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pH計(jì)和溶氧儀在污水處理中的應(yīng)用
閱讀：1824 發(fā)布時(shí)間：2012-5-22
1 工作原理
1.1 pH計(jì)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(shí)每升純水含有10-7克的[H+],，而氫的原子量和原子價(jià)都是1,，所以每升純水含有l0-7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(duì)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(duì)數(shù)的負(fù)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(duì)生物的繁殖和生存有很大影響,，同時(shí)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(cè)量,，常用一個(gè)恒定電位的參比電極和測(cè)量電極組成一個(gè)原電池，原電池電動(dòng)勢(shì)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(jì)。該儀表測(cè)量電極采用特殊的對(duì)pH反應(yīng)靈敏的玻璃電極,，它具有測(cè)量精度高,、抗干擾性好等特點(diǎn)。當(dāng)它浸人被測(cè)溶液時(shí),，被測(cè)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(shí)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(shí)引人轉(zhuǎn)換器進(jìn)行測(cè)量,。pH值不同，對(duì)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,。
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(duì)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(huì)促進(jìn)除厭氧微生物以外的生物活動(dòng),，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(cè)定氧含量主要有三種方法：自動(dòng)比色分析和化學(xué)分析測(cè)量,，順磁法測(cè)量,，電化學(xué)法測(cè)量。水中溶氧量一般采用電化學(xué)法測(cè)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(rèn)為氣體的溶解度與其分壓成正比。
氧量測(cè)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(cè)量的液體分開，只有溶解氣體能滲透覆膜,，因此保護(hù)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(cè)量元件浸人在有溶解氧的水中，氧會(huì)通過隔膜擴(kuò)散,，出現(xiàn)在陰極上（電子過剩）的氧分子就會(huì)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(duì)于每個(gè)氧分子，陰極放出4個(gè)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(cè)污水的氧的分壓成正比,，該信號(hào)連同傳感器上熱電阻測(cè)出的溫度信號(hào)被送人變送器，利用傳感器中存儲(chǔ)的含氧量和氧分壓,、溫度之間的關(guān)系曲線計(jì)算出水中的含氧量,，然后轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。參比電極的功能是確定陰極電位,。
2.1 pH計(jì)的特點(diǎn)
pH電極上的玻璃隨著時(shí)間推移會(huì)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(fèi)較長時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定電位,。一般電極的使用壽命可達(dá)兩年,。另外，溫度對(duì)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(jì)具有測(cè)量準(zhǔn)確、可靠性高,、安裝及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),，同時(shí)對(duì)污染也較敏感，需要經(jīng)常標(biāo)定,，一般每隔一個(gè)到一個(gè)半月標(biāo)定一次,，每兩年更換一次電極。
2.2 溶氧儀的特點(diǎn)
溶氧儀具有安裝方便,，標(biāo)定周期長（3~4個(gè)月）,，對(duì)其他物質(zhì)不敏感等特點(diǎn)，并且能監(jiān)測(cè)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(hù)
3.1 pH計(jì)的安裝和維護(hù)
pH計(jì)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(jì)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(duì)pH計(jì)不會(huì)造成大的沖擊,。
定期的維護(hù)有助于儀表的準(zhǔn)確測(cè)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(hào)將無法傳送至變送器,。若電極不測(cè)量時(shí)，應(yīng)將黃色保護(hù)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(gè)月左右，應(yīng)對(duì)電極進(jìn)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(shí)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(jìn)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(huì)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(diǎn)；一瓶pH值等于4,，用于標(biāo)定儀表的信號(hào)輸出斜率,。
3.2 溶氧儀的安裝和維護(hù)
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(jì),，它可以將水面的波動(dòng)傳至浸入管,，從而引起浸入管的輕微振動(dòng)，使得通過浸入管在探頭的表面產(chǎn)生一個(gè)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(huì)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(shí)更換,，電解液受污染也應(yīng)及時(shí)更換。當(dāng)污水中含有H2S,、NH3 、苯或酚這些成份時(shí),，對(duì)覆膜會(huì)造成損害,。在這種場(chǎng)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(jìn)行清洗或再生,。
隨著我國對(duì)水資源保護(hù)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(cè)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(hù)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。