pH-meetrite ja lahustunud hapniku analüsaatorite töö
1. pH-meetri tööpõhimõte
Vee pH väärtus sõltub lahustunud ainete hulgast, seega võib pH väärtus tundlikult näidata vee kvaliteedi muutusi. PH väärtuse muutustel on suur mõju organismide paljunemisele ja ellujäämisele. Samal ajal mõjutavad need tõsiselt ka aktiivmuda biokeemiat, mis mõjutab töötlemisefekti. Reovee pH väärtust reguleeritakse tavaliselt vahemikus 6,5 kuni 7. Vesi on keemiliselt neutraalne ja teatud veemolekulid lagunevad iseeneslikult järgmise valemi järgi: H2O=H++OH-, st vesinikuks. ioonid ja hüdroksiidioonid. Neutraalses lahuses on vesinikuioonide H+ ja hüdroksiidioonide OH- kontsentratsioonid mõlemad 10-7mol/l ja pH väärtus on vesinikioonide kontsentratsiooni 10 aluse logaritmi negatiivne: pH{{11} }log, nii neutraalne Lahuse pH väärtus on 7. Kui vesinikioone on üleliigselt, on pH väärtus alla 7 ja lahus on happeline; vastupidi, kui hüdroksiidioone on liiga palju, on lahus leeliseline.
PH väärtust mõõdetakse tavaliselt potentsiomeetrilise meetodiga. Primaarelemendi moodustamiseks kasutatakse tavaliselt konstantse potentsiaaliga võrdluselektroodi ja mõõteelektroodi. Primaarelemendi elektromotoorjõud sõltub vesinikioonide kontsentratsioonist ja lahuse pH-st. Tehas kasutab pH andureid ja pH saatjaid. Mõõteelektroodil on spetsiaalne pH suhtes tundlik klaasist sond. See on valmistatud spetsiaalsest klaasist, mis suudab juhtida elektrit ja läbistada vesinikioone. Sellel on kõrge mõõtmistäpsus ja hea häiretevastane jõudlus. Kui klaasist sond puutub kokku vesinikioonidega, tekib elektripotentsiaal. Potentsiaali mõõdetakse hõbetraadi võrdluselektroodi abil, mis on suspendeeritud hõbekloriidi lahuses. Erinevad pH väärtused tekitavad erinevaid potentsiaale, mis muundatakse saatja kaudu standardseks 4-20mA väljundiks.
2. Lahustunud hapniku analüsaatori tööpõhimõte
Vee hapnikusisaldus võib täielikult näidata vee isepuhastumisastet. Aktiivmuda kasutavate bioloogiliste puhastusseadmete puhul on väga oluline mõista aeratsioonipaakide ja oksüdatsioonikraavide hapnikusisaldust. Suurenenud lahustunud hapniku sisaldus kanalisatsioonis soodustab muid bioloogilisi tegevusi peale anaeroobsete mikroorganismide, eemaldades seeläbi lenduvad ained ja kergesti Looduslikult oksüdeerunud ioonid puhastavad kanalisatsiooni. Hapnikusisalduse mõõtmiseks on kolm peamist meetodit: automaatne kolorimeetriline analüüs ja keemilise analüüsi mõõtmine, paramagnetilise meetodi mõõtmine ja elektrokeemiline mõõtmine. Vees lahustunud hapniku kogust mõõdetakse üldiselt elektrokeemiliste meetoditega.
Hapnik on vees lahustuv ja selle 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 võrdeline selle osarõhuga.
Võttes näiteks hapniku mõõteanduri, koosneb elektrood katoodist (tavaliselt kullast ja plaatinast), vooluga vastuelektroodist (hõbe) ja vooluta võrdluselektroodist (hõbe). Elektrood on sukeldatud elektrolüüti, näiteks KCl, KOH , andur on kaetud membraaniga, mis eraldab elektroodi ja elektrolüüdi mõõdetavast vedelikust, kaitstes nii andurit, takistades elektrolüüdi väljapääsu ja välistades võõrkehade sissetungimise. ained, mis võivad põhjustada saastumist ja mürgistust. Vastuelektroodi ja katoodi vahele rakendatakse polariseerivat pinget. Kui mõõteelement on kastetud lahustunud hapnikuga vette, difundeerub hapnik läbi separaatori ja katoodil olevad hapnikumolekulid (liigsed elektronid) redutseeritakse hüdroksiidioonideks: O{{0}}H2O{ {2}}e-® 4OH-. Hõbekloriidi elektrokeemiline ekvivalent sadestub vastuelektroodile (elektronipuudus): 4Ag+4Cl-® 4AgCl+4e-. Iga hapnikumolekuli kohta kiirgab katood 4 elektroni ja vastuelektrood võtab elektronid vastu voolu moodustamiseks. Voolu suurus on võrdeline mõõdetud reovee hapniku osarõhuga. See signaal koos anduri termotakisti poolt mõõdetud temperatuurisignaaliga saadetakse trafosse. Saatja kasutab hapnikusisalduse, hapniku osarõhu ja andurisse salvestatud temperatuuri suhtekõverat vee hapnikusisalduse arvutamiseks ning teisendab selle seejärel standardseks signaaliväljundiks. Võrdluselektroodi ülesanne on määrata katoodi potentsiaal. Lahustunud hapnikuanduri reaktsiooniaeg on: 90% lõplikust mõõteväärtusest saavutatakse 3 minuti pärast ja 99% lõplikust mõõteväärtusest 9 minuti pärast; madala voolukiiruse nõue on 0,5 cm/s.
