汙水處理中應用pH計和溶氧儀的工作原理

1.1 pH計的工作原理

任何溶液的酸堿度都可以用氫離子濃度來表示。由於(yu) 水本身具有電離作用，當22℃時每升純水含有10-7克的[H+]，而氫的原子量和原子價(jia) 都是1，所以每升純水含有l0-7克當量的[H+]，由於(yu) 純水中的[H+]是由於(yu) 水分子本身離解產(chan) 生，即：

H2O=H++OH-

純水呈中性，即兩(liang) 種離子濃度相等，[H+]=[OH-]，其乘積為(wei) 定溫常數，稱為(wei) 離子積K水。

K水=[H+][OH-]=10-7*10-7=10-14

上式適用於(yu) 任何酸堿性溶液，即任何一種水溶液，其中[H+][OH-]積都等於(yu) 10-14 。例如在某種水溶液中[H+]=10-3，則[OH-]必然為(wei) 10-11 ，因此對於(yu) 任何一種水溶液，隻要知道[H+]，則[OH-]就很容易求得，通常用氫離子濃度的常用對數的負值來定義(yi) pH，表示為(wei) ：pH=-lg[H+]，

因此中性溶液的pH值等於(yu) 7。如果有過量的氫離子，則pH值小於(yu) 7，溶液呈酸性；反之，氫氧根離子過量，則溶液呈堿性。

pH值隨著所溶解的物質的多少而定，因此pH值能靈敏地指示出水質的變化情況。pH值的變化對生物的繁殖和生存有很大影響，同時還嚴(yan) 重影響活性汙泥生化作用，即影響處理效果，汙水的pH值一般控製在6.5~7之間。

pH值通常用電位法測量，常用一個(ge) 恒定電位的參比電極和測量電極組成一個(ge) 原電池，原電池電動勢的大小取決(jue) 於(yu) 氫離子的濃度，也取決(jue) 於(yu) 溶液的酸堿度。型沉人式pH計。該儀(yi) 表測量電極采用特殊的對pH反應靈敏的玻璃電極，它具有測量精度高、抗幹擾性好等特點。當它浸人被測溶液時，被測溶液中氫離子與(yu) 電極球泡表麵水化層中的氫離子平衡，同時玻璃球內(nei) 外的溶液和電極球泡內(nei) 壁的水化層產(chan) 生電位差，玻璃電極內(nei) 部充有pH值固定的緩衝(chong) 溶液，引出電極浸人內(nei) 溶液中形成半電池，與(yu) 甘汞電極中浸人在飽和氯化鉀溶液中形成的半電池同時引人轉換器進行測量。pH值不同，對應產(chan) 生的電位也不一樣，通過變送器將其轉換成標準4-20mA輸出。

1.2 溶解氧分析儀(yi) 的工作原理

水中的氧含量可充分顯示水自淨的程度。對於(yu) 使用活化汙泥的生物處理廠來說，了解曝氣池的氧含量非常重要，汙水中溶氧增加，會(hui) 促進除厭氧微生物以外的生物活動，因而能去除揮發性物質和易於(yu) 自然氧化的離子，使汙水得到淨化。

測定氧含量主要有三種方法：自動比色分析和化學分析測量，順磁法測量，電化學法測量。水中溶氧量一般采用電化學法測量。

氧能溶於(yu) 水，溶解度取決(jue) 於(yu) 溫度、水表麵的總壓、分壓和水中溶解的鹽類。大氣壓力越高，水溶解氧的能力就越大，其關(guan) 係由亨利（Henry）定律和道爾頓（Dalton）定律確定，亨利定律認為(wei) 氣體(ti) 的溶解度與(yu) 其分壓成正比。

氧量測量傳(chuan) 感器由陰極（常用金和鉑製成）和帶電流的反電極（銀）、無電流的參比電極（銀）組成，電極浸沒在電解質如KCl、KOH中，傳(chuan) 感器有隔膜覆蓋，覆膜將電極和電解質與(yu) 被測量的液體(ti) 分開，隻有溶解氣體(ti) 能滲透覆膜，因此保護了傳(chuan) 感器，既能防止電解質逸出，又可防止外來物質的侵人而導致汙染和毒化。

向反電極和陰極之間施加極化電壓，假如測量元件浸人在有溶解氧的水中，氧會(hui) 通過隔膜擴散，出現在陰極上（電子過剩）的氧分子就會(hui) 被還原成氫氧根離子[OH-]。電化學當量的氯化銀沉澱在反電極上（電子不足），對於(yu) 每個(ge) 氧分子，陰極放出4個(ge) 電子，反電極接受電子，形成電流：4Ag+4Cl-=4AgCl+4e-。

