Λειτουργία pH μετρητών και αναλυτών διαλυμένου οξυγόνου
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 αλλαγές στην ποιότητα του νερού. Οι αλλαγές στην τιμή του pH έχουν μεγάλο αντίκτυπο στην αναπαραγωγή και την επιβίωση των οργανισμών. Ταυτόχρονα, επηρεάζουν επίσης σοβαρά τη βιοχημεία της ενεργοποιημένης ιλύος, η οποία επηρεάζει το αποτέλεσμα της επεξεργασίας. Η τιμή 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++OH-, δηλαδή σε υδρογόνο ιόντα και ιόντα υδροξειδίου. Σε ένα ουδέτερο διάλυμα, οι συγκεντρώσεις των ιόντων υδρογόνου H+ και των ιόντων υδροξειδίου OH- είναι και οι δύο 10-7mol/l και η τιμή του pH είναι η αρνητική του λογάριθμου βάσης 10 της συγκέντρωσης ιόντων υδρογόνου: pH{{11} }log, τόσο ουδέτερο Η τιμή του pH του διαλύματος είναι ίση με 7. Εάν υπάρχει περίσσεια ιόντων υδρογόνου, η τιμή του pH είναι μικρότερη από 7 και το διάλυμα είναι όξινο. Αντίθετα, εάν υπάρχει περίσσεια ιόντων υδροξειδίου, το διάλυμα είναι αλκαλικό.
Η τιμή του pH μετριέται συνήθως με την ποτενσιομετρική μέθοδο. Ένα ηλεκτρόδιο αναφοράς με σταθερό δυναμικό και ένα ηλεκτρόδιο μέτρησης χρησιμοποιούνται συνήθως για να σχηματίσουν ένα πρωτεύον στοιχείο. Η ηλεκτροκινητική δύναμη του πρωτεύοντος στοιχείου εξαρτάται από τη συγκέντρωση των ιόντων υδρογόνου και το pH του διαλύματος. Το εργοστάσιο χρησιμοποιεί αισθητήρες pH και πομπούς pH. Υπάρχει ένας ειδικός γυάλινος καθετήρας που είναι ευαίσθητος στο pH στο ηλεκτρόδιο μέτρησης. Είναι κατασκευασμένο από ειδικό γυαλί που μπορεί να μεταφέρει ηλεκτρισμό και να διαποτίσει ιόντα υδρογόνου. Έχει τα χαρακτηριστικά της υψηλής ακρίβειας μέτρησης και της καλής απόδοσης κατά των παρεμβολών. Όταν ο γυάλινος καθετήρας έρχεται σε επαφή με ιόντα υδρογόνου, δημιουργείται ένα ηλεκτρικό δυναμικό. Το δυναμικό μετράται χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτρόδιο αναφοράς σύρματος αργύρου αιωρούμενο σε διάλυμα χλωριούχου αργύρου. Διαφορετικές τιμές pH παράγουν διαφορετικά δυναμικά, τα οποία μετατρέπονται σε τυπική έξοδο 4-20mA μέσω ενός πομπού.
2. Αρχή λειτουργίας του αναλυτή διαλυμένου οξυγόνου
Η περιεκτικότητα του νερού σε οξυγόνο μπορεί να υποδεικνύει πλήρως τον βαθμό αυτοκαθαρισμού του νερού. Για τις μονάδες βιολογικού καθαρισμού που χρησιμοποιούν ενεργοποιημένη ιλύ, είναι πολύ σημαντικό να κατανοήσουμε την περιεκτικότητα σε οξυγόνο των δεξαμενών αερισμού και των αυλακώσεων οξείδωσης. Το αυξημένο διαλυμένο οξυγόνο στα λύματα θα προάγει βιολογικές δραστηριότητες εκτός των αναερόβιων μικροοργανισμών, απομακρύνοντας έτσι πτητικές ουσίες και τα ιόντα που οξειδώνονται εύκολα καθαρίζουν τα λύματα. Υπάρχουν τρεις κύριες μέθοδοι για τη μέτρηση 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 ηλεκτροχημικές μεθόδους.
