pH計和溶氧儀在污水處理中應用的工作原理
摘要：pH計的工作原理任何溶液的酸堿度都可以用氫離子濃度來表示。
1.1 pH計的工作原理任何溶液的酸堿度都可以用氫離子濃度來表示。由于水本身具有電離作用，當22℃時每升純水含有10-7克的[H+]，而氫的原子量和原子價都是1，所以每升純水含有l(wèi)0-7克當量的[H+]，由于純水中的[H+]是由于水分子本身離解產(chǎn)生，
即：H2O=H++OH-純水呈中性，即兩種離子濃度相等，[H+]=[OH-]，其乘積為定溫常數(shù)，稱為離子積K水。K水=[H+][OH-]=10-710-7=10-14上式適用于任何酸堿性溶液，即任何一種水溶液，其中[H+][OH-]積都等于10-14。
例如在某種水溶液中[H+]=10-3，則[OH-]必然為10-11，因此對于任何一種水溶液，只要知道[H+]，則[OH-]就很容易求得，通常用氫離子濃度的常用對數(shù)的負值來定義pH，表示為：pH=-lg[H+]，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值隨著所溶解的物質的多少而定，因此pH值能靈敏地指示出水質的變化情況。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。pH值通常用電位法測量，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。型沉人式pH計。該儀表測量電極采用特殊的對pH反應靈敏的玻璃電極，它具有測量精度高、抗干擾性好等特點。當它浸人被測溶液時，被測溶液中氫離子與電極球泡表面水化層中的氫離子平衡，同時玻璃球內外的溶液和電極球泡內壁的水化層產(chǎn)生電位差，玻璃電極內部充有pH值固定的緩沖溶液，引出電極浸人內溶液中形成半電池，與甘汞電極中浸人在飽和氯化鉀溶液中形成的半電池同時引人轉換器進行測量。pH值不同，對應產(chǎn)生的電位也不一樣，通過變送器將其轉換成標準4-20mA輸出。
1.2溶解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，了解曝氣池的氧含量非常重要，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。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。氧量測量傳感器由陰極(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，電極浸沒在電解質如KCl、KOH中，傳感器有隔膜覆蓋，覆膜將電極和電解質與被測量的液體分開，只有溶解氣體能滲透覆膜，因此保護了傳感器，既能防止電解質逸出，又可防止外來物質的侵人而導致污染和毒化。向反電極和陰極之間施加極化電壓，假如測量元件浸人在有溶解氧的水中，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[OH-]。電化學當量的氯化銀沉淀在反電極上(電子不足)，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：4Ag+4Cl-=4AgCl+4e-。電流的大小與被測污水的氧的分壓成正比，該信號連同傳感器上熱電阻測出的溫度信號被送人變送器，利用傳感器中存儲的含氧量和氧分壓、溫度之間的關系曲線計算出水中的含氧量，然后轉化成標準信號輸出。參比電極的功能是確定陰極電位。
2.1 pH計的特點pH電極上的玻璃隨著時間推移會逐漸老化，梯度(單位pH值變化所引起的電極輸出電位的變化值)惡化，花費較長時間才能達到穩(wěn)定電位。一般電極的使用壽命可達兩年。另外，溫度對老化也有較大影響，100℃下貯存幾周的老化程度相當于室溫下貯存一年的老化程度。pH計具有測量準確、可靠性高、安裝及維護方便等優(yōu)點，同時對污染也較敏感，需要經(jīng)常標定，一般每隔一個到一個半月標定一次，每兩年更換一次電極。
2.2溶氧儀的特點溶氧儀具有安裝方便，標定周期長(3~4個月)，對其他物質不敏感等特點，并且能監(jiān)測覆膜和探頭內電解質的使用情況，一般每一至三年更換一次電解質和覆膜。
3安裝及維護
3.1 pH計的安裝和維護pH計的安裝方式有流通式和浸人式兩種。污水處理廠一般選用的是浸人式安裝，如該污水處理廠的pH計安裝在沉砂池的出口溢流槽內，此處的pH值較具有代表性，且水流平穩(wěn)，對pH計不會造成大的沖擊。定期的維護有助于儀表的準確測量和延長儀表的使用壽命。應當注意傳感器和變送器之間的專用電纜不能受潮，否則電極的高阻低壓信號將無法傳送至變送器。若電極不測量時，應將黃色保護套管套上，它能使電極處于濕潤狀態(tài)，有利于延長電極的使用壽命。每隔一個月左右，應對電極進行清洗，先用柔和的水流噴洗附著物，再將電極浸泡于清洗液中一段時間，而后用清水洗凈。傳感器支架也應清洗。每次清洗之后，要用緩沖劑溶液進行標定，目前國產(chǎn)的pH標定液中，pH=4的還可以，pH=7的不夠準確，將會影響標定結果。所以*好使用生產(chǎn)廠家的標定液，生產(chǎn)廠家一般提供兩瓶標準溶液，一瓶pH值等于7，用于標定儀表零點；一瓶pH值等于4，用于標定儀表的信號輸出斜率。
3.2溶氧儀的安裝和維護溶氧儀一般采用浸入式安裝，在此應注意，一般*好選用原廠的安裝支架。廠家配帶的安裝支架為不銹鋼制成，帶有調節(jié)鋼絲繩，通過調整鋼絲繩長度可以改變傳感器的浸入深度，支架上的引導管保證了傳感器始終處于垂直位置。支架部分都經(jīng)過特殊設計，它可以將水面的波動傳至浸入管，從而引起浸入管的輕微振動，使得通過浸入管在探頭的表面產(chǎn)生一個附加的清洗效果。有的用戶為了減少投資，自己制作安裝支架，雖然也可以使用，但要注意保證浸人管和傳感器之間的密封。如果密封不嚴，污水滲人，使得專用電纜和傳感器的連接處長期浸泡在污水中，容易造成傳感器的損壞；有的甚至不做安裝支架，直接將傳感器投入水中，這樣在傳感器和電纜之間會形成較大的拉力，傳感器更容易損壞。溶解氧探頭每周應用水輕輕清洗，發(fā)現(xiàn)覆膜損壞應及時更換，電解液受污染也應及時更換。當污水中含有H2S、NH3、苯或酚這些成份時，對覆膜會造成損害。在這種場合下必須經(jīng)常更換膜頭。判斷探頭中電極的好壞只需看顏色即可，參考電極應是黑灰色，陰極(金電極)應呈黃色，而反電極必須發(fā)亮，否則應進行清洗或再生。
隨著我國對水資源保護的日益重視，污水的凈化處理顯得越來越重要，而與之配套的處理過程所需的檢測儀表是必不可少的。水質分析儀作為污水處理行業(yè)中*重要的儀表，除了選型和安裝正確以外，定期的維護和標定也十分重要，而且是使儀表能夠真正發(fā)揮作用的關鍵所在。