Kā darbojas pH mērītāji un izšķīdinātā skābekļa analizatori
Pirmkārt, ūdens kvalitātes analizatora darbības princips
1. pH metra darbības princips
Ūdens pH vērtība ir atkarīga no izšķīdušo vielu daudzuma, tāpēc pH vērtība var jutīgi norādīt uz ūdens kvalitātes izmaiņām. PH vērtības maiņa ļoti ietekmē organismu vairošanos un izdzīvošanu, kā arī nopietni ietekmē aktīvo dūņu bioķīmisko funkciju, tas ir, apstrādes efektu. Notekūdeņu pH parasti tiek kontrolēts no 6,5 līdz 7. Ūdens ir ķīmiski neitrāls, un dažas ūdens molekulas spontāni sadalās pēc šādas formulas: H2O=H plus plus OH-, tas ir, sadalās ūdeņraža jonos un hidroksīda joni. Neitrālā šķīdumā gan ūdeņraža jonu H plus, gan hidroksīda jonu OH- koncentrācijas ir 10-7 mol/l, un pH vērtība ir ūdeņraža jonu koncentrācijas negatīvais logaritma skaitlis ar bāzi 10: pH{ {9}}log, tātad neitrāls Šķīduma pH ir vienāds ar 7. Ja ir ūdeņraža jonu pārpalikums, pH vērtība ir mazāka par 7, un šķīdums ir skābs; pretējā gadījumā šķīdums ir sārmains, ja ir pārāk daudz hidroksīda jonu.
PH vērtību parasti mēra ar potenciometrisko metodi. Parasti galvaniskās šūnas veidošanai izmanto nemainīga potenciāla atskaites elektrodu un mērīšanas elektrodu. Galvaniskās šūnas elektromotora spēks ir atkarīgs no ūdeņraža jonu koncentrācijas un ir atkarīgs arī no šķīduma pH. Iekārtā tiek izmantoti pH sensori un pH raidītāji. Uz mērīšanas elektroda ir speciāla pret pH jutīga stikla zonde, kas ir izgatavota no speciāla stikla, kas var vadīt elektrību un caurstrāvot ūdeņraža jonus, un tam piemīt augsta mērījumu precizitāte un laba prettraucējumu īpašības. Kad stikla zonde nonāk saskarē ar ūdeņraža joniem, rodas elektriskais potenciāls. Potenciālu mēra pret atsauces elektrodu ar sudraba stiepli, kas suspendēta sudraba hlorīda šķīdumā. Ja pH vērtība ir atšķirīga, atšķiras arī atbilstošais potenciāls, kas tiek pārveidots standarta 4-20mA izejā caur raidītāju.
2. Izšķīdušā skābekļa analizatora darbības princips
Skābekļa saturs ūdenī var pilnībā parādīt ūdens pašattīrīšanās pakāpi. Bioloģiskās attīrīšanas iekārtām, kurās izmanto aktīvās dūņas, ļoti svarīgi ir zināt skābekļa saturu aerācijas tvertnēs un oksidācijas grāvjos. Izšķīdušā skābekļa palielināšanās notekūdeņos veicinās bioloģiskās aktivitātes, kas nav anaerobos mikroorganismus, tādējādi var izvadīt gaistošas vielas un atvieglot Dabiski oksidētie joni attīra notekūdeņus. Skābekļa satura noteikšanai ir trīs galvenās metodes: automātiskā kolorimetriskā analīze un ķīmiskās analīzes mērījumi, paramagnētiskās metodes mērīšana un elektroķīmiskās metodes mērīšana. Ūdenī izšķīdušā skābekļa daudzumu parasti mēra ar elektroķīmisko metodi.
Skābeklis var izšķīst ūdenī, un šķīdība ir atkarīga no temperatūras, kopējā ūdens virsmas spiediena, daļējā spiediena un ūdenī izšķīdinātajiem sāļiem. Jo augstāks atmosfēras spiediens, jo lielāka ir ūdens spēja izšķīdināt skābekli. Attiecības nosaka Henrija likums un Daltona likums. Henrija likums nosaka, ka gāzes šķīdība ir proporcionāla tās daļējam spiedienam.
Kā piemēru ņemot skābekļa mērīšanas sensoru, elektrods sastāv no katoda (parasti izgatavots no zelta un platīna), pretelektroda (sudraba) ar strāvu un atsauces elektrodu (sudraba) bez strāvas. Elektrods ir iegremdēts elektrolītā, piemēram, KCl, KOH Tostarp sensors ir pārklāts ar diafragmu, kas atdala elektrodus un elektrolītu no mērāmā šķidruma, tādējādi aizsargājot sensoru, novēršot elektrolīta izplūšanu un novēršot svešu vielu iekļūšana, kas izraisa piesārņojumu un saindēšanos. Starp pretelektrodu un katodu tiek pielikts polarizējošais spriegums. Ja mērelementu iegremdē ūdenī ar izšķīdušu skābekli, skābeklis izkliedējas caur diafragmu un uz katoda esošās skābekļa molekulas (elektronu pārpalikums) tiek reducētas līdz hidroksīda joniem: O2 plus 2H2O plus 4e-® 4OH-. Uz pretelektroda (ar elektronu deficītu) tiek izgulsnēts sudraba hlorīda elektroķīmiskais ekvivalents: 4Ag plus 4Cl- ® 4AgCl plus 4e-. Katrai skābekļa molekulai katods izstaro 4 elektronus, un pretelektrods pieņem elektronus, lai izveidotu strāvu. Strāvas stiprums ir proporcionāls izmērīto notekūdeņu skābekļa daļējam spiedienam. Signāls tiek nosūtīts uz transformatoru kopā ar temperatūras signālu, ko mēra ar sensora termisko pretestību. Raidītājs aprēķina skābekļa saturu ūdenī, izmantojot attiecības līkni starp sensorā saglabāto skābekļa saturu un skābekļa parciālo spiedienu un temperatūru, un pēc tam pārvērš to standarta signāla izvadē. Atsauces elektroda funkcija ir noteikt katoda potenciālu. Izšķīdušā skābekļa sensora reakcijas laiks ir: 90 procenti no galīgās izmērītās vērtības pēc 3 minūtēm un 99 procenti no galīgās izmērītās vērtības pēc 9 minūtēm; zema plūsmas ātruma prasība ir 0,5 cm/s.