Το οξυγόνο είναι διαλυτό στο νερό και η διαλυτότητά του εξαρτάται από τη θερμοκρασία, την ολική πίεση στην επιφάνεια του νερού, τη μερική πίεση και τα διαλυμένα άλατα 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 υποστηρίζει ότι η διαλυτότητα ενός αερίου είναι ανάλογη με τη μερική του πίεση.
Λαμβάνοντας ως παράδειγμα τον αισθητήρα μέτρησης οξυγόνου, το ηλεκτρόδιο αποτελείται από μια κάθοδο (συνήθως κατασκευασμένη από χρυσό και πλατίνα), ένα αντίθετο ηλεκτρόδιο με ρεύμα (ασήμι) και ένα ηλεκτρόδιο αναφοράς χωρίς ρεύμα (ασήμι). Το ηλεκτρόδιο είναι βυθισμένο σε έναν ηλεκτρολύτη όπως KCl, KOH, ο αισθητήρας καλύπτεται από ένα διάφραγμα, το οποίο διαχωρίζει το ηλεκτρόδιο και τον ηλεκτρολύτη από το υγρό που μετράται, προστατεύοντας έτσι τον αισθητήρα, εμποδίζοντας τη διαφυγή του ηλεκτρολύτη και αποτρέποντας την εισβολή ξένων ουσίες που μπορεί να προκαλέσουν μόλυνση και δηλητηρίαση. Μια πολωτική τάση εφαρμόζεται μεταξύ του αντίθετου ηλεκτροδίου και της καθόδου. Εάν το στοιχείο μέτρησης βυθιστεί σε νερό με διαλυμένο οξυγόνο, το οξυγόνο θα διαχέεται μέσω του διαχωριστή και τα μόρια οξυγόνου που υπάρχουν στην κάθοδο (περσόνα ηλεκτρονίων) θα αναχθούν σε ιόντα υδροξειδίου: O{{0}}H2O{ {2}}e-® 4OH-. Ένα ηλεκτροχημικό ισοδύναμο χλωριούχου αργύρου κατακρημνίζεται στο αντίθετο ηλεκτρόδιο (ανεπάρκεια ηλεκτρονίων): 4Ag+4Cl-® 4AgCl+4e-. Για κάθε μόριο οξυγόνου, η κάθοδος εκπέμπει 4 ηλεκτρόνια και το αντίθετο ηλεκτρόδιο δέχεται τα ηλεκτρόνια για να σχηματίσουν ρεύμα. Το μέγεθος του ρεύματος είναι ανάλογο με τη μερική πίεση οξυγόνου των μετρούμενων λυμάτων. Αυτό το σήμα, μαζί με το σήμα θερμοκρασίας που μετράται από τη θερμική αντίσταση στον αισθητήρα, αποστέλλεται στον μετασχηματιστή. Ο πομπός χρησιμοποιεί την καμπύλη σχέσης μεταξύ της περιεκτικότητας σε οξυγόνο, της μερικής πίεσης οξυγόνου και της θερμοκρασίας που είναι αποθηκευμένη στον αισθητήρα για να υπολογίσει την περιεκτικότητα σε οξυγόνο στο νερό και στη συνέχεια τη μετατρέπει σε μια τυπική έξοδο σήματος. Η λειτουργία του ηλεκτροδίου αναφοράς είναι να προσδιορίζει το δυναμικό της καθόδου. Ο χρόνος απόκρισης του αισθητήρα διαλυμένου οξυγόνου είναι: το 90% της τελικής τιμής μέτρησης επιτυγχάνεται μετά από 3 λεπτά και το 99% της τελικής τιμής μέτρησης επιτυγχάνεται μετά από 9 λεπτά. η απαίτηση χαμηλής παροχής είναι 0,5 cm/s.
