pH-meetri ja lahustunud hapniku mõõtja kasutamine reoveepuhastuses
1 Tööpõhimõte
1.1 pH-meetri tööpõhimõte
Mis tahes lahuse pH-d saab väljendada vesinikioonide kontsentratsioonina. Vee enda ioniseeriva toime tõttu sisaldab iga liiter puhast vett temperatuuril 22 °C 10-7 grammi [H pluss ] ning vesiniku aatommass ja aatomvalents on mõlemad 1, seega iga liiter puhast vett sisaldab 10-7 grammi ekvivalenti [H pluss ] ], kuna [H pluss ] puhtas vees tekib veemolekulide endi dissotsiatsiooni tõttu, see tähendab:
H2O=H pluss pluss OH-
Puhas vesi on neutraalne, see tähendab, et kahe iooni kontsentratsioonid on võrdsed, [H pluss ]=[OH-], mille korrutis on konstantne temperatuurikonstant, mida nimetatakse iooniproduktiks K vesi.
K vesi=[H pluss ][OH-]=10-7*10-7=10-14
Ülaltoodud valem on rakendatav mis tahes happe-aluse lahusele, st mis tahes vesilahusele, milles [H pluss ][OH-] saadus on võrdne 10-14. Näiteks mõnes vesilahuses [H pluss ]=10-3 peab [OH-] olema 10-11, seega mis tahes vesilahuse puhul, kui [H pluss ] on teada, siis [ OH-] on lihtne saada, tavaliselt pH määratakse vesinikioonide kontsentratsiooni ühise logaritmi negatiivse väärtusega, mis on väljendatud järgmiselt: pH=-lg[H pluss ],
Seega on neutraalse lahuse pH 7. Kui vesinikioone on liiga palju, on pH väärtus väiksem kui 7 ja lahus on happeline; vastasel juhul on lahus leeliseline, kui hüdroksiidioone on liiga palju.
PH väärtus sõltub lahustunud ainete hulgast, seega võib pH väärtus tundlikult näidata vee kvaliteedi muutust. PH väärtuse muutusel on suur mõju organismide paljunemisele ja ellujäämisele ning see mõjutab tõsiselt ka aktiivmuda biokeemilist funktsiooni, mis mõjutab töötlemisefekti. Reovee pH väärtust hoitakse tavaliselt vahemikus 6,5 kuni 7.
PH väärtust mõõdetakse tavaliselt potentsiomeetrilise meetodiga. Primaarpatarei moodustamiseks kasutatakse tavaliselt konstantse potentsiaali võrdluselektroodi ja mõõteelektroodi. Primaarpatarei elektromotoorjõud sõltub vesinikioonide kontsentratsioonist ja sõltub ka lahuse pH-st. Tüüp uputaja pH-meeter. Seadme mõõteelektroodil on pH suhtes tundlik spetsiaalne klaaselektroodi, millel on kõrge mõõtmistäpsus ja hea häiretevastane toime. Testitavasse lahusesse sukeldamisel tasakaalustatakse testitavas lahuses olevad vesinikioonid elektroodikolbi pinnal oleva hüdratatsioonikihi vesinikioonidega ning samal ajal lahusega nii sees kui ka väljaspool. klaaskolb ja elektroodikolbi siseseinal olev hüdratsioonikiht tekitavad potentsiaalide erinevuse ning klaaselektrood Sisemus täidetakse fikseeritud pH väärtusega puhverlahusega ja väljavooluelektrood kastetakse sisemisse lahusesse, et poolrakk ja poolrakk, mis moodustub kalomelelektroodi kastmisel küllastunud kaaliumkloriidi lahusesse, viiakse samaaegselt mõõtmiseks konverterisse. Erinevad pH väärtused vastavad erinevatele potentsiaalidele, mis muundatakse saatja kaudu standardseks 4-20mA väljundiks.
1.2 Lahustunud hapniku analüsaatori tööpõhimõte
Vee hapnikusisaldus võib täielikult näidata vee isepuhastumisastet. Aktiivmuda kasutavate bioloogiliste puhastusseadmete puhul on väga oluline teada õhutuspaagi hapnikusisaldust. Lahustunud hapniku sisalduse suurenemine kanalisatsioonis soodustab muid bioloogilisi tegevusi peale anaeroobsete mikroorganismide, eemaldades seeläbi reovee puhastamiseks lenduvad ained ja ained, mis on altid looduslikele oksüdatsiooniioonidele.
