Застосування pH-метра та вимірювача розчиненого кисню в очищенні стічних вод
1 Принцип роботи
1.1 Принцип роботи pH-метра
Рівень pH будь-якого розчину можна виразити через концентрацію іонів водню. Завдяки іонізуючому ефекту самої води кожен літр чистої води містить 10-7 грамів [H плюс ] при 22 градусах C, а атомна вага й атомна валентність водню дорівнюють 1, тому кожен літр чистої води містить 10-7 грам-еквівалентів [H плюс ] ], оскільки [H плюс ] у чистій воді утворюється внаслідок дисоціації самих молекул води, тобто:
H2O=H плюс плюс OH-
Чиста вода є нейтральною, тобто концентрації двох іонів рівні [H плюс ]=[OH-], добуток якої є постійною температурою, що називається іонним добутком K вода.
K вода=[H плюс ][OH-]=10-7*10-7=10-14
Наведена вище формула застосовна до будь-якого кислотно-основного розчину, тобто будь-якого водного розчину, у якому продукт [H плюс ][OH-] дорівнює 10-14. Наприклад, у якомусь водному розчині [H плюс ]=10-3, тоді [OH-] має бути 10-11, тому для будь-якого типу водного розчину, якщо відомо [H плюс ], тоді [ OH-] легко отримати, зазвичай pH визначається від’ємним значенням загального логарифма концентрації іонів водню, вираженого як: pH=-lg[H плюс ],
Отже, pH нейтрального розчину дорівнює 7. Якщо є надлишок іонів водню, значення pH менше 7, і розчин кислий; в іншому випадку розчин є лужним, якщо є надлишок гідроксид-іонів.
Значення рН залежить від кількості розчинених речовин, тому значення рН може точно вказувати на зміну якості води. Зміна значення pH має великий вплив на розмноження та виживання організмів, а також серйозно впливає на біохімічну функцію активного мулу, що впливає на ефект лікування. Значення рН стічних вод зазвичай контролюється між 6,5 і 7.
Значення рН зазвичай вимірюють потенціометричним методом. Електрод порівняння постійного потенціалу та вимірювальний електрод зазвичай використовуються для формування первинної батареї. Електрорушійна сила первинної батареї залежить від концентрації іонів водню, а також залежить від pH розчину. Тип грузила pH-метр. Вимірювальний електрод приладу використовує спеціальний скляний електрод, чутливий до pH, який має характеристики високої точності вимірювання та хорошої захисту від перешкод. Коли його занурюють у досліджуваний розчин, іони водню в досліджуваному розчині врівноважуються іонами водню в шарі гідратації на поверхні колби електрода, і в той же час розчин всередині та зовні електрода. скляна колба та шар гідратації на внутрішній стінці електродної колби створюють різницю потенціалів, а внутрішність скляного електрода заповнюється буферним розчином із фіксованим значенням pH, а вихідний електрод занурюється у внутрішній розчин для утворюють напівкомірку, а напівкомірку, утворену зануренням каломельного електрода в насичений розчин хлориду калію, одночасно вводять у перетворювач для вимірювання. Різні значення рН відповідають різним потенціалам, які через передавач перетворюються на стандартний вихід 4-20мА.
1.2 Принцип роботи аналізатора розчиненого кисню
Вміст кисню у воді може повною мірою показати ступінь самоочищення води. Для біологічних очисних станцій з використанням активного мулу дуже важливо знати вміст кисню в аеротенку. Збільшення вмісту розчиненого кисню в стічних водах сприятиме біологічній активності, відмінній від анаеробних мікроорганізмів, таким чином видаляючи леткі речовини та речовини, схильні до природного окислення іонів, для очищення стічних вод.
Існує три основні методи визначення вмісту кисню: автоматичний колориметричний аналіз і вимірювання хімічним аналізом, вимірювання парамагнітним методом і вимірювання електрохімічним методом. Кількість розчиненого у воді кисню зазвичай вимірюють електрохімічним методом.
Кисень може розчинятися у воді, а розчинність залежить від температури, загального тиску на поверхні води, парціального тиску та солей, розчинених у воді. Чим вищий атмосферний тиск, тим більша здатність води розчиняти кисень. Взаємозв'язок визначається законом Генрі та законом Дальтона. Закон Генрі стверджує, що розчинність газу прямо пропорційна його парціальному тиску.
Датчик вимірювання кисню складається з катода (зазвичай виготовленого із золота та платини), струмопровідного протиелектрода (срібло) та вільного від струму електрода порівняння (срібло). Електроди занурені в електроліти, такі як KCl і KOH, а датчик покритий діафрагмою. Покриття відокремлює електроди та електроліт від рідини, яка підлягає вимірюванню, і лише розчинений газ може проникнути через покриття, таким чином захищаючи датчик, запобігаючи витоку електроліту та запобігаючи проникненню сторонніх речовин, що може спричинити забруднення та отруєння.
Між протиелектродом і катодом прикладається поляризуюча напруга. Якщо вимірювальну комірку занурити у воду з розчиненим киснем, кисень дифундує через діафрагму, а молекули кисню, присутні на катоді (надлишок електронів), відновлюються до гідроксид-іонів [OH-]. Електрохімічний еквівалент хлориду срібла осідає на протиелектроді (дефіцит електронів). Для кожної молекули кисню катод випускає 4 електрони, а протиелектрод приймає електрони для утворення струму: 4Ag плюс 4Cl-=4AgCl плюс 4e-.
Величина струму пропорційна парціальному тиску кисню в виміряних стічних водах. Сигнал надсилається до передавача разом із сигналом температури, виміряним тепловим опором на датчику. Крива залежності обчислює вміст кисню у воді, а потім перетворює його на стандартний вихідний сигнал. Функція електрода порівняння полягає у визначенні катодного потенціалу.
2.1 Характеристика pH-метра
Скло на pH-електроді з часом поступово старіє, градієнт (зміна вихідного потенціалу електрода, спричинена зміною pH на одиницю) погіршиться, і для досягнення стабільного потенціалу знадобиться багато часу. Термін служби загальних електродів може досягати двох років. Крім того, температура також має великий вплив на старіння. Ступінь старіння при зберіганні при 100 градусах протягом декількох тижнів еквівалентний ступеню старіння при кімнатній температурі протягом одного року.
pH-метр має такі переваги, як точне вимірювання, висока надійність, а також зручна установка та обслуговування. Він також чутливий до забруднень і вимагає частого калібрування. Як правило, його калібрують кожні один-півтора місяці, а електрод замінюють кожні два роки.
2.2 Особливості вимірювача розчиненого кисню
Вимірювач розчиненого кисню має такі характеристики, як легке встановлення, тривалий період калібрування (3~4 місяці), нечутливість до інших речовин тощо, і може контролювати використання електроліту в мембрані та зонді. Як правило, електроліт і мембрану слід замінювати кожні один-три роки. .
