Funktionsweise von pH-Metern und Analysatoren für gelösten Sauerstoff
Erstens das Arbeitsprinzip des Wasserqualitätsanalysators
1. Funktionsprinzip des pH-Meters
Der pH-Wert des Wassers hängt von der Menge der gelösten Stoffe ab, daher kann der pH-Wert die Veränderung der Wasserqualität empfindlich anzeigen. Die Änderung des pH-Werts hat einen großen Einfluss auf die Reproduktion und das Überleben von Organismen und beeinträchtigt auch ernsthaft die biochemische Funktion von Belebtschlamm, dh die Wirkung der Behandlung. Der pH-Wert von Abwässern wird im Allgemeinen zwischen 6,5 und 7 geregelt. Wasser ist chemisch neutral, und einige Wassermoleküle zerfallen spontan nach folgender Formel: H2O=H plus plus OH-, d. h. sie zerfallen in Wasserstoffionen und Hydroxid-Ionen. In einer neutralen Lösung sind die Konzentrationen von Wasserstoffionen H plus und Hydroxidionen OH- beide 10-7 mol/l, und der pH-Wert ist die negative Zahl des Logarithmus der Wasserstoffionenkonzentration mit der Basis 10: pH{ {9}}log, also neutral Der pH-Wert der Lösung ist gleich 7. Bei einem Überschuss an Wasserstoffionen ist der pH-Wert kleiner als 7 und die Lösung ist sauer; andernfalls ist die Lösung bei einem Überschuss an Hydroxidionen alkalisch.
Der pH-Wert wird üblicherweise nach der potentiometrischen Methode gemessen. Üblicherweise werden eine Bezugselektrode mit konstantem Potential und eine Messelektrode verwendet, um eine galvanische Zelle zu bilden. Die elektromotorische Kraft der galvanischen Zelle hängt von der Konzentration an Wasserstoffionen und auch vom pH-Wert der Lösung ab. Die Anlage verwendet pH-Sensoren und pH-Transmitter. An der Messelektrode befindet sich eine spezielle pH-empfindliche Glassonde, die aus Spezialglas besteht, das Strom leiten und Wasserstoffionen durchdringen kann und die Eigenschaften einer hohen Messgenauigkeit und einer guten Entstörung aufweist. Wenn die Glassonde mit Wasserstoffionen in Kontakt kommt, wird ein elektrisches Potential erzeugt. Das Potential wird gegen eine Referenzelektrode mit einem Silberdraht gemessen, der in einer Silberchloridlösung hängt. Wenn der pH-Wert unterschiedlich ist, ist auch das entsprechende Potential unterschiedlich, was durch den Messumformer in einen Standard-4-20-mA-Ausgang umgewandelt wird.
2. Funktionsprinzip des Analysators für gelösten Sauerstoff
Der Sauerstoffgehalt im Wasser kann den Selbstreinigungsgrad des Wassers vollständig anzeigen. Für biologische Kläranlagen mit Belebtschlamm ist es sehr wichtig, den Sauerstoffgehalt von Belebungsbecken und Oxidationsgraben zu kennen. Die Erhöhung des gelösten Sauerstoffs im Abwasser fördert andere biologische Aktivitäten als anaerobe Mikroorganismen, sodass flüchtige Substanzen entfernt werden können und die Reinigung des Abwassers durch die natürlich oxidierten Ionen erleichtert wird. Es gibt drei Hauptmethoden zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts: automatische kolorimetrische Analyse und chemische Analysemessung, Messung mit paramagnetischer Methode und Messung mit elektrochemischer Methode. Die Menge an gelöstem Sauerstoff in Wasser wird im Allgemeinen durch elektrochemische Verfahren gemessen.
Sauerstoff kann sich in Wasser lösen, und die Löslichkeit hängt von der Temperatur, dem Gesamtdruck der Wasseroberfläche, dem Partialdruck und den im Wasser gelösten Salzen ab. Je höher der atmosphärische Druck, desto größer ist die Fähigkeit des Wassers, Sauerstoff zu lösen. Die Beziehung wird durch das Gesetz von Henry und das Gesetz von Dalton bestimmt. Das Gesetz von Henry besagt, dass die Löslichkeit eines Gases proportional zu seinem Partialdruck ist.
Am Beispiel des Sauerstoffmesssensors besteht die Elektrode aus einer Kathode (üblicherweise aus Gold und Platin), einer Gegenelektrode (Silber) mit Strom und einer Bezugselektrode (Silber) ohne Strom. Die Elektrode wird in einen Elektrolyten wie z. B. KCl, KOH eingetaucht. Der Sensor wird von einem Diaphragma bedeckt, das die Elektroden und den Elektrolyten von der zu messenden Flüssigkeit trennt und so den Sensor schützt, ein Austreten des Elektrolyten verhindert und verhindert Eindringen von Fremdstoffen, die Kontamination und Vergiftung verursachen. Zwischen der Gegenelektrode und der Kathode wird eine polarisierende Spannung angelegt. Wird die Messzelle in Wasser mit gelöstem Sauerstoff getaucht, diffundiert der Sauerstoff durch das Diaphragma und die an der Kathode vorhandenen Sauerstoffmoleküle (Elektronenüberschuss) werden zu Hydroxidionen reduziert: O2 plus 2H2O plus 4e- ® 4OH-. An der Gegenelektrode (Elektronenmangel) wird ein elektrochemisches Äquivalent Silberchlorid ausgefällt: 4Ag plus 4Cl- ® 4AgCl plus 4e-. Für jedes Sauerstoffmolekül gibt die Kathode 4 Elektronen ab und die Gegenelektrode nimmt Elektronen auf, um einen Strom zu bilden. Die Größe des Stroms ist proportional zum Sauerstoffpartialdruck des gemessenen Abwassers. Das Signal wird zusammen mit dem vom Wärmewiderstand am Sensor gemessenen Temperatursignal an den Transformator gesendet. Der Messumformer berechnet den Sauerstoffgehalt im Wasser anhand der Beziehungskurve zwischen dem im Sensor gespeicherten Sauerstoffgehalt und dem Sauerstoffpartialdruck und der Temperatur und wandelt sie dann in ein Standardsignal um. Die Funktion der Referenzelektrode besteht darin, das kathodische Potential zu bestimmen. Die Ansprechzeit des Sensors für gelösten Sauerstoff beträgt: 90 Prozent des endgültig gemessenen Werts nach 3 Minuten und 99 Prozent des endgültig gemessenen Werts nach 9 Minuten; Die Anforderung an die niedrige Durchflussrate beträgt 0,5 cm/s.
