Aplicació del mesurador de pH i d'oxigen dissolt en el tractament d'aigües residuals
1 Principi de funcionament
1.1 Principi de funcionament del pH-metre
El pH de qualsevol solució es pot expressar en termes de concentració d'ions hidrogen. A causa de l'efecte d'ionització de l'aigua, cada litre d'aigua pura conté 10-7 grams de [H més ] a 22 graus C, i el pes atòmic i la valència atòmica de l'hidrogen són 1, de manera que cada litre d'aigua pura conté 10-7 grams equivalents de [H més ] ], perquè [H més ] en aigua pura es produeix a causa de la dissociació de les mateixes molècules d'aigua, és a dir:
H2O=H més més OH-
L'aigua pura és neutra, és a dir, les concentracions dels dos ions són iguals, [H més ]=[OH-], el producte de la qual és una constant de temperatura constant, anomenada producte iònic K aigua.
K aigua=[H més ][OH-]=10-7*10-7=10-14
La fórmula anterior és aplicable a qualsevol solució àcid-base, és a dir, qualsevol solució aquosa, en la qual el producte [H més ][OH-] és igual a 10-14. Per exemple, en alguna solució aquosa [H més ]=10-3, aleshores [OH-] ha de ser 10-11, de manera que per a qualsevol tipus de solució aquosa, sempre que es conegui [H més ], aleshores [ OH-] és fàcil d'obtenir, normalment El pH es defineix pel valor negatiu del logaritme comú de la concentració d'ions hidrogen, expressat com: pH=-lg[H més ],
Així, el pH d'una solució neutra és igual a 7. Si hi ha un excés d'ions d'hidrogen, el valor del pH és inferior a 7, i la solució és àcida; en cas contrari, la solució és alcalina si hi ha un excés d'ions hidròxid.
El valor del pH depèn de la quantitat de substàncies dissoltes, de manera que el valor del pH pot indicar sensiblement el canvi de qualitat de l'aigua. El canvi del valor del pH té un gran impacte en la reproducció i la supervivència dels organismes, i també afecta greument la funció bioquímica dels fangs activats, que afecta l'efecte del tractament. El valor del pH de les aigües residuals es controla generalment entre 6,5 i 7.
El valor del pH es mesura normalment pel mètode potenciomètric. Un elèctrode de referència de potencial constant i un elèctrode de mesura s'utilitzen habitualment per formar una bateria primària. La força electromotriu de la bateria primària depèn de la concentració d'ions d'hidrogen i també depèn del pH de la solució. Tipus pH-metre de ploma. L'elèctrode de mesura de l'instrument adopta un elèctrode de vidre especial sensible al pH, que té les característiques d'alta precisió de mesura i bona anti-interferència. Quan es submergeix a la solució a provar, els ions d'hidrogen de la solució a provar s'equilibren amb els ions d'hidrogen de la capa d'hidratació a la superfície de la bombeta de l'elèctrode i, al mateix temps, la solució dins i fora de la la bombeta de vidre i la capa d'hidratació de la paret interior de la bombeta de l'elèctrode generen una diferència de potencial, i l'elèctrode de vidre L'interior s'omple amb una solució tampó amb un valor de pH fix i l'elèctrode de sortida està immers a la solució interna per formen una mitja cel·la, i la mitja cel·la formada en submergir l'elèctrode de calomel en una solució saturada de clorur de potassi s'introdueix simultàniament al convertidor per a la seva mesura. Els diferents valors de pH corresponen a diferents potencials, que es converteixen en una sortida estàndard de 4-20mA a través del transmissor.
1.2 Principi de funcionament de l'analitzador d'oxigen dissolt
El contingut d'oxigen a l'aigua pot mostrar completament el grau d'autodepuració de l'aigua. Per a les plantes de tractament biològic que utilitzen fangs actius, és molt important conèixer el contingut d'oxigen del dipòsit d'aireació. L'augment d'oxigen dissolt a les aigües residuals afavorirà activitats biològiques diferents dels microorganismes anaeròbics, eliminant així les substàncies volàtils i les substàncies propenses als ions d'oxidació naturals per depurar les aigües residuals.
