Пн–Пт: 09:00–17:00 brom@brom.ua

Що таке ОВП и як вимірюється

Не залежно від того, для яких потреб використовується вода – побутових, для пиття, приготування їжі, в акваріумістиці або при експлуатації плавальних басейнів, у промисловості як охолоджувач або бере участь у виробничому циклі (від виробництва соків до розріджувача у медицині), завжди гостро стоїть питання визначення параметрів якості води.
Йдеться як про здоров'я людей (хімічні забруднення, бактеріологічна чистота), так і про працездатність обладнання (щоб не було накипу через жорстку воду, корозію трубопроводів тощо), а також про дбайливе ставлення до природи, не тільки зараз, але й думаючи про наших дітей і онуків.
Одним з важливих показників якості води (річкової, озерної, водопровідної) поряд з найбільш відомим – пш рівнем, є окислювально-відновний потенціал  або скорочено ОВП, однак добре знайомий тим фахівцям, хто з аналізом якості води має справу щодня.
Враховуючи набір термінів, мабуть, ця величина пов'язана одночасно з хімією та електрикою ? І це дійсно так.
Втім, практично кожен вимірювальний прилад працює за однією схемою – датчик фізичної величини і електронна схема переводить це значення в електричну величину на підставі вбудованої таблиці калібрувань (відповідності).

Не виняток і ОВП-метри, про які ми сьогодні теж поговоримо, почнемо з визначень, пояснень і прикладів, що саме в нас окислюється, відновлюється і для чого.

Що таке ОВП(окислювально-відновний баланс)

Спочатку – невеликий вступ. Маючи виміряний показник ОВП, можна об'єктивно судити про те, чи здатні природні водоймища: озера, річки, ручки відновлюватися від донних забруднювачів? Про що йде мова ?

  1. Вся органіка від загиблих водних жителів накопичується на дні: раки, річкові тварини, мертва риба, рослини - все падає вниз і виділяє гази, що розчиняються у воді, тим самим витісняючи кисень.
  2. Порушується баланс. Точніше він може порушитись, якщо приплив кисню менший, ніж його видалення через насичення води іншим газами: наприклад метаном.
  3. ОВП і показує поточну ситуацію (вона може змінюватися плавно в майбутньому: через місяць, квартал або рік, а може і різко - якщо відбулася наприклад масова загибель риби через отруєння після скидання відпрацьованої води із заводу або змило азотні добрива в річку з полів фермерів ) – чи впорається водойма з “викликом” або перетвориться поступово на болото.

Якщо ОВП велике, це говорить про те, що кисню у воді достатньо. Це може відбуватися через повітрообмін – кисень проникає у поверхневі шари та розподіляється по водній товщі. Але важливіше, що бактерії, у воді, зі своєю роллю справляються на добре, тобто розкладають мертву органіку, тим самим виступаючи як природні очищувачі води. Іншими словами, окислювально-відновний баланс це значною мірою непряма оцінка життєдіяльності бактерій.
Картина може змінюватися і у набагато більш тривалому часовому інтервалі. Це можуть бути десятиліття, протягом яких вода може як самоочищатися (ОВП росте), так і занепадати, коли припливу свіжої води немає, водоймище закрите. Як правило, є неприємний запах розкладання. Величина ОВП-потенціалу тут низька.

Ось ми і підійшли до самих приладів, оскільки саме за допомогою ОВП-метрів і визначається цей самий окислювально-відновлювальний баланс.

У продажу представлені як переносні ОВП метри, так і лабораторні. В останньому випадку проби потрібно відбирати та доставляти до лабораторії. Причому це несе ризик зміни вихідної концентрації кисню у процесі транспортування. Тому вигідніше вимірювати ОВП на місці.
Одним з найбільш явних прикладів порушення киснево-водного балансу – Чорне море.
Вже на відносно невеликих глибинах, близько 70-100 метрів, концентрація кисню наближається до нуля. Що замінює молекули O2? Метан та сірководень. Тобто глибини є мертвими для живих істот.
Вже передбачимо заперечення. Якщо ми говоримо про кисень, то йдеться про оксиметри? З одного боку, в питанні є натяк на загальні зв'язки цих двох приладів. оксиметра та ОВП метра. Але питання не зовсім коректне.

Кожен пристрій має свою сферу застосування. Так, кількість розчиненого кисню та окислювально-відновний потенціал, без сумніву, пов'язані. Про це свідчать усі наведені нами приклади вище з приводу насиченості киснем води в прісних та морських водоймах.
Однак ці прилади різні. Скажімо так – овп метр доповнює інформацію оксиметра, уточнює її, роблячи картину якості води більш ясною, об'єктивною. І зараз ми поговоримо про це більше предметно.  
Але заради справедливості відзначимо, що так, дійсно, є ціла низка приладів, навіть не полінуємося і перерахуємо їх: ph-метри, оксиметри, овп-метри, кондуктометри, TDS-метри, і всі вони відносяться до великої групи "аналіз води", які обїднані однією загальною метою. Більше того, у продажу часто-густо, щоб знизити ціну (дисплей то і корпус один!) по-перше, і збільшити зручність користувача, по-друге, представлені прилади, що вимірюють 2-3-4 показники, з різними, що підключаються через роз'єм або комбінованими електродами.

Про вимірювання ОВП з погляду окислення води

Говорячи про окислення, почнемо з того, що сам кисень є окислювачем. Процес горіння це теж окиснення, тільки швидке, миттєве. А іржа це теж окиснення, тільки повільне.
Загалом, з'єднання металів і неметалів з киснем призвлодять до появи сотні різних оксидів. А також гідроксидів, якщо заглиблюватися в хімію, коли в основі є гідроксильна група (OH). До речі, спирт, який є основою всіх алкогольних напоїв, також має OH групу: C2H5OH. Але це зовсім інша тема.
Ми звернемося до електрохімії. Якщо в однієї з речовин має місце нестача електронів, вона намагатиметься отримати їх у іншої речовини, з якою вона вступає в хімічну реакцію.

