Εφαρμογή μετρητή pH και μετρητή διαλυμένου οξυγόνου στην επεξεργασία λυμάτων
1 Αρχή λειτουργίας
1.1 Αρχή λειτουργίας του μετρητή pH
Το pH οποιουδήποτε διαλύματος μπορεί να εκφραστεί ως συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου. Λόγω της επίδρασης ιονισμού του ίδιου του νερού, κάθε λίτρο καθαρού νερού περιέχει 10-7 γραμμάρια [H συν ] στους 22 βαθμούς C και το ατομικό βάρος και το ατομικό σθένος του υδρογόνου είναι και τα δύο 1, επομένως κάθε λίτρο καθαρού νερού περιέχει 10-7 ισοδύναμα γραμμαρίων του [Η συν ] ], επειδή το [Η συν ] σε καθαρό νερό παράγεται λόγω της διάστασης των ίδιων των μορίων του νερού, δηλαδή:
H2O=H συν συν OH-
Το καθαρό νερό είναι ουδέτερο, δηλαδή οι συγκεντρώσεις των δύο ιόντων είναι ίσες, [H συν ]=[OH-], το γινόμενο του οποίου είναι μια σταθερή σταθερά θερμοκρασίας, που ονομάζεται ιοντικό προϊόν K νερό.
K νερό=[H συν ][OH-]=10-7*10-7=10-14
Ο παραπάνω τύπος είναι εφαρμόσιμος σε οποιοδήποτε διάλυμα οξέος-βάσης, δηλαδή σε οποιοδήποτε υδατικό διάλυμα, στο οποίο [Η συν ][OH-] προϊόν είναι ίσο με 10-14. Για παράδειγμα, σε κάποιο υδατικό διάλυμα [Η συν ]=10-3, τότε το [ΟΗ-] πρέπει να είναι 10-11, οπότε για κάθε είδους υδατικό διάλυμα, εφόσον είναι γνωστό το [Η συν ], τότε [ Το OH-] είναι εύκολο να ληφθεί, συνήθως Το pH ορίζεται από την αρνητική τιμή του κοινού λογάριθμου της συγκέντρωσης ιόντων υδρογόνου, που εκφράζεται ως: pH=-lg[H συν ],
Άρα το pH ενός ουδέτερου διαλύματος είναι ίσο με 7. Εάν υπάρχει περίσσεια ιόντων υδρογόνου, η τιμή του pH είναι μικρότερη από 7 και το διάλυμα είναι όξινο. Διαφορετικά, το διάλυμα είναι αλκαλικό εάν υπάρχει περίσσεια ιόντων υδροξειδίου.
Η τιμή του pH εξαρτάται από την ποσότητα των διαλυμένων ουσιών, επομένως η τιμή του pH μπορεί να υποδεικνύει με ευαισθησία την αλλαγή της ποιότητας του νερού. Η αλλαγή της τιμής του pH έχει μεγάλο αντίκτυπο στην αναπαραγωγή και την επιβίωση των οργανισμών και επίσης επηρεάζει σοβαρά τη βιοχημική λειτουργία της ενεργοποιημένης ιλύος, η οποία επηρεάζει το αποτέλεσμα επεξεργασίας. Η τιμή του pH των λυμάτων γενικά ελέγχεται μεταξύ 6,5 και 7.