Hi ha tres mètodes principals per determinar el contingut d'oxigen: l'anàlisi colorimètrica automàtica i la mesura d'anàlisi química, la mesura del mètode paramagnètic i la mesura del mètode electroquímic. La quantitat d'oxigen dissolt a l'aigua es mesura generalment per mètode electroquímic.
L'oxigen es pot dissoldre en aigua, i la solubilitat depèn de la temperatura, la pressió total de la superfície de l'aigua, la pressió parcial i les sals dissoltes a l'aigua. Com més alta sigui la pressió atmosfèrica, més gran serà la capacitat de l'aigua per dissoldre l'oxigen. La relació està determinada per la llei d'Henry i la llei de Dalton. La llei d'Henry diu que la solubilitat d'un gas és directament proporcional a la seva pressió parcial.
El sensor de mesura d'oxigen consta d'un càtode (normalment fet d'or i platí), un contraelèctrode que transporta corrent (plata) i un elèctrode de referència sense corrent (plata). Els elèctrodes estan immersos en electròlits com ara KCl i KOH, i el sensor està cobert per un diafragma. El recobriment separa els elèctrodes i l'electròlit del líquid a mesurar, i només el gas dissolt pot penetrar en el recobriment, protegint així el sensor, evitant que l'electròlit s'escapi i evitant la intrusió de substàncies estranyes per provocar contaminació i enverinament.
S'aplica una tensió de polarització entre el contraelèctrode i el càtode. Si la cèl·lula de mesura està submergida en aigua amb oxigen dissolt, l'oxigen es difon a través del diafragma i les molècules d'oxigen presents al càtode (excés d'electrons) es redueixen a ions hidròxid [OH-]. L'equivalent electroquímic del clorur de plata es precipita al contraelèctrode (deficiència d'electrons). Per a cada molècula d'oxigen, el càtode emet 4 electrons i el contraelèctrode accepta electrons per formar un corrent: 4Ag més 4Cl-=4AgCl més 4e-.
La magnitud del corrent és proporcional a la pressió parcial d'oxigen a les aigües residuals mesurades. El senyal s'envia al transmissor juntament amb el senyal de temperatura mesurat per la resistència tèrmica del sensor. La corba de relació calcula el contingut d'oxigen a l'aigua i després el converteix en una sortida de senyal estàndard. La funció de l'elèctrode de referència és determinar el potencial catòdic.
2.1 Característiques del pH-metre
El vidre de l'elèctrode de pH envellirà gradualment amb el temps, el gradient (el canvi en el potencial de sortida de l'elèctrode causat per un canvi de pH unitari) es deteriorarà i trigarà molt de temps a assolir un potencial estable. La vida útil dels elèctrodes generals pot arribar als dos anys. A més, la temperatura també influeix molt en l'envelliment. El grau d'emmagatzematge d'envelliment a 100 graus durant diverses setmanes és equivalent al grau d'emmagatzematge d'envelliment a temperatura ambient durant un any.
El mesurador de pH té els avantatges d'una mesura precisa, una alta fiabilitat i una instal·lació i manteniment convenients. També és sensible a la contaminació i requereix un calibratge freqüent. Generalment, es calibra cada un a un mes i mig, i l'elèctrode es substitueix cada dos anys.
2.2 Característiques del comptador d'oxigen dissolt
El mesurador d'oxigen dissolt té les característiques de fàcil instal·lació, llarg període de calibratge (3 ~ 4 mesos), insensibilitat a altres substàncies, etc., i pot controlar l'ús de l'electròlit a la membrana i la sonda. En general, l'electròlit i la membrana s'han de substituir cada un o tres anys. .