  1. Той компонент, який “забирає” електрони є окислювачем та має значення ОВП зі знаком +.
  2. А що ж буде з речовиною, у якої “своїх” електронів вистачає, навіть із надлишком. Віддаючи електрони окислювачу, ця речовина є відновником. Або можуть називатися антиоксидантами.

Отже, ми маємо 2 зразки води.
Велике значення ОВП свідчить про те, що вода має великі окислювальні властивості і навпаки.
Чи можна змінити значення ОВП? Так, можна. Методи залежать від масштабу, наявних фінансових ресурсів та прийнятної цифри окислювально-відновного балансу.
Зрозуміло, що з болотом нічого не вдієш. А ось із річкою – можна провести очисні заходи: почистити, поглибити дно, усунути сміття з поверхні (пластикові пляшки з під-пива, пакети, гілки, листя, стовбури дерев). Це зменшить і кількість рослинних залишків, що опускаються на дно і зробить вільним рух води, прискорить його, тим більше насичуючи киснем.
Із басейнами все набагато простіше. Масштаб невеликий. Ми вже згадали, що ОВП корелює із життєдіяльністю бактерій.

І якщо додати дезінфектор, то це зменшить кількість бактерій і окисний потенціал збільшиться.

Тобто з погляду мікробної чистоти вода стає безпечнішою. Якщо потрапить до рота, очі при купанні, або при прямому вживанні в їжу. Йдеться про продаж бутильованої води, бювети, або воду з-під крана.
Про які дезінфікуючі засоби йдеться?
Хлорка. Так, знайомий запах любителям поплавати у басейнах. Хлорування ще як і раніше в строю (якщо звичайно дотриматися балансу, не тільки окисно-відновний, щоб і на шкірі не було роздратування від хімікату і не наковтатися вірусів). Ми говоримо в даному контексті не про запах, а про знищення бактерій у воді, а значить зменшення ОВП, оскільки хлор позбавляється надлишку електронів, віддаючи їх і прилад покаже, що значення ОВП збільшується.
А цифри, цифри де?! Спитайте Ви. Вже скільки сказано, а ні слова ні про одиниці виміру, ні про діапазон, ні про те, як працюють ОВП метри.
І це правильно. Потрібно дати відповіді на ці запитання.

Принцип дії приладів

Ключовим елементом конструкції є електрод, і покликаний власне виміряти здатність води переносити електроди. Цей чутливий елемент виступає у двох іпостасях: якщо забруднювачі у воді мають природу, що окислює, то електрод виступає як донор, а якщо відновлює, як акцептор.

Ті, хто знайомий з принципом роботи напівпровідників, напевно знайдуть аналогії з p-n переходом, який зробив революцію в XX-віку, в хорошому сенсі, яка продовжується і до цього дня, фізично втілена в мікропроцесорах у ваших ноутбуках та мобільних телефонах. І… в датчиках ОВП-метрів.
Коли електрони рухаються в розчині, то змінюється електрорушійна сила, тобто маємо справу з різницею потенціалів (відносним показником). А якщо так, ми маємо порівняння, і ОВП-метри іноді можуть називатися диференціальними, за аналогією з дифманометрами, які порівнюють 2 тиски.

У яких одиницях вимірюється ОВП ?

Як ми вже казали, ОВП – це величина електрична. Вимірюється вона у мВ. Тобто за фактом це напруга. Правда різниця потенціалів, судячи з приставки “міллі”, не велика. А як по-іншому ? Якби це було десятки Вольт, то вода б струмом билася. Жарт. Але з часткою істини. Наприклад електричний вугор. Або коли хтось із "винахідників" під'єднав проводки до труб опалення у багатоквартирному будинку, щоб "відмотати" лічильник назад і менше сплачувати за електрику...
А тепер розширимо перелік причин, від чого залежить ОВП у воді. Окрім власне мікроорганізмів, про які ми сказали.
Визначається в першу чергу розчиненими речовинами:

  • солі металів - карбонати, сульфати, фосфати, нітрати);
  • неорганічні зважені частинки різного розміру. Тобто простіше кажучи, всіляке сміття, бруд;
  • органічні речовини.

Фактично, все, що потрапляє у воду, впливає на електрорушійну силу електронів і число ОВП.
Наведемо і цікавий приклад. Допоможе зрозуміти, що таке ОВП і яку роль він відіграє.
Людина на 70% складається із рідин. Основою яких є вода. А отже, у нас теж є свій ОВП. Який становить від'ємну величину -70мВ. Що відбувається, коли ми вживаємо в їжу водопровідну воду? ОВП останньої становить від +150 до +450 мВ. Негативне зустрічається з позитивним… Кисень, по суті цілюща сила організму, "висмоктується" випитою водою, щоб збалансувати показники, що радикально відрізняються. Це стосується речі і їжі теж, для якої також вимірюється ОВП.

Як це контролювати та виправляти ?

Цим займаються санітарні служби водоканалів, до обов'язків яких входять рекомендації та контроль за встановленням фільтрів, інших комплексних методів очищення води, включаючи відстоювання у спеціальних накопичувальних басейнах, де механічно видаляються великі опади, додавання дезінфікуючих засобів, обробка ультрафіолетовим випромінюванням, аерація.
Ми говорили досі переважно про ручні, переносні ORP-метри, але в наведених прикладах є сенс в установці стаціонарних вимірювачів окисно-відновного показника.

Схожі статті

Дайте рибкам подихати киснем!

Взимку рибам у водоймах треба допомогти подихати киснем