ORP 측정 자료 , ORP측정원리?

ORP의 개념

ORP 는 “Oxidation Reduction Potential” 의 약어로 산화환원전위차 입니다. 또한 REDOX 로도 알려져

있으며, 화학반응 공정에서 제어와 모니터에 사용되는 유용한 측정항목으로 화학반응 공정에서 나타나

는 이온들의 산화와 환원 과정을 측정합니다.

즉 pH는 H+이온의 활동도를 측정하는 것이며, ORP는 산화나 환원시스템에서의 전자의 활동도를 나타내는 아날로그 수치입니다.

예를 들어, 물의 산화 또는 환원성질은 물의 Support life 또는 물의 부식성을 포함합니다.

산화(Oxidation) : 산소증가 / 전자(electrons) 감소

환원(Reduction) : 산소감소 / 전자(electrons) 증가

ORP 측정은 식수제조공장, 화학염소 또는 다른 산화제 제조공장에서 모니터링 용도로 많이 사용됩니다.

이외에 폐수처리시설, 공장 내의 금속도금, 도금수조내의 금속 배액, 물의 화학모니터링 등에 응용 사용됩니다.

ORP 측정은 직접 용액내의 모든 산화된 물질과 환원된 물질 사이에 형성된 균형의 전위를 측정합니다.

즉 ORP의 측정은 계열의 강도 측정이며 용량을 측정할 수 없습니다. 따라서 ORP의 측정값으로부터

용액중의 산화제나 환원제의 농도는 알 수는 없고, 단지 농도비만을 알 수 있습니다.

그리고 이는 다음의 Nernst 공식으로 나타낼 수 있습니다.

E (mV) = E0 + 2.303RT/nF (log Aox/Ared)

E = 금속 전극 표면의 진행되는 전위

E0 = 기준 전극의 전위에 관련된 전위

Aox = 산화된 물질의 활동도

Ared = 환원된 물질의 활동도,

R = 기체상수(8.314J/K‧mol),

T = 절대 온도(K),

F = Faraday 상수(9.648×104C/mol)

n = 전하 (H+에 대해서는 1이다.)

R, F, n은 항상 일정하므로 시료의 온도에 따라 전위는 변화한다.

2.303RT/nF를 Nernst factor라 하고 이는 보통 전극의 기울기라 한다.

ORP의 측정원리 

ORP 측정은 Reference 전극과 측정전극으로 이루어진 한쌍의 전극으로 이루어집니다. 일반적으로

Reference전극은 은/염화은 전극을 이용하고, 측정전극은 금이나 백금등의 부식되지 않는 금속을 사용

합니다. 이들 금속은 화학적 산화에 대해 안정적이며 ORP전위로서 전자를 받아들이고 제공하는 것 둘

다 전극표면에서 일어납니다. 백금은 대부분의 물처리에서 가장 보편적으로 사용되는 금속입니다.

ORP 전극의 측정원리는 측정전극으로 주로 백금을 사용한다는 사실을 제외하면, pH 전극의 측정원리및 구조와 동일합니다.

ORP는 보통 mV단위를 사용합니다.

=> ORP 측정 시에는 별도로 온도보상을 사용하지 않습니다. 측정대상 유체의 구성 물질에 따라 보상계수 값들이 전혀 다르게 나타나 특정한 보상계수를 설정하는 것이 불가능하기 때문입니다.

=> pH와 ORP의 관계

(1) H+이온이 직접적으로 산화환원에 관여하는 것으로서 수소이온(H+)자체가 H2에 비해서는 산화상태에 있다는 의미에서 H+가 많을수록(pH가 낮을수록) 전위를 높이는 쪽으로 작용한다. 



(2) 어떤 계의 산화형 이온과 환원형 이온의 pH별 용해도차가 현저할 때 전자를 주고받는 것과 무관하게 산화형이온과 환원형 이온간의 활동도비를 변동시킴으로서 ORP값에

    영향을 줄 수 있다. 위와 같은 이유로 ORP값을 비교할 경우 동일한 pH조건하에서 측정한 값을 비교해야 정확한 비교가 가능하다.

 ORP의 주요 사용처

(1) 상수도 소독과정 – 염소투입량 자동제어 및 잔류염소량 측정

(2) 도금과정 - CN 제거과정 및 크롬 제거 과정

   도금폐수의 중금속은 수산화물 침전이나 중화침전으로 대부분 제거되지만, 특정약품을 주입하여 pH와 ORP를 맞춰야만 제거 가능한 중금속도 존재한다.

   관련 서적을 참고하면 자세한 유해물질 처리방법에 대해 설명이 되어있다.

   간단한 예를 들어 크롬 같은 경우는 적정 pH에서 그 폐수 농도에 맞는 ORP범위를 택해야만 가장효율적으로(약품의 비용 측면)처리가 가능하다.

   CN화합물의 처리 같은 경우 화학적인 방법만으로 처리하고자 했을 때, CN의 산화반응을 살펴볼 수 있는 방법이 ORP 뿐이기 때문에 더욱 중요하다.

(3) 오존(Ozone) - 소독 수족관, 물소독공정

(4) 생화학실험 연구실

(5) 표백과정

(6) 식용조류 피부살균세척과정

(7) 과일 및 야채 자동세척과정

(8) 펄프 표백과정

(9) 수영장 및 스파 소독과정 - 염소투입량 자동제어 및 잔류염소량 측정 

(10) 폐수처리장 운영 

포기조의 DO나 pH에 따라 ORP가 변화함으로 유기물 감소와 정비례하지는 않지만 경향을 나타 내는 지표로 사용할 수 있다.

보통 고도처리 공법에서 질소를 산화시킬 경우 질산화조에서 ORP는 250~300 mV 정도를 나타내고, 인(P)방출을 목적으로 하는 혐기성조에서는 ORP가  -80mV 전후를나타낸다.

ORP 표준액

ORP 전극은 측정되어진 전위차 값이 절대치이므로 Calibration이 꼭 필요하지는 않으나, 사용도중 정확한 전위값을 나타내는지 또는 오염여부를 확인하기 위해서는

전극의 체크가 필요하다.

다음은은 ORP전극을 사용 시 전극의 상태를 체크할 수 있는 ORP 표준용액들이다.