Πώς λειτουργούν τα pH μετρητές και οι αναλυτές διαλυμένου οξυγόνου
Πρώτον, η αρχή λειτουργίας του αναλυτή ποιότητας νερού
1. Αρχή λειτουργίας του μετρητή pH
Η τιμή του pH του νερού 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, δηλαδή την επίδραση της επεξεργασίας. Η τιμή του pH των λυμάτων γενικά ελέγχεται μεταξύ 6,5 και 7. Το νερό είναι χημικά ουδέτερο και ορισμένα μόρια νερού αποσυντίθενται αυθόρμητα σύμφωνα με τον ακόλουθο τύπο: H2O=H συν συν OH-, δηλαδή, αποσυντίθενται σε ιόντα υδρογόνου και ιόντα υδροξειδίου. Σε ένα ουδέτερο διάλυμα, οι συγκεντρώσεις των ιόντων υδρογόνου H συν και των ιόντων υδροξειδίου OH- είναι και τα δύο 10-7 mol/l και η τιμή του pH είναι ο αρνητικός αριθμός του λογάριθμου της συγκέντρωσης ιόντων υδρογόνου με βάση 10: pH{ {9}}log, τόσο ουδέτερο Το pH του 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 μετριέται συνήθως με την ποτενσιομετρική μέθοδο. Συνήθως, ένα ηλεκτρόδιο αναφοράς σταθερού δυναμικού και ένα ηλεκτρόδιο μέτρησης χρησιμοποιούνται για να σχηματίσουν ένα γαλβανικό στοιχείο. Η ηλεκτροκινητική δύναμη του γαλβανικού στοιχείου εξαρτάται από τη συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου και εξαρτάται επίσης από το pH του διαλύματος. Το εργοστάσιο χρησιμοποιεί αισθητήρες pH και πομπούς pH. Υπάρχει ένας ειδικός γυάλινος καθετήρας ευαίσθητος στο pH στο ηλεκτρόδιο μέτρησης, ο οποίος είναι κατασκευασμένος από ειδικό γυαλί που μπορεί να μεταφέρει ηλεκτρισμό και να διαποτίσει ιόντα υδρογόνου και έχει τα χαρακτηριστικά της υψηλής ακρίβειας μέτρησης και της καλής κατά των παρεμβολών. Όταν ο γυάλινος καθετήρας έρχεται σε επαφή με ιόντα υδρογόνου, δημιουργείται ένα ηλεκτρικό δυναμικό. Το δυναμικό μετράται έναντι ενός ηλεκτροδίου αναφοράς με ένα σύρμα αργύρου αιωρούμενο σε διάλυμα χλωριούχου αργύρου. Εάν η τιμή του pH είναι διαφορετική, το αντίστοιχο δυναμικό είναι επίσης διαφορετικό, το οποίο μετατρέπεται σε τυπική έξοδο 4-20mA μέσω του πομπού.
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 ιλύ, είναι πολύ σημαντικό να γνωρίζουμε την περιεκτικότητα σε οξυγόνο των δεξαμενών αερισμού και της τάφρου οξείδωσης. Η αύξηση του διαλυμένου οξυγόνου στα λύματα θα προωθήσει βιολογικές δραστηριότητες εκτός από τους αναερόβιους μικροοργανισμούς, έτσι μπορεί να αφαιρέσει πτητικές ουσίες και να διευκολύνει τα φυσικά οξειδωμένα ιόντα να καθαρίσουν τα λύματα. 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 ανάλογη της μερικής του πίεσης.
Λαμβάνοντας ως παράδειγμα τον αισθητήρα μέτρησης οξυγόνου, το ηλεκτρόδιο αποτελείται από μια κάθοδο (συνήθως κατασκευασμένη από χρυσό και πλατίνα), ένα αντίθετο ηλεκτρόδιο (ασήμι) με ρεύμα και ένα ηλεκτρόδιο αναφοράς (ασήμι) χωρίς ρεύμα. Το ηλεκτρόδιο είναι βυθισμένο σε έναν ηλεκτρολύτη όπως KCl, KOH Μεταξύ αυτών, ο αισθητήρας καλύπτεται από ένα διάφραγμα, το οποίο διαχωρίζει τα ηλεκτρόδια και τον ηλεκτρολύτη από το υγρό που πρόκειται να μετρηθεί, προστατεύοντας έτσι τον αισθητήρα, εμποδίζοντας τη διαφυγή του ηλεκτρολύτη και αποτρέποντας την εισβολή ξένων ουσιών που προκαλούν μόλυνση 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: O2 συν 2H2O συν 4e-® 4OH-. Ένα ηλεκτροχημικό ισοδύναμο χλωριούχου αργύρου κατακρημνίζεται στο αντίθετο ηλεκτρόδιο (έλλειψη ηλεκτρονίων): 4Ag συν 4Cl-® 4AgCl συν 4e-. Για κάθε μόριο οξυγόνου, η κάθοδος εκπέμπει 4 ηλεκτρόνια και το αντίθετο ηλεκτρόδιο δέχεται ηλεκτρόνια για να σχηματίσει ρεύμα. Το μέγεθος του ρεύματος είναι ανάλογο της μερικής πίεσης του οξυγόνου των μετρούμενων λυμάτων. Το σήμα αποστέλλεται στον μετασχηματιστή μαζί με το σήμα θερμοκρασίας που μετράται από τη θερμική αντίσταση στον αισθητήρα. Ο πομπός υπολογίζει την περιεκτικότητα σε οξυγόνο στο νερό χρησιμοποιώντας την καμπύλη σχέσης μεταξύ της περιεκτικότητας σε οξυγόνο που είναι αποθηκευμένη στον αισθητήρα και της μερικής πίεσης και θερμοκρασίας του οξυγόνου και στη συνέχεια το μετατρέπει σε μια τυπική έξοδο σήματος. Η λειτουργία του ηλεκτροδίου αναφοράς είναι να προσδιορίζει το καθοδικό δυναμικό. Ο χρόνος απόκρισης του αισθητήρα διαλυμένου οξυγόνου είναι: 90 τοις εκατό της τελικής μετρούμενης τιμής μετά από 3 λεπτά και 99 τοις εκατό της τελικής μετρούμενης τιμής μετά από 9 λεπτά. η απαίτηση χαμηλής παροχής είναι 0,5 cm/s.