Η τιμή του pH μετριέται συνήθως με την ποτενσιομετρική μέθοδο. Ένα ηλεκτρόδιο αναφοράς σταθερού δυναμικού και ένα ηλεκτρόδιο μέτρησης χρησιμοποιούνται συνήθως για να σχηματίσουν μια κύρια μπαταρία. Η ηλεκτροκινητική δύναμη της κύριας μπαταρίας εξαρτάται από τη συγκέντρωση των ιόντων υδρογόνου και εξαρτάται επίσης από το pH του διαλύματος. Τύπος pH μετρητή βυθίσματος. Το ηλεκτρόδιο μέτρησης του οργάνου υιοθετεί ένα ειδικό γυάλινο ηλεκτρόδιο ευαίσθητο στο pH, το οποίο έχει τα χαρακτηριστικά της υψηλής ακρίβειας μέτρησης και της καλής κατά των παρεμβολών. Όταν βυθίζεται στο προς δοκιμή διάλυμα, τα ιόντα υδρογόνου στο προς δοκιμή διάλυμα εξισορροπούνται με τα ιόντα υδρογόνου στο στρώμα ενυδάτωσης στην επιφάνεια του λαμπτήρα του ηλεκτροδίου και ταυτόχρονα, το διάλυμα εντός και εκτός του Ο γυάλινος λαμπτήρας και το στρώμα ενυδάτωσης στο εσωτερικό τοίχωμα του λαμπτήρα του ηλεκτροδίου δημιουργούν μια διαφορά δυναμικού και το γυάλινο ηλεκτρόδιο Το εσωτερικό γεμίζει με ένα ρυθμιστικό διάλυμα με σταθερή τιμή pH και το ηλεκτρόδιο απαγωγής βυθίζεται στο εσωτερικό διάλυμα για να σχηματίζουν ένα μισό στοιχείο και το μισό στοιχείο που σχηματίζεται με βύθιση του ηλεκτροδίου καλομέλας σε κορεσμένο διάλυμα χλωριούχου καλίου εισάγεται ταυτόχρονα στον μετατροπέα για μέτρηση. Διαφορετικές τιμές pH αντιστοιχούν σε διαφορετικά δυναμικά, τα οποία μετατρέπονται σε τυπική έξοδο 4-20mA μέσω του πομπού.
1.2 Αρχή λειτουργίας του αναλυτή διαλυμένου οξυγόνου
Η περιεκτικότητα του νερού σε οξυγόνο μπορεί να δείξει πλήρως τον βαθμό αυτοκαθαρισμού του νερού. Για μονάδες βιολογικού καθαρισμού που χρησιμοποιούν ενεργή λάσπη, είναι πολύ σημαντικό να γνωρίζουμε την περιεκτικότητα σε οξυγόνο της δεξαμενής αερισμού. Η αύξηση του διαλυμένου οξυγόνου στα λύματα θα προωθήσει άλλες βιολογικές δραστηριότητες εκτός από τους αναερόβιους μικροοργανισμούς, απομακρύνοντας έτσι πτητικές ουσίες και ουσίες που είναι επιρρεπείς σε φυσικά ιόντα οξείδωσης για τον καθαρισμό των λυμάτων.
Υπάρχουν τρεις κύριες μέθοδοι για τον προσδιορισμό της περιεκτικότητας σε οξυγόνο: αυτόματη χρωματομετρική ανάλυση και μέτρηση χημικής ανάλυσης, μέτρηση παραμαγνητικής μεθόδου και μέτρηση με ηλεκτροχημική μέθοδο. Η ποσότητα του διαλυμένου οξυγόνου στο νερό μετριέται γενικά με ηλεκτροχημική μέθοδο.
Το οξυγόνο μπορεί να διαλυθεί στο νερό και η διαλυτότητα εξαρτάται από τη θερμοκρασία, τη συνολική πίεση της επιφάνειας του νερού, τη μερική πίεση και τα άλατα που διαλύονται στο νερό. Όσο μεγαλύτερη είναι η ατμοσφαιρική πίεση, τόσο μεγαλύτερη είναι η ικανότητα του νερού να διαλύει το οξυγόνο. Η σχέση καθορίζεται από το νόμο του Henry και το νόμο του Dalton. Ο νόμος του Henry λέει ότι η διαλυτότητα ενός αερίου είναι ευθέως ανάλογη με τη μερική του πίεση.
Ο αισθητήρας μέτρησης οξυγόνου αποτελείται από μια κάθοδο (συνήθως κατασκευασμένη από χρυσό και πλατίνα), ένα αντίθετο ηλεκτρόδιο μεταφοράς ρεύματος (ασήμι) και ένα ηλεκτρόδιο αναφοράς χωρίς ρεύμα (ασήμι). Τα ηλεκτρόδια βυθίζονται σε ηλεκτρολύτες όπως KCl και KOH και ο αισθητήρας καλύπτεται από ένα διάφραγμα. Η επίστρωση διαχωρίζει τα ηλεκτρόδια και τον ηλεκτρολύτη από το υγρό που πρόκειται να μετρηθεί και μόνο διαλυμένο αέριο μπορεί να διεισδύσει στην επίστρωση, προστατεύοντας έτσι τον αισθητήρα, εμποδίζοντας τη διαφυγή του ηλεκτρολύτη και αποτρέποντας τη διείσδυση ξένων ουσιών για να προκαλέσει ρύπανση και δηλητηρίαση.
