1.pH計和溶氧儀的工作原理

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l0^-7克當量的[H⁺]，由于純水中的[H⁺]是由于水分子本身離解產生，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，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的負值來定義pH，表示為：pH=-lg[H⁺]，因(yin)此(ci)中(zhong)性溶液的pH值等(deng)于7。

如果有過量的氫(qing)離子(zi)(zi)，則pH值小于(yu)7，溶(rong)液(ye)呈(cheng)酸性(xing)；反之，氫(qing)氧根離子(zi)(zi)過量，則溶(rong)液(ye)呈(cheng)堿性(xing)。pH值隨著所溶(rong)解的物質(zhi)的多少而(er)定(ding)，因此(ci)pH值能靈敏地指(zhi)示出水質(zhi)的變化情(qing)況。pH值的變化對生物的繁殖和生存有很大(da)影響(xiang)，同時還嚴重(zhong)影響(xiang)活性(xing)污(wu)泥生化作(zuo)用(yong)，即影響(xiang)處理(li)效果，污(wu)水的pH值一般控制(zhi)在6.5~7之間(jian)。

pH值(zhi)通常用電(dian)(dian)位(wei)法測(ce)(ce)(ce)量，常用一個恒定(ding)電(dian)(dian)位(wei)的(de)參(can)比電(dian)(dian)極(ji)和(he)測(ce)(ce)(ce)量電(dian)(dian)極(ji)組成一個原電(dian)(dian)池，原電(dian)(dian)池電(dian)(dian)動勢(shi)的(de)大小(xiao)取(qu)決(jue)于氫(qing)離(li)(li)子(zi)(zi)的(de)濃(nong)度(du)，也取(qu)決(jue)于溶液(ye)的(de)酸堿(jian)度(du)。型沉人式pH計。該儀表測(ce)(ce)(ce)量電(dian)(dian)極(ji)采(cai)用特(te)殊的(de)對(dui)pH反應靈(ling)敏(min)的(de)玻(bo)璃電(dian)(dian)極(ji)，它(ta)具(ju)有測(ce)(ce)(ce)量精(jing)度(du)高、抗干擾性(xing)好(hao)等特(te)點。當它(ta)浸(jin)人被(bei)測(ce)(ce)(ce)溶液(ye)時，被(bei)測(ce)(ce)(ce)溶液(ye)中氫(qing)離(li)(li)子(zi)(zi)與(yu)電(dian)(dian)極(ji)球泡(pao)表面水化(hua)層中的(de)氫(qing)離(li)(li)子(zi)(zi)平衡，同(tong)時玻(bo)璃球內(nei)外的(de)溶液(ye)和(he)電(dian)(dian)極(ji)球泡(pao)內(nei)壁的(de)水化(hua)層產(chan)生(sheng)電(dian)(dian)位(wei)差，玻(bo)璃電(dian)(dian)極(ji)內(nei)部充有pH值(zhi)固(gu)定(ding)的(de)緩沖溶液(ye)，引出電(dian)(dian)極(ji)浸(jin)人內(nei)溶液(ye)中形成半(ban)電(dian)(dian)池，與(yu)甘汞電(dian)(dian)極(ji)中浸(jin)人在飽和(he)氯化(hua)鉀溶液(ye)中形成的(de)半(ban)電(dian)(dian)池同(tong)時引人轉(zhuan)換器(qi)進行(xing)測(ce)(ce)(ce)量。pH值(zhi)不同(tong)，對(dui)應產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)(dian)位(wei)也不一樣(yang)，通過變送器(qi)將其轉(zhuan)換成標準4-20mA輸(shu)出。

1.2溶解氧分析儀的工作原理

水中的(de)(de)氧(yang)含(han)量(liang)可充分顯示水自(zi)凈的(de)(de)程度。對于使(shi)用活(huo)化污(wu)(wu)泥的(de)(de)生物(wu)(wu)處(chu)理廠來說，了解(jie)曝氣池的(de)(de)氧(yang)含(han)量(liang)非(fei)常重要(yao)，污(wu)(wu)水中溶氧(yang)增加，會促進除(chu)厭氧(yang)微生物(wu)(wu)以外的(de)(de)生物(wu)(wu)活(huo)動，因(yin)而能去除(chu)揮(hui)發性物(wu)(wu)質和(he)易于自(zi)然氧(yang)化的(de)(de)離子，使(shi)污(wu)(wu)水得到凈化。

測定氧含(han)量(liang)主要有三種方法：自動比色分析和(he)化(hua)學(xue)分析測量(liang)，順磁法測量(liang)，電化(hua)學(xue)法測量(liang)。水中溶氧量(liang)一(yi)般采用電化(hua)學(xue)法測量(liang)。

