1.pH計(jì)和溶氧儀的工作原理

1.1 pH計(jì)的工作原理

任何溶液的酸堿度都可以用氫離子濃度來(lái)表示。由于水本身具有電離作用，當(dāng)22℃時(shí)每升純水含有10^-7克的[H⁺]，而氫的原子量和原子價(jià)都是1，所以每升純水含有l(wèi)0^-7克當(dāng)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(duì)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(duì)數(shù)的負(fù)值來(lái)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(guò)量的氫離子，則pH值小于7，溶液呈酸性；反之，氫氧根離子過(guò)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(duì)生物的繁殖和生存有很大影響，同時(shí)還嚴(yán)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(cè)量，常用一個(gè)恒定電位的參比電極和測(cè)量電極組成一個(gè)原電池，原電池電動(dòng)勢(shì)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(jì)。該儀表測(cè)量電極采用特殊的對(duì)pH反應(yīng)靈敏的玻璃電極，它具有測(cè)量精度高、抗干擾性好等特點(diǎn)。當(dāng)它浸人被測(cè)溶液時(shí)，被測(cè)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(shí)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(shí)引人轉(zhuǎn)換器進(jìn)行測(cè)量。pH值不同，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的電位也不一樣，通過(guò)變送器將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)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(duì)于使用活化污泥的生物處理廠來(lái)說(shuō)，了解曝氣池的氧含量非常重要，污水中溶氧增加，會(huì)促進(jìn)除厭氧微生物以外的生物活動(dòng)，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(cè)定氧含量主要有三種方法：自動(dòng)比色分析和化學(xué)分析測(cè)量，順磁法測(cè)量，電化學(xué)法測(cè)量。水中溶氧量一般采用電化學(xué)法測(cè)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(guān)系由亨利(Henry)定律和道爾頓(Dalton)定律確定，亨利定律認(rèn)為氣體的溶解度與其分壓成正比。氧量測(cè)量傳感器由陰極(常用金和鉑制成)和帶電流的反電極(銀)、無(wú)電流的參比電極(銀)組成，電極浸沒(méi)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(cè)量的液體分開，只有溶解氣體能滲透覆膜，因此保護(hù)了傳感器，既能防止電解質(zhì)逸出，又可防止外來(lái)物質(zhì)的侵人而導(dǎo)致污染和毒化。向反電極和陰極之間施加極化電壓，假如測(cè)量元件浸人在有溶解氧的水中，氧會(huì)通過(guò)隔膜擴(kuò)散，出現(xiàn)在陰極上(電子過(guò)剩)的氧分子就會(huì)被還原成氫氧根離子[OH-]。電化學(xué)當(dāng)量的氯化銀沉淀在反電極上(電子不足)，對(duì)于每個(gè)氧分子，陰極放出4個(gè)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(cè)污水的氧的分壓成正比，該信號(hào)連同傳感器上熱電阻測(cè)出的溫度信號(hào)被送人變送器，利用傳感器中存儲(chǔ)的含氧量和氧分壓、溫度之間的關(guān)系曲線計(jì)算出水中的含氧量，然后轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。參比電極的功能是確定陰極電位。

2.pH計(jì)和溶氧儀的特點(diǎn)

2.1 pH計(jì)的特點(diǎn)

pH電極上的玻璃隨著時(shí)間推移會(huì)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(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定電位。一般電極的使用壽命可達(dá)兩年。另外，溫度對(duì)老化也有較大影響，100℃下貯存幾周的老化程度相當(dāng)于室溫下貯存一年的老化程度。pH計(jì)具有測(cè)量準(zhǔn)確、可靠性高、安裝及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)污染也較敏感，需要經(jīng)常標(biāo)定，一般每隔一個(gè)到一個(gè)半月標(biāo)定一次，每?jī)赡旮鼡Q一次電極。

2.2溶氧儀的特點(diǎn)

溶氧儀具有安裝方便，標(biāo)定周期長(zhǎng)(3~4個(gè)月)，對(duì)其他物質(zhì)不敏感等特點(diǎn)，并且能監(jiān)測(cè)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(hù)

3.1 pH計(jì)的安裝和維護(hù)

pH計(jì)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(jì)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(duì)pH計(jì)不會(huì)造成大的沖擊。

定期的維護(hù)有助于儀表的準(zhǔn)確測(cè)量和延長(zhǎng)儀表的使用壽命。應(yīng)當(dāng)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(hào)將無(wú)法傳送至變送器。若電極不測(cè)量時(shí)，應(yīng)將黃色保護(hù)套管套上，它能使電極處于濕潤(rùn)狀態(tài)，有利于延長(zhǎng)電極的使用壽命。每隔一個(gè)月左右，應(yīng)對(duì)電極進(jìn)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(shí)間，而后用清水洗凈。傳感器支架也應(yīng)清洗。每次清洗之后，要用緩沖劑溶液進(jìn)行標(biāo)定，目前國(guó)產(chǎn)的pH標(biāo)定液中，pH=4的還可以，pH=7的不夠準(zhǔn)確，將會(huì)影響標(biāo)定結(jié)果。所以最好使用生產(chǎn)廠家的標(biāo)定液，生產(chǎn)廠家一般提供兩瓶標(biāo)準(zhǔn)溶液，一瓶pH值等于7，用于標(biāo)定儀表零點(diǎn)；一瓶pH值等于4，用于標(biāo)定儀表的信號(hào)輸出斜率。

3.2溶氧儀的安裝和維護(hù)

溶氧儀一般采用浸入式安裝，在此應(yīng)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(guò)調(diào)整鋼絲繩長(zhǎng)度可以改變傳感器的浸入深度，支架上的引導(dǎo)管保證了傳感器始終處于垂直位置。支架部分都經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)，它可以將水面的波動(dòng)傳至浸入管，從而引起浸入管的輕微振動(dòng)，使得通過(guò)浸入管在探頭的表面產(chǎn)生一個(gè)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(yán)，污水滲人，使得專用電纜和傳感器的連接處長(zhǎng)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(huì)形成較大的拉力，傳感器更容易損壞。

溶解氧探頭每周應(yīng)用水輕輕清洗，發(fā)現(xiàn)覆膜損壞應(yīng)及時(shí)更換，電解液受污染也應(yīng)及時(shí)更換。當(dāng)污水中含有H₂S、NH₃、苯或酚這些成份時(shí)，對(duì)覆膜會(huì)造成損害。在這種場(chǎng)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(yīng)是黑灰色，陰極(金電極)應(yīng)呈黃色，而反電極必須發(fā)亮，否則應(yīng)進(jìn)行清洗或再生。隨著我國(guó)對(duì)水資源保護(hù)的日益重視，污水的凈化處理顯得越來(lái)越重要，而與之配套的處理過(guò)程所需的檢測(cè)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(hù)和標(biāo)定也十分重要，而且是使儀表能夠真正發(fā)揮作用的關(guān)鍵所在。

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