Uporaba pH-metra in merilnika raztopljenega kisika pri čiščenju odplak
1 Načelo delovanja
1.1 Načelo delovanja pH metra
pH katere koli raztopine je mogoče izraziti s koncentracijo vodikovih ionov. Zaradi ionizacijskega učinka same vode vsak liter čiste vode vsebuje 10-7 gramov [H plus ] pri 22 stopinjah C, atomska teža in atomska valenca vodika pa sta 1, tako da vsak liter čiste vode vsebuje 10-7 gramskih ekvivalentov [H plus ] ], ker [H plus ] v čisti vodi nastane zaradi disociacije samih vodnih molekul, to je:
H2O=H plus plus OH-
Čista voda je nevtralna, kar pomeni, da sta koncentraciji obeh ionov enaki, [H plus ]=[OH-], produkt tega je stalna temperaturna konstanta, imenovana ionski produkt K voda.
K voda=[H plus ][OH-]=10-7*10-7=10-14
Zgornja formula je uporabna za katero koli kislinsko-bazično raztopino, to je katero koli vodno raztopino, v kateri je produkt [H plus ][OH-] enak 10-14. Na primer, v neki vodni raztopini [H plus ]=10-3 mora biti [OH-] 10-11, torej za katero koli vrsto vodne raztopine, če je znan [H plus ], potem [ OH-] je enostavno dobiti, običajno je pH definiran z negativno vrednostjo skupnega logaritma koncentracije vodikovih ionov, izraženega kot: pH=-lg[H plus ],
Torej je pH nevtralne raztopine enak 7. Če je presežek vodikovih ionov, je vrednost pH manjša od 7 in raztopina je kisla; drugače je raztopina alkalna, če je presežek hidroksidnih ionov.
Vrednost pH je odvisna od količine raztopljenih snovi, zato lahko vrednost pH občutljivo pokaže spremembo kakovosti vode. Sprememba pH vrednosti ima velik vpliv na razmnoževanje in preživetje organizmov, resno pa vpliva tudi na biokemično delovanje aktivnega blata, kar vpliva na učinek čiščenja. Vrednost pH odplak je običajno nadzorovana med 6,5 in 7.
Vrednost pH običajno merimo s potenciometrično metodo. Referenčna elektroda s konstantnim potencialom in merilna elektroda se običajno uporabljata za izdelavo primarne baterije. Elektromotorna sila primarne baterije je odvisna od koncentracije vodikovih ionov in tudi od pH raztopine. Vrsta grezila pH meter. Merilna elektroda instrumenta ima posebno stekleno elektrodo, občutljivo na pH, ki ima značilnosti visoke merilne natančnosti in dobre zaščite pred motnjami. Ko je potopljen v raztopino, ki jo je treba testirati, so vodikovi ioni v raztopini, ki jo je treba testirati, uravnoteženi z vodikovimi ioni v hidratacijski plasti na površini balona elektrode, hkrati pa je raztopina znotraj in zunaj steklena balona in hidratacijska plast na notranji steni elektrodnega balona ustvarjata potencialno razliko, notranjost steklene elektrode pa je napolnjena s pufersko raztopino s fiksno vrednostjo pH, izhodna elektroda pa je potopljena v notranjo raztopino, da tvorijo polovico celice, polovica celice, ki nastane s potopitvijo kalomelne elektrode v nasičeno raztopino kalijevega klorida, pa se hkrati vnese v pretvornik za merjenje. Različne vrednosti pH ustrezajo različnim potencialom, ki se prek oddajnika pretvorijo v standardni izhod 4-20mA.
1.2 Načelo delovanja analizatorja raztopljenega kisika
Vsebnost kisika v vodi lahko v celoti pokaže stopnjo samočiščenja vode. Za biološke čistilne naprave z aktivnim blatom je zelo pomembno poznati vsebnost kisika v prezračevalni posodi. Povečanje raztopljenega kisika v odplakah bo spodbudilo biološke aktivnosti, ki niso anaerobni mikroorganizmi, s čimer se bodo odstranile hlapne snovi in snovi, ki so nagnjene k naravnim oksidacijskim ionom, za čiščenje odplak.