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，電極浸沒在電解質如KCl、KOH中，傳感器有隔膜覆蓋，覆膜將電極和電解質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，既能防止電解質逸出，又可防止外來物質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(de)(de)大小與被(bei)測污水的(de)(de)氧(yang)(yang)的(de)(de)分壓成(cheng)正比，該信(xin)號(hao)連同傳(chuan)感器(qi)(qi)上熱電阻測出的(de)(de)溫度信(xin)號(hao)被(bei)送人變送器(qi)(qi)，利用傳(chuan)感器(qi)(qi)中(zhong)存儲(chu)的(de)(de)含(han)氧(yang)(yang)量(liang)和氧(yang)(yang)分壓、溫度之間的(de)(de)關系曲(qu)線計算出水中(zhong)的(de)(de)含(han)氧(yang)(yang)量(liang)，然后轉化成(cheng)標(biao)準信(xin)號(hao)輸出。參比電極(ji)的(de)(de)功能(neng)是確(que)定陰極(ji)電位。

2.pH計和溶氧儀的特點

2.1 pH計的特點

pH電極(ji)(ji)上的(de)(de)(de)(de)玻璃隨著時間(jian)推(tui)移(yi)會逐(zhu)漸(jian)老(lao)(lao)化，梯度(單(dan)位pH值變化所(suo)引起(qi)的(de)(de)(de)(de)電極(ji)(ji)輸出電位的(de)(de)(de)(de)變化值)惡化，花費較長時間(jian)才能(neng)達(da)到(dao)穩定(ding)電位。一(yi)(yi)般電極(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)使用壽命可(ke)達(da)兩年。另外，溫度對老(lao)(lao)化也有(you)較大(da)影響(xiang)，100℃下貯存(cun)幾(ji)周的(de)(de)(de)(de)老(lao)(lao)化程(cheng)度相當于(yu)室(shi)溫下貯存(cun)一(yi)(yi)年的(de)(de)(de)(de)老(lao)(lao)化程(cheng)度。pH計具(ju)有(you)測量(liang)準確、可(ke)靠性(xing)高、安裝及維護(hu)方便等優點，同時對污染也較敏感(gan)，需要(yao)經常標定(ding)，一(yi)(yi)般每隔一(yi)(yi)個到(dao)一(yi)(yi)個半月標定(ding)一(yi)(yi)次，每兩年更(geng)換(huan)一(yi)(yi)次電極(ji)(ji)。

2.2溶氧儀的特點

溶(rong)氧儀具有安(an)裝方便，標定周(zhou)期(qi)長(chang)(3~4個月)，對其他物質不敏感等特點，并且能(neng)監測覆(fu)膜和探頭(tou)內電(dian)解質的使用情況，一(yi)(yi)(yi)般每一(yi)(yi)(yi)至三年更(geng)換一(yi)(yi)(yi)次電(dian)解質和覆(fu)膜。

3.安裝及維護

3.1 pH計的安裝和維護

pH計(ji)的(de)安(an)裝方式有流(liu)通式和(he)浸(jin)人式兩(liang)種。污水處(chu)理廠一般選用的(de)是浸(jin)人式安(an)裝，如該(gai)污水處(chu)理廠的(de)pH計(ji)安(an)裝在沉砂池的(de)出(chu)口溢流(liu)槽(cao)內(nei)，此處(chu)的(de)pH值較具有代表性，且水流(liu)平穩，對pH計(ji)不會造(zao)成大的(de)沖(chong)擊。

定(ding)(ding)期的(de)(de)維護(hu)有助于儀(yi)(yi)表的(de)(de)準確測(ce)(ce)量和延長儀(yi)(yi)表的(de)(de)使(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)壽命。應(ying)當注意傳感(gan)器和變送(song)器之間的(de)(de)專(zhuan)用(yong)(yong)(yong)(yong)電纜不能受潮，否則電極(ji)的(de)(de)高阻(zu)低壓信(xin)號(hao)將(jiang)無法(fa)傳送(song)至變送(song)器。若電極(ji)不測(ce)(ce)量時，應(ying)將(jiang)黃色(se)保護(hu)套(tao)管套(tao)上，它能使(shi)電極(ji)處于濕潤(run)狀態，有利于延長電極(ji)的(de)(de)使(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)壽命。每隔(ge)一(yi)(yi)個月左(zuo)右，應(ying)對電極(ji)進(jin)行清洗，先用(yong)(yong)(yong)(yong)柔和的(de)(de)水(shui)流噴洗附(fu)著(zhu)物，再將(jiang)電極(ji)浸泡于清洗液(ye)中(zhong)一(yi)(yi)段時間，而(er)后用(yong)(yong)(yong)(yong)清水(shui)洗凈。傳感(gan)器支(zhi)架也(ye)應(ying)清洗。每次(ci)清洗之后，要(yao)用(yong)(yong)(yong)(yong)緩沖劑溶液(ye)進(jin)行標定(ding)(ding)，目(mu)前國產的(de)(de)pH標定(ding)(ding)液(ye)中(zhong)，pH=4的(de)(de)還可以(yi)，pH=7的(de)(de)不夠準確，將(jiang)會影響(xiang)標定(ding)(ding)結果。所以(yi)最(zui)好使(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)生產廠家的(de)(de)標定(ding)(ding)液(ye)，生產廠家一(yi)(yi)般提供兩(liang)瓶(ping)(ping)標準溶液(ye)，一(yi)(yi)瓶(ping)(ping)pH值等于7，用(yong)(yong)(yong)(yong)于標定(ding)(ding)儀(yi)(yi)表零點；一(yi)(yi)瓶(ping)(ping)pH值等于4，用(yong)(yong)(yong)(yong)于標定(ding)(ding)儀(yi)(yi)表的(de)(de)信(xin)號(hao)輸出斜率(lv)。

