Kuinka pH-mittarit ja liuenneen hapen analysaattorit toimivat
Ensinnäkin vedenlaadun analysaattorin toimintaperiaate
1. pH-mittarin toimintaperiaate
Veden pH-arvo riippuu liuenneiden aineiden määrästä, joten pH-arvo voi osoittaa herkästi veden laadun muutosta. pH-arvon muutoksella on suuri vaikutus eliöiden lisääntymiseen ja selviytymiseen, ja se vaikuttaa vakavasti myös aktiivilietteen biokemialliseen toimintaan eli käsittelyn vaikutukseen. Jäteveden pH-arvoa säädetään yleensä välillä 6,5-7. Vesi on kemiallisesti neutraalia, ja osa vesimolekyylistä hajoaa itsestään seuraavan kaavan mukaan: H2O=H plus plus OH-, eli hajoavat vetyioneiksi ja hydroksidi-ionit. Neutraalissa liuoksessa vetyionien H plus ja hydroksidi-ionien OH- pitoisuudet ovat molemmat 10-7 mol/l ja pH-arvo on vetyionipitoisuuden logaritmin negatiivinen luku emäksellä 10: pH{ {9}}log, joten neutraali Liuoksen pH on 7. Jos vetyioneja on liikaa, pH-arvo on alle 7 ja liuos on hapan; muuten liuos on emäksinen, jos hydroksidi-ioneja on ylimäärä.
pH-arvo mitataan yleensä potentiometrisellä menetelmällä. Yleensä galvaanisen kennon muodostamiseen käytetään vakiopotentiaalin vertailuelektrodia ja mittauselektrodia. Galvaanisen kennon sähkömotorinen voima riippuu vetyionien pitoisuudesta ja riippuu myös liuoksen pH:sta. Tehdas käyttää pH-antureita ja pH-lähettimiä. Mittauselektrodissa on erityinen pH-herkkä lasianturi, joka on valmistettu erikoislasista, joka voi johtaa sähköä ja läpäistä vetyioneja ja jolla on korkea mittaustarkkuus ja hyvä häiriönesto. Kun lasikoetin joutuu kosketuksiin vetyionien kanssa, syntyy sähköpotentiaali. Potentiaali mitataan vertailuelektrodia vasten hopealankalla, joka on ripustettu hopeakloridiliuokseen. Jos pH-arvo on erilainen, on myös vastaava potentiaali erilainen, joka muunnetaan lähettimen kautta normaaliksi 4-20mA-ulostuloksi.
2. Liuenneen hapen analysaattorin toimintaperiaate
Veden happipitoisuus voi täysin osoittaa veden itsepuhdistusasteen. Aktiivilietettä käyttävillä biologisilla puhdistuslaitoksilla on erittäin tärkeää tietää ilmastussäiliöiden ja hapetusojan happipitoisuus. Liuenneen hapen lisääntyminen jätevedessä edistää muita biologisia toimintoja kuin anaerobisia mikro-organismeja, joten se voi poistaa haihtuvia aineita ja helpottaa Luonnollisesti hapettuneet ionit puhdistavat jätevettä. Happipitoisuuden määrittämiseen on kolme päämenetelmää: automaattinen kolorimetrinen analyysi ja kemiallisen analyysin mittaus, paramagneettinen menetelmämittaus ja sähkökemiallinen menetelmämittaus. Veteen liuenneen hapen määrä mitataan yleensä sähkökemiallisella menetelmällä.
Happi voi liueta veteen, ja liukoisuus riippuu lämpötilasta, veden pinnan kokonaispaineesta, osapaineesta ja veteen liuenneista suoloista. Mitä korkeampi ilmanpaine on, sitä suurempi on veden kyky liuottaa happea. Suhteen määrää Henryn laki ja Daltonin laki. Henryn laki sanoo, että kaasun liukoisuus on verrannollinen sen osapaineeseen.
Esimerkkinä happimittausanturista, elektrodi koostuu katodista (yleensä kullasta ja platinasta), vastaelektrodista (hopea) virralla ja vertailuelektrodista (hopea) ilman virtaa. Elektrodi on upotettu elektrolyyttiin, kuten KCl, KOH. Niistä anturi on peitetty kalvolla, joka erottaa elektrodit ja elektrolyytin mitattavasta nesteestä ja suojaa näin anturia, estää elektrolyytin karkaamisen ja estää vieraiden aineiden tunkeutuminen, joka aiheuttaa saastumista ja myrkytystä. Polarisoiva jännite syötetään vastaelektrodin ja katodin väliin. Jos mittauskenno upotetaan veteen, jossa on liuennutta happea, happi diffundoituu diafragman läpi ja katodilla olevat happimolekyylit (ylimäärä elektroneja) pelkistyvät hydroksidi-ioneiksi: O2 plus 2H2O plus 4e-® 4OH-. Sähkökemiallinen ekvivalentti hopeakloridia saostuu vastaelektrodille (elektronipuutteinen): 4Ag plus 4Cl-® 4AgCl plus 4e-. Jokaista happimolekyyliä kohti katodi emittoi 4 elektronia ja vastaelektrodi hyväksyy elektroneja muodostaen virran. Virran suuruus on verrannollinen mitatun jäteveden hapen osapaineeseen. Signaali lähetetään muuntajalle yhdessä anturin lämpöresistanssilla mitatun lämpötilasignaalin kanssa. Lähetin laskee veden happipitoisuuden käyttämällä anturiin tallennetun happipitoisuuden ja hapen osapaineen ja lämpötilan välistä suhdekäyrää ja muuntaa sen sitten vakiosignaalilähtöön. Vertailuelektrodin tehtävänä on määrittää katodinen potentiaali. Liuenneen happianturin vasteaika on: 90 prosenttia lopullisesta mitatusta arvosta 3 minuutin kuluttua ja 99 prosenttia lopullisesta mitatusta arvosta 9 minuutin kuluttua; matalan virtausnopeuden vaatimus on 0,5 cm/s.
