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水質(zhì)分析儀的工作原理
污水處理廠使用的分析儀有兩種:pH計和溶氧分析儀。
1、pH計的工作原理 水的pH值隨著所溶解的物質(zhì)的多少而定,因此pH值能靈敏地指示出水質(zhì)的變化情況。pH值的變化對生物的繁殖和生存有很大影響,同時還嚴重影響活性污泥生化作用,即影響處理效果,污水的pH值一般控制在6.5~7之間。
水在化學上是中性的,某些水分子自發(fā)地按照下式分解:H2O=H++OH-,即分解成氫離子和氫氧根離子。在中性溶液中,氫離子H+和氫氧根離子OH-的濃度都是10-7mol/l,pH值是氫離子濃度以10為底的對數(shù)的負數(shù):pH=-log,因此中性溶液的pH值等于7。如果有過量的氫離子,則pH值小于7,溶液呈酸性;反之,氫氧根離子過量,則溶液呈堿性。
pH值通常用電位法測量,通常用一個恒定電位的參比電極和測量電極組成一個原電池,原電池電動勢的大小取決于氫離子的濃度,也取決于溶液的酸堿度。該廠采用了CPS11型pH傳感器和CPM151型pH變送器。測量電極上有的對pH反應(yīng)靈敏的玻璃探頭,它是由能導(dǎo)電、能滲透氫離子的玻璃制成,具有測量精度高、抗干擾性好等特點。當玻璃探頭和氫離子接觸時,就產(chǎn)生電位。電位是通過懸吊在氯化銀溶液中的銀絲對照參比電極測到的。pH值不同,對應(yīng)產(chǎn)生的電位也不一樣,通過變送器將其轉(zhuǎn)換成標準4~20mA輸出。
全自動水質(zhì)分析儀主要采用離子選擇電極測量法來實現(xiàn)檢測的。儀器上的電極:PH、氟、鈉、鉀、鈣、鎂、和參比電極。每個電極都有一離子選擇膜,會與被測樣本中相應(yīng)的離子產(chǎn)生反應(yīng),膜是一離子交換器,與離子電荷發(fā)生反應(yīng)而改變了膜電勢,就可檢測液,樣本和膜間的電勢。膜兩邊被檢測的兩個電勢差值會產(chǎn)生電流,樣本,參考電極,參考電極液構(gòu)成“回路”一邊,膜,內(nèi)部電極液,內(nèi)部電極為另一邊。
內(nèi)部電極液和樣本間的離子濃度差會在工作電極的膜兩邊產(chǎn)生電化學電壓,電壓通過高傳導(dǎo)性的內(nèi)部電極引到到放大器,參考電極同樣引到放大器的地點。通過檢測一個的已知離子濃度的標準溶液獲得定標曲線,從而檢測樣本中的離子濃度。
溶液中被測離子接觸電極時,在離子選擇電極基質(zhì)的含水層內(nèi)發(fā)生離子遷移。遷移的離子的電荷改變存在著電勢,因而使膜面間的電位發(fā)生變化,在測量電極與參比電極間產(chǎn)生一個電位差。
當下生產(chǎn)氟離子、硝酸根、PH、水硬度(Ca 2 + 、Mg 2 +離子)、K+、Na+多參數(shù)(多項)全自動水質(zhì)分析儀國內(nèi)較少,代表性有:深圳市航創(chuàng)設(shè)備有限HC-800全自動離子分析儀(計量器具型式批準證書號:2012C206-44)(PH、氟、硝酸鹽氮)、HC-800全自動離子分析儀(PH、 氯、鈉、 水硬度、鉀)、HC-800全自動離子分析儀(PH、氯、鈉、鉀、鈣)。
2、溶氧分析儀的工作原理 水中的氧含量可充分顯示水自凈的程度。對于使用活化污泥的生物處理廠來說,了解曝氣池和氧化溝的氧含量重要,污水中溶氧增加,會促進除厭氧微生物以外的生物活動,因而能去除揮發(fā)性物質(zhì)和易于自然氧化的離子,使污水得到凈化。
測定氧含量主要有三種方法:自動比色分析和化學分析測量,順磁法測量,電化學法測量。水中溶氧量一般采用電化學法測量。麥該廠采用了COS 4型溶氧傳感器和COM252型溶氧變送器。
氧能溶于水,溶解度取決于溫度、水表面的總壓、分壓和水中溶解的鹽類。大氣壓力越高,水溶解氧的能力就越大,其關(guān)系由亨利(Henry)定律和道爾頓(Dalton)定律確定,亨利定律認為氣體的溶解度與其分壓成正比。 以COS 4氧量測量傳感器為例,結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中的電極由陰極(常用金和鉑制成)和帶電流的反電極(銀)、無電流的參比電極(銀)組成,電極浸沒在電解質(zhì)如KCl、KOH中,傳感器有隔膜覆蓋,隔膜將電極和電解質(zhì)與被測量的液體分開,因此保護了傳感器,既能防止電解質(zhì)逸出,又可防止外來物質(zhì)的侵入而導(dǎo)致污染和毒化。
向反電極和陰極之間施加極化電壓,假如測量元件浸入在有溶解氧的水中,氧會通過隔膜擴散,出現(xiàn)在陰極上(電子過剩)的氧分子就會被還原成氫氧根離子: O2+2H2O+4e-® 4OH-。 電化學當量的氯化銀沉淀在反電極上(電子不足):4Ag+4Cl-® 4AgCl+4e-。
對于每個氧分子,陰極放出4個電子,反電極接受電子,形成電流,電流的大小與被測 圖1 pH測量電極(左)和參比電極(右)的結(jié)構(gòu) 圖2 三電極COS溶氧傳感器結(jié)構(gòu)圖 污水的氧分壓成正比,該信號連同傳感器上熱電阻測出的溫度信號被送入變送器,利用傳感器中存儲的含氧量和氧分壓、溫度之間的關(guān)系曲線計算出水中的含氧量,然后轉(zhuǎn)化成標準信號輸出。參比電極的功能是確定陰極電位。 COS 4溶氧傳感器的響應(yīng)時間為:3分鐘后達到終測量值的90%,9分鐘后達到終測量值的99%;低流速要求為0.5cm/s。