Kako delujejo pH-metri in analizatorji raztopljenega kisika
Prvič, načelo delovanja analizatorja kakovosti vode
1. Načelo delovanja pH metra
pH vrednost vode je odvisna od količine raztopljenih snovi, zato lahko pH vrednost občutljivo kaže na spremembo kakovosti vode. Sprememba pH vrednosti ima velik vpliv na razmnoževanje in preživetje organizmov, resno pa vpliva tudi na biokemično delovanje aktivnega blata, torej na učinek čiščenja. Vrednost pH odplak je običajno nadzorovana med 6,5 in 7. Voda je kemično nevtralna in nekatere molekule vode spontano razpadejo po naslednji formuli: H2O=H plus plus OH-, to pomeni, da razpadejo na vodikove ione in hidroksidne ione. V nevtralni raztopini sta koncentraciji vodikovih ionov H plus in hidroksidnih ionov OH- 10-7 mol/l, vrednost pH pa je negativno število logaritma koncentracije vodikovih ionov z bazo 10: pH{ {9}}log, torej nevtralen pH raztopine je enak 7. Če je vodikovih ionov v presežku, je pH vrednost nižja od 7 in raztopina je kisla; drugače je raztopina alkalna, če je presežek hidroksidnih ionov.
Vrednost pH običajno merimo s potenciometrično metodo. Običajno se za izdelavo galvanskega člena uporabljata referenčna elektroda s konstantnim potencialom in merilna elektroda. Elektromotorna sila galvanskega člena je odvisna od koncentracije vodikovih ionov in tudi od pH raztopine. Obrat uporablja pH senzorje in pH oddajnike. Na merilni elektrodi je posebna steklena sonda, občutljiva na pH, ki je izdelana iz posebnega stekla, ki lahko prevaja elektriko in prepušča vodikove ione ter ima značilnosti visoke merilne natančnosti in dobre zaščite pred motnjami. Ko steklena sonda pride v stik z vodikovimi ioni, se ustvari električni potencial. Potencial se meri glede na referenčno elektrodo s srebrno žico, suspendirano v raztopini srebrovega klorida. Če je vrednost pH drugačna, je drugačen tudi ustrezni potencial, ki se prek oddajnika pretvori v standardni izhod 4-20mA.
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 prezračevalnih posodah in oksidacijskem jarku. Povečanje raztopljenega kisika v odplakah bo spodbudilo biološke aktivnosti, ki niso anaerobni mikroorganizmi, tako da lahko odstrani hlapne snovi in olajša naravno oksidirane ione pri čiščenju 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 sorazmerna z njegovim parcialnim tlakom.
Če za primer vzamemo senzor za merjenje kisika, je elektroda sestavljena iz katode (običajno iz zlata in platine), nasprotne elektrode (srebrne) s tokom in referenčne elektrode (srebrne) brez toka. Elektroda je potopljena v elektrolit, kot je KCl, KOH Med njimi je senzor prekrit z membrano, ki ločuje elektrode in elektrolit od tekočine, ki jo je treba meriti, s čimer ščiti senzor, preprečuje uhajanje elektrolita in preprečuje vdor tujkov, ki povzročajo kontaminacijo 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: O2 plus 2H2O plus 4e-® 4OH-. Na nasprotni elektrodi (pomanjkanje elektronov) se izloči elektrokemični ekvivalent srebrovega klorida: 4Ag plus 4Cl- ® 4AgCl plus 4e-. Za vsako molekulo kisika katoda odda 4 elektrone, nasprotna elektroda pa sprejme elektrone, da tvori tok. Velikost toka je sorazmerna s parcialnim tlakom kisika izmerjene odplake. Signal se pošlje transformatorju skupaj s temperaturnim signalom, izmerjenim s toplotnim uporom na senzorju. Oddajnik izračuna vsebnost kisika v vodi z uporabo krivulje razmerja med vsebnostjo kisika, shranjenega v senzorju, ter parcialnim tlakom in temperaturo kisika, nato pa jo pretvori v standardni izhodni signal. Funkcija referenčne elektrode je določanje katodnega potenciala. Odzivni čas senzorja raztopljenega kisika je: 90 odstotkov končne izmerjene vrednosti po 3 minutah in 99 odstotkov končne izmerjene vrednosti po 9 minutah; zahteva za nizek pretok je 0,5 cm/s.
