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在污水處理中應(yīng)用pH計和溶氧儀的工作原理
閱讀：779 發(fā)布時間：2011-8-26
怎么在污水處理中應(yīng)用pH計和溶氧儀的工作原理
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(dāng)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(dāng)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-]=10-7*10-7=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(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(yán)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(yīng)靈敏的玻璃電極，它具有測量精度高,、抗干擾性好等特點,。當(dāng)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(nèi)外的溶液和電極球泡內(nèi)壁的水化層產(chǎn)生電位差,，玻璃電極內(nèi)部充有pH值固定的緩沖溶液，引出電極浸人內(nèi)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(zhuǎn)換器進行測量,。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(biāo)準(zhǔn)4-20mA輸出,。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(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(xué)分析測量,，順磁法測量,，電化學(xué)法測量。水中溶氧量一般采用電化學(xué)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(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。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(zhì)如KCl、KOH中,，傳感器有隔膜覆蓋,，覆膜將電極和電解質(zhì)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(zhì)逸出,，又可防止外來物質(zhì)的侵人而導(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(xué)當(dāng)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(guān)系曲線計算出水中的含氧量,，然后轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。參比電極的功能是確定陰極電位,。2.1pH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(dāng)于室溫下貯存一年的老化程度,。pH計具有測量準(zhǔn)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(biāo)定,，一般每隔一個到一個半月標(biāo)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(biāo)定周期長（3~4個月）,，對其他物質(zhì)不敏感等特點，并且能監(jiān)測覆膜和探頭內(nèi)電解質(zhì)的使用情況,，一般每一至三年更換一次電解質(zhì)和覆膜,。3安裝及維護3.1pH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(nèi),，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(zhǔn)確測量和延長儀表的使用壽命,。應(yīng)當(dāng)注意傳感器和變送器之間的電纜不能受潮，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(yīng)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(yīng)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(yīng)清洗,。
每次清洗之后，要用緩沖劑溶液進行標(biāo)定,，目前國產(chǎn)的pH標(biāo)定液中,，pH=4的還可以，pH=7的不夠準(zhǔn)確,，將會影響標(biāo)定結(jié)果,。所以使用生產(chǎn)廠家的標(biāo)定液，生產(chǎn)廠家一般提供兩瓶標(biāo)準(zhǔn)溶液,，一瓶pH值等于7,，用于標(biāo)定儀表零點；一瓶pH值等于4,，用于標(biāo)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(yīng)注意,，一般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(diào)節(jié)鋼絲繩,，通過調(diào)整鋼絲繩長度可以改變傳感器的浸入深度,，支架上的引導(dǎo)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(shè)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(yán),，污水滲人，使得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(yīng)用水輕輕清洗,，發(fā)現(xiàn)覆膜損壞應(yīng)及時更換,，電解液受污染也應(yīng)及時更換,。
當(dāng)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(yīng)是黑灰色,，陰極（金電極）應(yīng)呈黃色，而反電極必須發(fā)亮,，否則應(yīng)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*的,。水質(zhì)分析儀作為污水處理行業(yè)中zui重要的儀表，除了選型和安裝正確以外,，定期的維護和標(biāo)定也十分重要,，而且是使儀表能夠真正發(fā)揮作用的關(guān)鍵所在。
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(dāng)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(dāng)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-]=10-7*10-7=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(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(yán)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(yīng)靈敏的玻璃電極，它具有測量精度高,、抗干擾性好等特點,。當(dāng)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(nèi)外的溶液和電極球泡內(nèi)壁的水化層產(chǎn)生電位差,，玻璃電極內(nèi)部充有pH值固定的緩沖溶液，引出電極浸人內(nèi)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(zhuǎn)換器進行測量,。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(biāo)準(zhǔn)4-20mA輸出,。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(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(xué)分析測量,，順磁法測量,，電化學(xué)法測量。水中溶氧量一般采用電化學(xué)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(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。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(zhì)如KCl、KOH中,，傳感器有隔膜覆蓋,，覆膜將電極和電解質(zhì)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(zhì)逸出,，又可防止外來物質(zhì)的侵人而導(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(xué)當(dāng)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(guān)系曲線計算出水中的含氧量,，然后轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。參比電極的功能是確定陰極電位,。2.1pH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(dāng)于室溫下貯存一年的老化程度,。pH計具有測量準(zhǔn)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(biāo)定,，一般每隔一個到一個半月標(biāo)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(biāo)定周期長（3~4個月）,，對其他物質(zhì)不敏感等特點，并且能監(jiān)測覆膜和探頭內(nèi)電解質(zhì)的使用情況,，一般每一至三年更換一次電解質(zhì)和覆膜,。3安裝及維護3.1pH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(nèi),，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(zhǔn)確測量和延長儀表的使用壽命,。應(yīng)當(dāng)注意傳感器和變送器之間的電纜不能受潮，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(yīng)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(yīng)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(yīng)清洗,。
每次清洗之后，要用緩沖劑溶液進行標(biāo)定,，目前國產(chǎn)的pH標(biāo)定液中,，pH=4的還可以，pH=7的不夠準(zhǔn)確,，將會影響標(biāo)定結(jié)果,。所以使用生產(chǎn)廠家的標(biāo)定液，生產(chǎn)廠家一般提供兩瓶標(biāo)準(zhǔn)溶液,，一瓶pH值等于7,，用于標(biāo)定儀表零點；一瓶pH值等于4,，用于標(biāo)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(yīng)注意,，一般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(diào)節(jié)鋼絲繩,，通過調(diào)整鋼絲繩長度可以改變傳感器的浸入深度,，支架上的引導(dǎo)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(shè)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(yán),，污水滲人，使得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(yīng)用水輕輕清洗,，發(fā)現(xiàn)覆膜損壞應(yīng)及時更換,，電解液受污染也應(yīng)及時更換,。
當(dāng)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(yīng)是黑灰色,，陰極（金電極）應(yīng)呈黃色，而反電極必須發(fā)亮,，否則應(yīng)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*的,。水質(zhì)分析儀作為污水處理行業(yè)中zui重要的儀表，除了選型和安裝正確以外,，定期的維護和標(biāo)定也十分重要,，而且是使儀表能夠真正發(fā)揮作用的關(guān)鍵所在。