Sådan fungerer pH-målere og analyser af opløst ilt
For det første arbejdsprincippet for vandkvalitetsanalysator
1. Arbejdsprincip for pH-meter
Vandets pH-værdi afhænger af mængden af opløste stoffer, så pH-værdien kan følsomt indikere ændringen af vandkvaliteten. Ændringen af pH-værdien har stor indflydelse på organismers reproduktion og overlevelse og påvirker også alvorligt den biokemiske funktion af aktiveret slam, det vil sige effekten af behandlingen. pH-værdien af spildevand styres generelt mellem 6,5 og 7. Vand er kemisk neutralt, og nogle vandmolekyler nedbrydes spontant efter følgende formel: H2O=H plus plus OH-, det vil sige nedbrydes til hydrogenioner og hydroxidioner. I en neutral opløsning er koncentrationerne af hydrogenioner H plus og hydroxidioner OH- begge 10-7 mol/l, og pH-værdien er det negative tal af logaritmen af hydrogenionkoncentrationen med base 10: pH{ {9}}log, altså neutral. pH i opløsningen er lig med 7. Hvis der er et overskud af hydrogenioner, er pH-værdien mindre end 7, og opløsningen er sur; ellers er opløsningen basisk, hvis der er et overskud af hydroxidioner.
pH-værdien måles normalt ved den potentiometriske metode. Normalt bruges en referenceelektrode med konstant potentiale og en måleelektrode til at danne en galvanisk celle. Den galvaniske celles elektromotoriske kraft afhænger af koncentrationen af hydrogenioner og afhænger også af opløsningens pH. Anlægget anvender pH-sensorer og pH-transmittere. Der er en speciel pH-følsom glasprobe på måleelektroden, som er lavet af specialglas, der kan lede elektricitet og gennemtrænge brintioner, og som har egenskaberne høj målenøjagtighed og god anti-interferens. Når glassonden kommer i kontakt med brintioner, dannes der et elektrisk potentiale. Potentialet måles mod en referenceelektrode med en sølvtråd ophængt i en sølvkloridopløsning. Hvis pH-værdien er anderledes, er det tilsvarende potentiale også anderledes, hvilket omdannes til et standard 4-20mA output gennem senderen.
2. Funktionsprincip for analysator for opløst ilt
Iltindholdet i vand kan fuldt ud vise graden af selvrensning af vand. For biologiske renseanlæg, der anvender aktivt slam, er det meget vigtigt at kende iltindholdet i beluftningstanke og oxidationsgrøft. Forøgelsen af opløst ilt i spildevand vil fremme andre biologiske aktiviteter end anaerobe mikroorganismer, så det kan fjerne flygtige stoffer og lette De naturligt oxiderede ioner renser spildevandet. Der er tre hovedmetoder til bestemmelse af iltindhold: automatisk kolorimetrisk analyse og kemisk analysemåling, paramagnetisk metodemåling og elektrokemisk metodemåling. Mængden af opløst oxygen i vand måles generelt ved elektrokemisk metode.
Ilt kan opløses i vand, og opløseligheden afhænger af temperaturen, vandoverfladens samlede tryk, partialtrykket og salte opløst i vandet. Jo højere atmosfærisk tryk, jo større er vandets evne til at opløse ilt. Forholdet er bestemt af Henrys lov og Daltons lov. Henrys lov siger, at opløseligheden af en gas er proportional med dens partialtryk.
Tager man iltmålesensoren som eksempel, består elektroden af en katode (almindeligvis lavet af guld og platin), en modelektrode (sølv) med strøm og en referenceelektrode (sølv) uden strøm. Elektroden er nedsænket i en elektrolyt såsom KCl, KOH Blandt dem er sensoren dækket af en membran, som adskiller elektroderne og elektrolytten fra væsken, der skal måles, og dermed beskytter sensoren, forhindrer elektrolytten i at undslippe og forhindrer indtrængen af fremmede stoffer, der forårsager forurening og forgiftning. En polariserende spænding påføres mellem modelektroden og katoden. Hvis målecellen nedsænkes i vand med opløst ilt, diffunderer ilten gennem membranen, og iltmolekylerne på katoden (overskud af elektroner) reduceres til hydroxidioner: O2 plus 2H2O plus 4e-® 4OH-. En elektrokemisk ækvivalent af sølvchlorid udfældes på modelektroden (elektronmangel): 4Ag plus 4Cl- ® 4AgCl plus 4e-. For hvert iltmolekyle udsender katoden 4 elektroner, og modelektroden accepterer elektroner for at danne en strøm. Strømmens størrelse er proportional med iltpartialtrykket af det målte spildevand. Signalet sendes til transformeren sammen med temperatursignalet målt af den termiske modstand på føleren. Senderen beregner iltindholdet i vandet ved at bruge sammenhængskurven mellem iltindholdet lagret i sensoren og iltens partialtryk og temperatur, og konverterer det derefter til et standardsignaloutput. Referenceelektrodens funktion er at bestemme det katodiske potentiale. Responstiden for sensoren for opløst ilt er: 90 procent af den endelige målte værdi efter 3 minutter og 99 procent af den endelige målte værdi efter 9 minutter; kravet til lav flowhastighed er 0,5 cm/s.