Hapnikusisalduse määramiseks on kolm peamist meetodit: automaatne kolorimeetriline analüüs ja keemilise analüüsi mõõtmine, paramagnetilise meetodi mõõtmine ja elektrokeemiline mõõtmine. Vees lahustunud hapniku kogust mõõdetakse üldiselt elektrokeemilise meetodiga.
Hapnik võib vees lahustuda ja lahustuvus sõltub temperatuurist, veepinna üldrõhust, osarõhust ja vees lahustunud sooladest. Mida kõrgem on atmosfäärirõhk, seda suurem on vee võime hapnikku lahustada. Suhe määratakse Henry seaduse ja Daltoni seaduse järgi. Henry seadus ütleb, et gaasi lahustuvus on otseselt võrdeline selle osarõhuga.
Hapniku mõõteandur koosneb katoodist (tavaliselt kullast ja plaatinast), voolu juhtivast vastuelektroodist (hõbedane) ja vooluvabast võrdluselektroodist (hõbe). Elektroodid on sukeldatud elektrolüütidesse nagu KCl ja KOH ning andur on kaetud diafragmaga. Kate eraldab elektroodid ja elektrolüüdi mõõdetavast vedelikust ning kattekihist pääseb läbi ainult lahustunud gaas, mis kaitseb andurit, ei lase elektrolüüdil välja pääseda ning välistab võõrkehade sissetungi, mis põhjustab reostust ja mürgistust.
Vastuelektroodi ja katoodi vahele rakendatakse polariseerivat pinget. Kui mõõteelement on kastetud lahustunud hapnikuga vette, difundeerub hapnik läbi diafragma ja katoodil olevad hapnikumolekulid (elektronide ülejääk) redutseeritakse hüdroksiidioonideks [OH-]. Hõbekloriidi elektrokeemiline ekvivalent sadestub vastuelektroodile (elektronide defitsiit). Iga hapnikumolekuli kohta kiirgab katood 4 elektroni ja vastuelektrood võtab elektronid vastu voolu moodustamiseks: 4Ag pluss 4Cl-=4AgCl pluss 4e-.
Voolutugevus on võrdeline hapniku osarõhuga mõõdetud reovees. Signaal saadetakse saatjale koos temperatuurisignaaliga, mida mõõdetakse anduril oleva soojustakistuse järgi. Suhtekõver arvutab hapnikusisalduse vees ja teisendab selle seejärel standardsignaali väljundiks. Võrdluselektroodi ülesanne on määrata katoodpotentsiaal.
2.1 pH-meetri omadused
PH-elektroodi klaas vananeb aja jooksul järk-järgult, gradient (elektroodi väljundpotentsiaali muutus, mis on põhjustatud ühiku pH-muutusest) halveneb ja stabiilse potentsiaali saavutamine võtab kaua aega. Üldelektroodide kasutusiga võib ulatuda kahe aastani. Lisaks on vananemisele suur mõju ka temperatuuril. Laagerdamise aste 100 kraadi juures mitu nädalat on võrdne üheaastase toatemperatuuril säilitamise laagerdumisastmega.
pH-meetri eelisteks on täpne mõõtmine, kõrge töökindlus ning mugav paigaldus ja hooldus. Samuti on see tundlik saaste suhtes ja vajab sagedast kalibreerimist. Üldiselt kalibreeritakse seda iga kuu kuni poolteist kuud ja elektrood vahetatakse iga kahe aasta tagant.
2.2 Lahustunud hapnikumõõturi omadused
Lahustunud hapnikumõõturil on lihtne paigaldus, pikk kalibreerimisperiood (3–4 kuud), tundlikkus muude ainete suhtes jne ning see võib jälgida elektrolüüdi kasutamist membraanis ja sondis. Üldiselt tuleks elektrolüüti ja membraani vahetada iga ühe kuni kolme aasta tagant. .
