶けている酸素の量をmg/Lなどで示します。
一方、ORP（Oxidation Reduction Potential）は酸化還元電位を意味し、水中の酸化還元系に応じて電極に生じる電位をmVで表します。
ORPは生物処理だけでなく、薬品による酸化処理や還元処理など、さまざまな水処理工程で利用されています。
ORPの数値は何を意味するのか
一般的に、ORPが高いほど酸化的な状態、低いほど還元的な状態にあると考えられます。
ただし、ORPは特定の物質の濃度を直接測定しているわけではありません。
水中にはさまざまな酸化性物質や還元性物質が存在し、測定値はそれらの影響を受けます。また、pHや温度、電極の状態などによっても変化します。
そのため、ORPがプラスなら好気状態、マイナスなら嫌気状態という単純な判断はできません。
好気・無酸素・嫌気条件とDO・ORPの関係
生物処理では、好気、無酸素、嫌気という3つの状態を区別します。
好気（Aerobic） は、水中に溶存酸素が存在し、微生物が酸素を利用できる状態です。活性汚泥法における有機物の酸化や硝化反応などに利用されます。
無酸素（Anoxic） は、溶存酸素がほとんど存在しないものの、硝酸や亜硝酸などを電子受容体として利用できる状態です。脱窒反応は、この条件で進行します。
嫌気（Anaerobic） は、生物学的リン除去などの水処理プロセスでは、溶存酸素だけでなく、硝酸や亜硝酸も実質的に存在しない状態を指します。
ここで注意したいのは、DOが0mg/Lに近いからといって、必ずしも嫌気状態とは限らないことです。
硝酸が残っていれば、無酸素状態である可能性があります。
ORPはこうした状態の変化を把握する補助指標になりますが、無酸素と嫌気をORPの数値だけで明確に区別することは困難です。必要に応じて硝酸性窒素や亜硝酸性窒素なども確認します。
六価クロムの還元処理におけるORP管理
ORPは化学的な排水処理でも利用されます。
代表例が、メッキ工程などから発生する六価クロム含有排水の還元処理です。
六価クロムは、一般的に三価クロムへ還元した後、アルカリを添加して水酸化クロムとして沈殿除去します。
亜硫酸塩などを還元剤として使用する場合、pHを適切な酸性条件に調整し、ORPを監視しながら還元剤の添加量を制御します。
ただし、ORPの設定値はpHや排水の性状、測定条件などによって異なります。
ORPが設定値に達したことだけで、六価クロムの還元が完全に終了したと判断することはできません。
必要に応じて残留六価クロム濃度を分析し、処理性能を確認することが重要です。
シアン酸化や消毒処理にも利用されるORP
ORPは、シアン含有排水の酸化処理でも利用されます。
例えば、次亜塩素酸ナトリウムを使用するアルカリ塩素法では、pHとORPを管理しながら酸化剤を添加します。
この処理では、特にpH管理が重要です。不適切な酸性条件では有毒なシアン化水素が発生する危険があるため、対象排水に応じた処理条件と安全対策が必要です。
また、塩素による消毒処理などでもORPを監視する場合があります。
ただし、ORPは残留塩素濃度や消毒効果を直接示すものではありません。目的に応じて残留塩素濃度や接触時間なども確認する必要があります。
ORP計の測定値を扱う際の注意点
ORP計は、測定電極と比較電極の間に生じる電位差を測定します。
そのため、使用する比較電極の種類や測定値の表示基準によって、同じ水でも数値が異なる場合があります。
また、電極表面の汚れや劣化によって、応答が遅くなったり測定値が不安定になったりすることがあります。
異なる設備のORPを比較する場合には、測定条件を確認する必要があります。
ORPは処理状態を判断するための指標の一つ
ORPは、水中の酸化還元状態を把握するうえで有用な管理指標です。
しかし、ORPだけで好気・無酸素・嫌気の状態や、酸化還元反応の完了を正確に判断できるわけではありません。
重要なのは、対象となる水処理反応を理解し、DO、pH、対象物質の濃度など、必要な指標と組み合わせて評価することです。
水処理設備の運転管理や薬品処理の改善については、まず専門業者に相談することをお勧めします。
専門業者が身近にいない場合や、第三者の意見を求める場合は、工場のセカンドオピニオンとして、ウォーターデジタル合同会社までお気軽にお問い合わせください。
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