Kuidas pH-meetrid ja lahustunud hapniku analüsaatorid töötavad
Esiteks veekvaliteedi analüsaatori tööpõhimõte
1. pH-meetri tööpõhimõte
Vee 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 ehk töötlemise mõju. Reovee pH väärtust reguleeritakse üldiselt vahemikus 6,5 kuni 7. Vesi on keemiliselt neutraalne ja mõned veemolekulid lagunevad iseeneslikult järgmise valemi järgi: H2O=H pluss pluss OH-, st lagunevad vesinikioonideks ja hüdroksiidioonid. Neutraalses lahuses on vesinikuioonide H plus ja hüdroksiidioonide OH- kontsentratsioonid mõlemad 10-7 mol/l ja pH väärtus on vesinikioonide kontsentratsiooni logaritmi negatiivne arv alusega 10: pH{ {9}}log, seega neutraalne Lahuse pH on 7. Kui vesinikioone on liiga palju, on pH väärtus alla 7 ja lahus on happeline; vastasel juhul on lahus leeliseline, kui hüdroksiidioone on liiga palju.
PH väärtust mõõdetakse tavaliselt potentsiomeetrilise meetodiga. Tavaliselt kasutatakse galvaanilise elemendi moodustamiseks konstantse potentsiaali võrdluselektroodi ja mõõteelektroodi. Galvaanielemendi elektromotoorjõud oleneb vesinikioonide kontsentratsioonist ja sõltub ka lahuse pH-st. Tehas kasutab pH andureid ja pH saatjaid. Mõõteelektroodil on spetsiaalne pH suhtes tundlik klaasist sond, mis on valmistatud spetsiaalsest klaasist, mis suudab elektrit juhtida ja vesinikioone läbistada ning millel on kõrge mõõtetäpsuse ja hea häiretevastane omadus. Kui klaasist sond puutub kokku vesinikioonidega, tekib elektripotentsiaal. Potentsiaali mõõdetakse võrdluselektroodi suhtes hõbekloriidi lahuses riputatud hõbetraadiga. Kui pH väärtus on erinev, on erinev ka vastav potentsiaal, mis muundatakse läbi saatja standardseks 4-20mA väljundiks.
2. Lahustunud hapniku analüsaatori tööpõhimõte
Vee hapnikusisaldus võib täielikult näidata vee isepuhastumisastet. Aktiivmuda kasutavate bioloogiliste puhastusseadmete puhul on väga oluline teada õhutuspaakide ja oksüdatsioonikraavi hapnikusisaldust. Lahustunud hapniku sisalduse suurenemine kanalisatsioonis soodustab muid bioloogilisi tegevusi peale anaeroobsete mikroorganismide, nii et see võib eemaldada lenduvaid aineid ja hõlbustada looduslikult oksüdeerunud ioonid puhastavad kanalisatsiooni. 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 seadusega. Henry seadus ütleb, et gaasi lahustuvus on võrdeline selle osarõhuga.
Võttes näiteks hapniku mõõteanduri, koosneb elektrood katoodist (tavaliselt kullast ja plaatinast), vooluga vastuelektroodist (hõbedane) ja vooluta võrdluselektroodist (hõbedane). Elektrood on sukeldatud elektrolüüti nagu KCl, KOH Nende hulgas on andur kaetud diafragmaga, mis eraldab elektroodid ja elektrolüüdi mõõdetavast vedelikust, kaitstes nii andurit, takistades elektrolüüdi väljapääsu ja takistades saastumist ja mürgistust põhjustavate võõrainete sissetung. 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: O2 pluss 2H2O pluss 4e-® 4OH-. Hõbekloriidi elektrokeemiline ekvivalent sadestatakse vastuelektroodile (elektronipuudulik): 4Ag pluss 4Cl-® 4AgCl pluss 4e-. Iga hapnikumolekuli kohta kiirgab katood 4 elektroni ja vastuelektrood võtab elektronid vastu voolu moodustamiseks. Voolutugevus on võrdeline mõõdetud reovee hapniku osarõhuga. Signaal saadetakse trafosse koos temperatuurisignaaliga, mida mõõdetakse anduril oleva soojustakistuse järgi. Saatja arvutab vee hapnikusisalduse, kasutades andurisse salvestatud hapnikusisalduse ning hapniku osarõhu ja temperatuuri suhtekõverat ning teisendab selle seejärel standardsignaali väljundiks. Võrdluselektroodi ülesanne on määrata katoodpotentsiaal. Lahustunud hapnikuanduri reaktsiooniaeg on: 90 protsenti lõplikust mõõdetud väärtusest 3 minuti pärast ja 99 protsenti lõplikust mõõdetud väärtusest 9 minuti pärast; madala voolukiiruse nõue on 0,5 cm/s.