Μια πολωτική τάση εφαρμόζεται μεταξύ του αντίθετου ηλεκτροδίου και της καθόδου. Εάν η κυψέλη μέτρησης βυθιστεί σε νερό με διαλυμένο οξυγόνο, το οξυγόνο διαχέεται μέσω του διαφράγματος και τα μόρια οξυγόνου που υπάρχουν στην κάθοδο (περσόνα ηλεκτρονίων) ανάγονται σε ιόντα υδροξειδίου [ΟΗ-]. Το ηλεκτροχημικό ισοδύναμο του χλωριούχου αργύρου κατακρημνίζεται στο αντίθετο ηλεκτρόδιο (ανεπάρκεια ηλεκτρονίων). Για κάθε μόριο οξυγόνου, η κάθοδος εκπέμπει 4 ηλεκτρόνια και το αντίθετο ηλεκτρόδιο δέχεται ηλεκτρόνια για να σχηματίσει ένα ρεύμα: 4Ag συν 4Cl-=4AgCl συν 4e-.
Το μέγεθος του ρεύματος είναι ανάλογο της μερικής πίεσης του οξυγόνου στα μετρούμενα λύματα. Το σήμα αποστέλλεται στον πομπό μαζί με το σήμα θερμοκρασίας που μετράται από τη θερμική αντίσταση στον αισθητήρα. Η καμπύλη σχέσης υπολογίζει την περιεκτικότητα σε οξυγόνο στο νερό και στη συνέχεια τη μετατρέπει σε τυπική έξοδο σήματος. Η λειτουργία του ηλεκτροδίου αναφοράς είναι να προσδιορίζει το καθοδικό δυναμικό.
2.1 Χαρακτηριστικά του μετρητή pH
Το γυαλί στο ηλεκτρόδιο pH θα γεράσει σταδιακά με την πάροδο του χρόνου, η κλίση (η αλλαγή στο δυναμικό εξόδου του ηλεκτροδίου που προκαλείται από μια αλλαγή του pH μονάδας) θα επιδεινωθεί και θα χρειαστεί πολύς χρόνος για να φτάσει σε ένα σταθερό δυναμικό. Η διάρκεια ζωής των γενικών ηλεκτροδίων μπορεί να φτάσει τα δύο χρόνια. Επιπλέον, η θερμοκρασία έχει επίσης μεγάλη επίδραση στη γήρανση. Ο βαθμός παλαίωσης αποθήκευσης στους 100 βαθμούς για αρκετές εβδομάδες είναι ισοδύναμος με τον βαθμό παλαίωσης αποθήκευσης σε θερμοκρασία δωματίου για ένα έτος.
Ο μετρητής pH έχει τα πλεονεκτήματα της ακριβούς μέτρησης, της υψηλής αξιοπιστίας και της εύκολης εγκατάστασης και συντήρησης. Είναι επίσης ευαίσθητο στη ρύπανση και απαιτεί συχνή βαθμονόμηση. Γενικά, βαθμονομείται κάθε ενάμιση μήνα και το ηλεκτρόδιο αντικαθίσταται κάθε δύο χρόνια.
2.2 Χαρακτηριστικά του μετρητή διαλυμένου οξυγόνου
Ο μετρητής διαλυμένου οξυγόνου έχει τα χαρακτηριστικά της εύκολης εγκατάστασης, της μεγάλης περιόδου βαθμονόμησης (3~4 μήνες), της μη ευαισθησίας σε άλλες ουσίες κ.λπ., και μπορεί να παρακολουθεί τη χρήση του ηλεκτρολύτη στη μεμβράνη και τον καθετήρα. Γενικά, ο ηλεκτρολύτης και η μεμβράνη πρέπει να αντικαθίστανται κάθε ένα έως τρία χρόνια. .
