Kako rade pH metri i analizatori rastvorenog kiseonika
Prvo, princip rada analizatora kvaliteta vode
1. Princip rada pH metra
pH vrijednost vode ovisi o količini otopljenih tvari, pa pH vrijednost može osjetljivo ukazati na promjenu kvaliteta vode. Promjena pH vrijednosti ima veliki uticaj na reprodukciju i opstanak organizama, a ozbiljno utiče i na biohemijsku funkciju aktivnog mulja, odnosno na učinak tretmana. pH vrijednost kanalizacije je općenito kontrolirana između 6,5 i 7. Voda je hemijski neutralna, a neki molekuli vode se spontano razlažu prema sljedećoj formuli: H2O=H plus plus OH-, odnosno razlažu se na jone vodonika i hidroksidnih jona. U neutralnom rastvoru, koncentracije vodonikovih jona H plus i hidroksidnih jona OH- su 10-7 mol/l, a pH vrednost je negativan broj logaritma koncentracije vodonikovih jona sa bazom 10: pH{ {9}}log, dakle neutralan pH rastvora je jednak 7. Ako postoji višak vodonikovih jona, pH vrednost je manja od 7, a rastvor je kisel; inače, rastvor je alkalni ako postoji višak hidroksidnih jona.
pH vrijednost se obično mjeri potenciometrijskom metodom. Obično se referentna elektroda s konstantnim potencijalom i mjerna elektroda koriste za formiranje galvanske ćelije. Elektromotorna sila galvanske ćelije ovisi o koncentraciji vodikovih iona i također ovisi o pH otopine. Postrojenje koristi pH senzore i pH transmitere. Na mjernoj elektrodi nalazi se specijalna staklena sonda osjetljiva na pH, koja je napravljena od specijalnog stakla koje može provoditi struju i prožimati vodikove ione, a ima karakteristike visoke točnosti mjerenja i dobre zaštite od smetnji. Kada staklena sonda dođe u kontakt sa vodikovim jonima, stvara se električni potencijal. Potencijal se mjeri u odnosu na referentnu elektrodu sa srebrnom žicom suspendovanom u rastvoru srebrnog hlorida. Ako je pH vrijednost drugačija, različit je i odgovarajući potencijal, koji se preko predajnika pretvara u standardni 4-20mA izlaz.
2. Princip rada analizatora rastvorenog kiseonika
Sadržaj kiseonika u vodi može u potpunosti pokazati stepen samopročišćavanja vode. Za postrojenja za biološki tretman koji koriste aktivni mulj veoma je važno znati sadržaj kiseonika u rezervoarima za aeraciju i oksidacionom jarku. Povećanje rastvorenog kiseonika u kanalizaciji će podstaći biološke aktivnosti osim anaerobnih mikroorganizama, tako da može ukloniti isparljive supstance i olakšati prirodno oksidirani ioni pročišćavanje kanalizacije. Postoje tri glavne metode za određivanje sadržaja kiseonika: automatska kolorimetrijska analiza i merenje hemijskom analizom, merenje paramagnetnom metodom i merenje elektrohemijskom metodom. Količina rastvorenog kiseonika u vodi se obično meri elektrohemijskom metodom.
Kiseonik se može rastvoriti u vodi, a rastvorljivost zavisi od temperature, ukupnog pritiska površine vode, parcijalnog pritiska i soli rastvorenih u vodi. Što je veći atmosferski pritisak, to je veća sposobnost vode da otapa kiseonik. Odnos je određen Henryjevim i Daltonovim zakonom. Henrijev zakon kaže da je rastvorljivost gasa proporcionalna njegovom parcijalnom pritisku.
Uzimajući senzor za mjerenje kisika kao primjer, elektroda se sastoji od katode (obično napravljene od zlata i platine), protuelektrode (srebro) sa strujom i referentne elektrode (srebro) bez struje. Elektroda je uronjena u elektrolit kao što je KCl, KOH. Među njima, senzor je prekriven dijafragmom, koja odvaja elektrode i elektrolit od tečnosti koja se meri, čime se štiti senzor, sprečava izlazak elektrolita i sprečava prodor stranih tvari koje uzrokuju kontaminaciju i trovanje. Između kontra elektrode i katode primjenjuje se polarizacijski napon. Ako je mjerna ćelija uronjena u vodu s otopljenim kisikom, kisik difundira kroz dijafragmu, a molekule kisika prisutne na katodi (višak elektrona) reduciraju se u hidroksidne ione: O2 plus 2H2O plus 4e-® 4OH-. Elektrohemijski ekvivalent srebrnog hlorida precipitira se na kontraelektrodi (nedostatak elektrona): 4Ag plus 4Cl- ® 4AgCl plus 4e-. Za svaku molekulu kiseonika, katoda emituje 4 elektrona, a kontraelektroda prihvata elektrone da formira struju. Veličina struje je proporcionalna parcijalnom pritisku kiseonika izmerene kanalizacije. Signal se šalje transformatoru zajedno sa temperaturnim signalom izmjerenim termičkim otporom na senzoru. Predajnik izračunava sadržaj kiseonika u vodi koristeći krivulju odnosa između sadržaja kiseonika pohranjenog u senzoru i parcijalnog pritiska i temperature kiseonika, a zatim ga pretvara u standardni izlazni signal. Funkcija referentne elektrode je da odredi katodni potencijal. Vrijeme odziva senzora rastvorenog kiseonika je: 90 posto konačne izmjerene vrijednosti nakon 3 minute, i 99 posto konačne izmjerene vrijednosti nakon 9 minuta; zahtjev za niskom brzinom protoka je 0,5 cm/s.