電流的大小與(yu) 被測汙水的氧的分壓成正比，該信號連同傳(chuan) 感器上熱電阻測出的溫度信號被送人變送器，利用傳(chuan) 感器中存儲(chu) 的含氧量和氧分壓、溫度之間的關(guan) 係曲線計算出水中的含氧量，然後轉化成標準信號輸出。參比電極的功能是確定陰極電位。

2.1 pH計的特點

pH電極上的玻璃隨著時間推移會(hui) 逐漸老化，梯度（單位pH值變化所引起的電極輸出電位的變化值）惡化，花費較長時間才能達到穩定電位。一般電極的使用壽命可達兩(liang) 年。另外，溫度對老化也有較大影響，100℃下貯存幾周的老化程度相當於(yu) 室溫下貯存一年的老化程度。

pH計具有測量準確、可靠性高、安裝及維護方便等優(you) 點，同時對汙染也較敏感，需要經常標定，一般每隔一個(ge) 到一個(ge) 半月標定一次，每兩(liang) 年更換一次電極。

2.2 溶氧儀(yi) 的特點

溶氧儀(yi) 具有安裝方便，標定周期長（3~4個(ge) 月），對其他物質不敏感等特點，並且能監測覆膜和探頭內(nei) 電解質的使用情況，一般每一至三年更換一次電解質和覆膜。

3 安裝及維護

3.1 pH計的安裝和維護

pH計的安裝方式有流通式和浸人式兩(liang) 種。汙水處理廠一般選用的是浸人式安裝，如該汙水處理廠的pH計安裝在沉砂池的出口溢流槽內(nei) ，此處的pH值較具有代表性，且水流平穩，對pH計不會(hui) 造成大的衝(chong) 擊。

定期的維護有助於(yu) 儀(yi) 表的準確測量和延長儀(yi) 表的使用壽命。應當注意傳(chuan) 感器和變送器之間的電纜不能受潮，否則電極的高阻低壓信號將無法傳(chuan) 送至變送器。若電極不測量時，應將黃色保護套管套上，它能使電極處於(yu) 濕潤狀態，有利於(yu) 延長電極的使用壽命。每隔一個(ge) 月左右，應對電極進行清洗，先用柔和的水流噴洗附著物，再將電極浸泡於(yu) 清洗液中一段時間，而後用清水洗淨。傳(chuan) 感器支架也應清洗。每次清洗之後，要用緩衝(chong) 劑溶液進行標定，目前國產(chan) 的pH標定液中，pH=4的還可以，pH=7的不夠準確，將會(hui) 影響標定結果。所以使用生產(chan) 廠家的標定液，生產(chan) 廠家一般提供兩(liang) 瓶標準溶液，一瓶pH值等於(yu) 7，用於(yu) 標定儀(yi) 表零點；一瓶pH值等於(yu) 4，用於(yu) 標定儀(yi) 表的信號輸出斜率。

 3.2 溶氧儀(yi) 的安裝和維護

溶氧儀(yi) 一般采用浸入式安裝，在此應注意，一般選用原廠的安裝支架。廠家配帶的安裝支架為(wei) 不鏽鋼製成，帶有調節鋼絲(si) 繩，通過調整鋼絲(si) 繩長度可以改變傳(chuan) 感器的浸入深度，支架上的引導管保證了傳(chuan) 感器始終處於(yu) 垂直位置。支架部分都經過特殊設計，它可以將水麵的波動傳(chuan) 至浸入管，從(cong) 而引起浸入管的輕微振動，使得通過浸入管在探頭的表麵產(chan) 生一個(ge) 附加的清洗效果。有的用戶為(wei) 了減少投資，自己製作安裝支架，雖然也可以使用，但要注意保證浸人管和傳(chuan) 感器之間的密封。如果密封不嚴(yan) ，汙水滲人，使得電纜和傳(chuan) 感器的連接處長期浸泡在汙水中，容易造成傳(chuan) 感器的損壞；有的甚至不做安裝支架，直接將傳(chuan) 感器投入水中，這樣在傳(chuan) 感器和電纜之間會(hui) 形成較大的拉力，傳(chuan) 感器更容易損壞。

溶解氧探頭每周應用水輕輕清洗，發現覆膜損壞應及時更換，電解液受汙染也應及時更換。當汙水中含有H2S、NH3 、苯或酚這些成份時，對覆膜會(hui) 造成損害。在這種場合下必須經常更換膜頭。判斷探頭中電極的好壞隻需看顏色即可，參考電極應是黑灰色，陰極（金電極）應呈黃色，而反電極必須發亮，否則應進行清洗或再生。

隨著我國對水資源保護的日益重視，汙水的淨化處理顯得越來越重要，而與(yu) 之配套的處理過程所需的檢測儀(yi) 表是*的。水質分析儀(yi) 作為(wei) 汙水處理行業(ye) 中zui重要的儀(yi) 表，除了選型和安裝正確以外，定期的維護和標定也十分重要，而且是使儀(yi) 表能夠真正發揮作用的關(guan) 鍵所在。