3.2溶氧儀的安裝和維護

溶氧儀一(yi)(yi)般采用(yong)(yong)浸入(ru)(ru)式安(an)裝，在(zai)此應注意(yi)，一(yi)(yi)般最好選用(yong)(yong)原廠(chang)的(de)(de)(de)(de)安(an)裝支(zhi)架(jia)。廠(chang)家配帶的(de)(de)(de)(de)安(an)裝支(zhi)架(jia)為不銹鋼制成，帶有(you)調節鋼絲(si)繩，通過(guo)調整鋼絲(si)繩長度可(ke)以改變(bian)傳感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)(de)浸入(ru)(ru)深度，支(zhi)架(jia)上(shang)的(de)(de)(de)(de)引導(dao)管(guan)保(bao)(bao)證(zheng)了(le)傳感(gan)器(qi)始終處(chu)于(yu)垂直位置(zhi)。支(zhi)架(jia)部分都經過(guo)特殊設計，它(ta)可(ke)以將水(shui)(shui)面(mian)的(de)(de)(de)(de)波動傳至(zhi)浸入(ru)(ru)管(guan)，從而引起(qi)浸入(ru)(ru)管(guan)的(de)(de)(de)(de)輕微振動，使(shi)得(de)通過(guo)浸入(ru)(ru)管(guan)在(zai)探頭的(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)產生(sheng)一(yi)(yi)個附加(jia)的(de)(de)(de)(de)清洗效果。有(you)的(de)(de)(de)(de)用(yong)(yong)戶(hu)為了(le)減少投(tou)資，自(zi)己制作(zuo)安(an)裝支(zhi)架(jia)，雖然也可(ke)以使(shi)用(yong)(yong)，但要注意(yi)保(bao)(bao)證(zheng)浸人管(guan)和(he)傳感(gan)器(qi)之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)密(mi)(mi)封。如果密(mi)(mi)封不嚴，污水(shui)(shui)滲人，使(shi)得(de)專(zhuan)用(yong)(yong)電(dian)纜和(he)傳感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)(de)連接處(chu)長期浸泡在(zai)污水(shui)(shui)中，容易造成傳感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)(de)損壞；有(you)的(de)(de)(de)(de)甚至(zhi)不做安(an)裝支(zhi)架(jia)，直接將傳感(gan)器(qi)投(tou)入(ru)(ru)水(shui)(shui)中，這樣在(zai)傳感(gan)器(qi)和(he)電(dian)纜之(zhi)間會形成較大的(de)(de)(de)(de)拉力，傳感(gan)器(qi)更容易損壞。

溶解氧探頭每周應用水輕輕清洗，發現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(huo)酚(fen)這(zhe)些成份(fen)時，對(dui)覆膜會造成損害。在這(zhe)種場(chang)合下必須經常更(geng)換(huan)膜頭。判斷探頭中(zhong)電(dian)極的(de)(de)好(hao)壞只需看(kan)顏色即可，參考電(dian)極應(ying)是(shi)黑灰色，陰(yin)極(金電(dian)極)應(ying)呈黃色，而(er)反電(dian)極必須發(fa)亮，否則應(ying)進行(xing)清洗或(huo)再生。隨著我(wo)國對(dui)水(shui)資(zi)源保護的(de)(de)日益重(zhong)(zhong)視，污水(shui)的(de)(de)凈化處(chu)理顯(xian)得越來越重(zhong)(zhong)要(yao)，而(er)與之配套的(de)(de)處(chu)理過(guo)程所(suo)需的(de)(de)檢測儀表是(shi)必不可少的(de)(de)。水(shui)質(zhi)分(fen)析儀作(zuo)為污水(shui)處(chu)理行(xing)業(ye)中(zhong)最重(zhong)(zhong)要(yao)的(de)(de)儀表，除了(le)選(xuan)型(xing)和安(an)裝正(zheng)確以外，定期的(de)(de)維護和標定也十分(fen)重(zhong)(zhong)要(yao)，而(er)且是(shi)使儀表能(neng)夠(gou)真(zhen)正(zheng)發(fa)揮(hui)作(zuo)用的(de)(de)關鍵所(suo)在。

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