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E+H在污水處理中應(yīng)用的PH電極與溶氧變送器

閱讀:2229        發(fā)布時間:2015-4-14

一:前言

進(jìn)入“九五"以來,,我國大規(guī)模水污染防治在“三河三湖""淮河,、太湖、巢湖,、滇池,、海河、遼河等重點(diǎn)流域全面展開,。經(jīng)過幾年的努力,,已經(jīng)取得了階段性成果,,部分河段水質(zhì)有所改善,。但是,由于歷史的原因,,我國水環(huán)境問題比較復(fù)雜,,在現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下,,解決水環(huán)境問題需要經(jīng)過一個緩慢的過程。因此,,在今后相當(dāng)長的時期內(nèi),,重點(diǎn)流域的水污染問題仍將十分嚴(yán)重。

檢測點(diǎn)的設(shè)計(jì)和檢測儀表(主要是水質(zhì)分析儀)的質(zhì)量對水環(huán)境監(jiān)測起著至關(guān)重要的作用,,本文結(jié)合麥園城市垃圾污水處理廠的設(shè)計(jì)談?wù)勥@方面體會,。

二、水質(zhì)分析儀的工作原理

  麥園污水處理廠使用的分析儀有兩種:E+HpH計(jì)和E+H溶氧分析儀,。

1,、pH計(jì)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(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,。

  水在化學(xué)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(fù)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,。麥園污水處理廠采用了德國E+H公司的CPS11型pH傳感器和CPM151型pH變送器,。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示,測量電極上有特殊的對pH反應(yīng)靈敏的玻璃探頭,,它是由能導(dǎo)電,、能滲透氫離子的特殊玻璃制成,具有測量精度高,、抗干擾性好等特點(diǎn),。當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)4~20mA輸出,。

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非常重要,,污水中溶氧增加,會促進(jìn)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,。麥園污水處理廠采用的是德國E+H公司的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)定律確定控制工程網(wǎng)版權(quán)所有,亨利定律認(rèn)為氣體的溶解度與其分壓成正比,。

  以E+H公司的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(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(kuò)散控制工程網(wǎng)版權(quán)所有,,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(xué)當(dāng)量的氯化銀沉淀在反電極上(電子不足):4Ag+4Cl-? 4AgCl+4e-,。

如圖1

如圖2


  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(jì)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。

  COS 4溶氧傳感器的響應(yīng)時間為:3分鐘后達(dá)到zui終測量值的90%,,9分鐘后達(dá)到zui終測量值的99%,;zui低流速要求為0.5cm/s。

三,、特點(diǎn)

1,、E+HpH計(jì)的特點(diǎn)

  E+HpH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(fèi)較長時間才能達(dá)到穩(wěn)定電位,。一般電極的使用壽命,以E+H公司的產(chǎn)品為例,,可達(dá)兩年,。另外,溫度對老化也有較大影響,,100° C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)具有高精度、高可靠性,、安裝及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),,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。,、溶氧儀的特點(diǎn)

  溶氧儀具有安裝方便,,標(biāo)定周期長(3~4個月),對其他物質(zhì)不敏感等特點(diǎn),,并且能監(jiān)測隔膜和探頭內(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)和隔膜,。

  E+H-COM252型溶氧變送器屬智能化儀表CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有,帶有HART或Profibus通訊協(xié)議,,還具有自診斷功能,,當(dāng)發(fā)生故障時,會顯示故障代碼,,提示維護(hù)人員故障所在,,通過查維護(hù)手冊找出解決故障的辦法,大大降低了維護(hù)時間和工作量,。

四,、安裝及維護(hù)

1、E+HpH計(jì)的安裝和維護(hù)

  pH計(jì)的安裝方式有流通式和浸入式兩種,。污水處理廠一般選用的是浸入式安裝,,如麥園處理廠的pH計(jì)安裝在氧化溝的出口溢流槽內(nèi),此處的pH值較具有代表性,,且水流平穩(wěn),,對pH計(jì)不會造成大的沖擊。

  定期的維護(hù)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(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,。每隔一個月左右,,應(yīng)對電極進(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7CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有,用于標(biāo)定儀表零點(diǎn),;一瓶pH等于4用于標(biāo)定儀表的信號輸出斜率,。

2、溶氧儀的安裝和維護(hù)

  E+H溶氧儀一般采用浸入式安裝,,在此應(yīng)注意,,一定要選用原廠的安裝支架。廠家配帶的安裝支架為不銹鋼制成,,帶有塑料鏈條,,通過調(diào)整鏈條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,,往往導(dǎo)致支架上的浸入管和傳感器之間密封不嚴(yán),污水滲入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)膜頭損壞應(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,,對膜頭是有害的。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(jìn)行清洗或再生。

五,、結(jié)束語

  隨著我國對水資源保護(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,。E+H

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