Obstajajo tri glavne metode za določanje vsebnosti kisika: avtomatska kolorimetrična analiza in merjenje s kemično analizo, merjenje s paramagnetno metodo in merjenje z elektrokemično metodo. Količino raztopljenega kisika v vodi običajno merimo z elektrokemijsko metodo.
Kisik se lahko topi v vodi, topnost pa je odvisna od temperature, skupnega tlaka vodne površine, parcialnega tlaka in v vodi raztopljenih soli. Višji kot je atmosferski tlak, večja je sposobnost vode za raztapljanje kisika. Razmerje določata Henryjev zakon in Daltonov zakon. Henryjev zakon pravi, da je topnost plina neposredno sorazmerna z njegovim parcialnim tlakom.
Senzor za merjenje kisika je sestavljen iz katode (običajno iz zlata in platine), protielektrode s tokom, ki teče (srebro), in referenčne elektrode brez toka (srebro). Elektrode so potopljene v elektrolite, kot sta KCl in KOH, senzor pa je prekrit z diafragmo. Prevleka ločuje elektrode in elektrolit od tekočine, ki jo merimo, in samo raztopljeni plin lahko prodre skozi prevleko, s čimer ščiti senzor, preprečuje uhajanje elektrolita in preprečuje vdor tujih snovi, ki bi povzročile onesnaženje in zastrupitev.
Med nasprotno elektrodo in katodo se uporabi polarizacijska napetost. Če je merilna celica potopljena v vodo z raztopljenim kisikom, kisik difundira skozi diafragmo in molekule kisika, ki so prisotne na katodi (presežek elektronov), se reducirajo v hidroksidne ione [OH-]. Na nasprotni elektrodi se izloči elektrokemični ekvivalent srebrovega klorida (pomanjkanje elektronov). Za vsako molekulo kisika katoda odda 4 elektrone, nasprotna elektroda pa sprejme elektrone, da tvori tok: 4Ag plus 4Cl-=4AgCl plus 4e-.
Velikost toka je sorazmerna z delnim tlakom kisika v izmerjeni odplaki. Signal se pošlje oddajniku skupaj s temperaturnim signalom, izmerjenim s toplotnim uporom na senzorju. Krivulja razmerja izračuna vsebnost kisika v vodi in jo nato pretvori v standardni izhodni signal. Funkcija referenčne elektrode je določanje katodnega potenciala.
2.1 Značilnosti pH metra
Steklo na pH elektrodi se bo sčasoma postopoma staralo, gradient (sprememba izhodnega potenciala elektrode, ki jo povzroči sprememba pH enote) se bo poslabšal in trajalo bo dolgo, da se doseže stabilen potencial. Življenjska doba splošnih elektrod lahko doseže dve leti. Poleg tega ima na staranje velik vpliv tudi temperatura. Stopnja staranja več tednov pri 100 stopinjah je enakovredna stopnji staranja pri sobni temperaturi eno leto.
pH meter ima prednosti natančnega merjenja, visoke zanesljivosti ter priročne namestitve in vzdrževanja. Občutljiv je tudi na onesnaženje in zahteva pogosto kalibracijo. Na splošno se kalibrira vsak mesec do mesec in pol, elektroda pa se zamenja vsaki dve leti.
2.2 Lastnosti merilnika raztopljenega kisika
Merilnik raztopljenega kisika ima značilnosti enostavne namestitve, dolgega obdobja umerjanja (3 ~ 4 mesece), neobčutljivosti na druge snovi itd. in lahko spremlja uporabo elektrolita v membrani in sondi. Na splošno je treba elektrolit in membrano zamenjati vsakih eno do tri leta. .
