怎么在污水處理中應用pH計和溶氧儀的工作原理
點擊: 次 時間:2017-07-22 10:14
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-]=10-7*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(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，對應產(chǎn)生的電位也不一樣，通過變送器將其轉(zhuǎn)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(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(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(zhuǎn)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(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：
3.1 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(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(jié)果。所以最好使用生產(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，一般最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(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(zhì)分析儀作為污水處理行業(yè)中最重要的儀表，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。
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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-]=10-7*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(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，對應產(chǎn)生的電位也不一樣，通過變送器將其轉(zhuǎn)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(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(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(zhuǎn)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(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：
3.1 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(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(jié)果。所以最好使用生產(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，一般最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(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(zhì)分析儀作為污水處理行業(yè)中最重要的儀表，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。
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