Aplicación de medidor de pH y medidor de oxígeno disuelto en el tratamiento de aguas residuales
1 Principio de funcionamiento
1.1 Principio de funcionamiento del medidor de pH
El pH de cualquier solución se puede expresar en términos de concentración de iones de hidrógeno. Debido al efecto de ionización del agua en sí misma, cada litro de agua pura contiene 10-7 gramos de [H más] a 22 grados C, y el peso atómico y la valencia atómica del hidrógeno son ambos 1, por lo que cada litro de agua pura contiene 10-7 equivalentes gramo de [H plus ] ], porque [H plus ] en agua pura se produce debido a la disociación de las propias moléculas de agua, es decir:
H2O=H más más OH-
El agua pura es neutra, es decir, las concentraciones de los dos iones son iguales, [H más ]=[OH-], cuyo producto es una constante de temperatura constante, llamada producto iónico K agua.
K agua=[H más ][OH-]=10-7*10-7=10-14
La fórmula anterior es aplicable a cualquier solución ácido-base, es decir, cualquier solución acuosa, en la que el producto [H más][OH-] es igual a 10-14. Por ejemplo, en alguna solución acuosa [H más ]=10-3, entonces [OH-] debe ser 10-11, así que para cualquier tipo de solución acuosa, siempre que se conozca [H más ], entonces [ OH-] es fácil de obtener, por lo general El pH se define por el valor negativo del logaritmo común de la concentración de iones de hidrógeno, expresado como: pH=-lg[H plus],
Entonces, el pH de una solución neutra es igual a 7. Si hay un exceso de iones de hidrógeno, el valor del pH es inferior a 7 y la solución es ácida; de lo contrario, la solución es alcalina si hay un exceso de iones de hidróxido.
El valor de pH depende de la cantidad de sustancias disueltas, por lo que el valor de pH puede indicar con sensibilidad el cambio en la calidad del agua. El cambio del valor del pH tiene un gran impacto en la reproducción y supervivencia de los organismos, y también afecta seriamente la función bioquímica del lodo activado, lo que afecta el efecto del tratamiento. El valor de pH de las aguas residuales generalmente se controla entre 6,5 y 7.
El valor de pH generalmente se mide por el método potenciométrico. Un electrodo de referencia de potencial constante y un electrodo de medición se utilizan comúnmente para formar una batería primaria. La fuerza electromotriz de la batería primaria depende de la concentración de iones de hidrógeno y también depende del pH de la solución. Medidor de pH tipo plomada. El electrodo de medición del instrumento adopta un electrodo de vidrio especial sensible al pH, que tiene las características de alta precisión de medición y buena antiinterferencia. Cuando se sumerge en la solución a probar, los iones de hidrógeno en la solución a probar se equilibran con los iones de hidrógeno en la capa de hidratación en la superficie del bulbo del electrodo y, al mismo tiempo, la solución dentro y fuera del El bulbo de vidrio y la capa de hidratación en la pared interna del bulbo del electrodo generan una diferencia de potencial, y el electrodo de vidrio El interior se llena con una solución tampón con un valor de pH fijo, y el electrodo de salida se sumerge en la solución interna para forman una media celda, y la semicelda formada al sumergir el electrodo de calomelanos en una solución saturada de cloruro de potasio se introduce simultáneamente en el convertidor para la medición. Diferentes valores de pH corresponden a diferentes potenciales, que se convierten en una salida estándar de 4-20mA a través del transmisor.
1.2 Principio de funcionamiento del analizador de oxígeno disuelto
El contenido de oxígeno en el agua puede mostrar completamente el grado de autopurificación del agua. Para las plantas de tratamiento biológico que utilizan lodos activados, es muy importante conocer el contenido de oxígeno del tanque de aireación. El aumento de oxígeno disuelto en las aguas residuales promoverá actividades biológicas distintas de los microorganismos anaerobios, eliminando así las sustancias volátiles y las sustancias que son propensas a la oxidación natural de iones para purificar las aguas residuales.
Hay tres métodos principales para determinar el contenido de oxígeno: análisis colorimétrico automático y medición de análisis químico, medición de método paramagnético y medición de método electroquímico. La cantidad de oxígeno disuelto en el agua generalmente se mide por métodos electroquímicos.
El oxígeno puede disolverse en agua, y la solubilidad depende de la temperatura, la presión total de la superficie del agua, la presión parcial y las sales disueltas en el agua. Cuanto mayor sea la presión atmosférica, mayor será la capacidad del agua para disolver el oxígeno. La relación está determinada por la ley de Henry y la ley de Dalton. La ley de Henry establece que la solubilidad de un gas es directamente proporcional a su presión parcial.
El sensor de medición de oxígeno consta de un cátodo (comúnmente hecho de oro y platino), un contraelectrodo portador de corriente (plata) y un electrodo de referencia sin corriente (plata). Los electrodos están sumergidos en electrolitos como KCl y KOH, y el sensor está cubierto por un diafragma. El recubrimiento separa los electrodos y el electrolito del líquido a medir, y solo el gas disuelto puede penetrar el recubrimiento, protegiendo así el sensor, evitando que el electrolito se escape y evitando la intrusión de sustancias extrañas que causen contaminación y envenenamiento.
Se aplica un voltaje de polarización entre el contraelectrodo y el cátodo. Si la celda de medida se sumerge en agua con oxígeno disuelto, el oxígeno se difunde a través del diafragma y las moléculas de oxígeno presentes en el cátodo (exceso de electrones) se reducen a iones de hidróxido [OH-]. El equivalente electroquímico del cloruro de plata se precipita sobre el contraelectrodo (deficiencia de electrones). Por cada molécula de oxígeno, el cátodo emite 4 electrones y el contraelectrodo acepta electrones para formar una corriente: 4Ag más 4Cl-=4AgCl más 4e-.
La magnitud de la corriente es proporcional a la presión parcial de oxígeno en las aguas residuales medidas. La señal se envía al transmisor junto con la señal de temperatura medida por la resistencia térmica del sensor. La curva de relación calcula el contenido de oxígeno en el agua y luego lo convierte en una salida de señal estándar. La función del electrodo de referencia es determinar el potencial catódico.
2.1 Características del medidor de pH
El vidrio del electrodo de pH envejecerá gradualmente con el tiempo, el gradiente (el cambio en el potencial de salida del electrodo causado por un cambio de unidad de pH) se deteriorará y llevará mucho tiempo alcanzar un potencial estable. La vida útil de los electrodos generales puede llegar a dos años. Además, la temperatura también tiene una gran influencia en el envejecimiento. El grado de envejecimiento de almacenamiento a 100 grados durante varias semanas es equivalente al grado de envejecimiento de almacenamiento a temperatura ambiente durante un año.
El medidor de pH tiene las ventajas de una medición precisa, alta confiabilidad y una instalación y mantenimiento convenientes. También es sensible a la contaminación y requiere calibración frecuente. Generalmente, se calibra cada mes o mes y medio, y el electrodo se reemplaza cada dos años.
2.2 Características del medidor de oxígeno disuelto
El medidor de oxígeno disuelto tiene las características de fácil instalación, largo período de calibración (3~4 meses), insensibilidad a otras sustancias, etc., y puede monitorear el uso del electrolito en la membrana y la sonda. En general, el electrolito y la membrana deben reemplazarse cada uno o tres años. .
