Ứng Dụng Máy Đo pH Và Máy Đo Oxy Hòa Tan Trong Xử Lý Nước Thải
1 Nguyên tắc làm việc
1.1 Nguyên lý hoạt động của máy đo pH
Độ pH của bất kỳ dung dịch nào có thể được biểu thị bằng nồng độ ion hydro. Do tác dụng ion hóa của chính nước, mỗi lít nước tinh khiết chứa 10-7 gam [H cộng ] ở 22 độ C, và khối lượng nguyên tử và hóa trị nguyên tử của hydro đều bằng 1, vì vậy mỗi lít nước tinh khiết chứa 10-7 đương lượng gam của [H cộng ] ], vì [H cộng ] trong nước tinh khiết được tạo ra do sự phân ly của chính các phân tử nước, nghĩa là:
H2O=H cộng cộng OH-
Nước tinh khiết là nước trung tính, nghĩa là nồng độ của hai ion bằng nhau, [H cộng ]=[OH-], tích của chúng là hằng số nhiệt độ, được gọi là tích ion K nước.
Nước K=[H cộng ][OH-]=10-7*10-7=10-14
Công thức trên có thể áp dụng cho bất kỳ dung dịch axit-bazơ nào, nghĩa là bất kỳ dung dịch nước nào, trong đó sản phẩm [H cộng ][OH-] bằng 10-14. Ví dụ: trong một số dung dịch nước [H cộng ]=10-3, thì [OH-] phải là 10-11, vì vậy đối với bất kỳ loại dung dịch nước nào, miễn là biết [H cộng ], thì [ OH-] rất dễ thu được, thông thường Độ pH được xác định bằng giá trị âm của logarit chung của nồng độ ion hydro, được biểu thị bằng: pH=-lg[H cộng ],
Vì vậy, độ pH của dung dịch trung tính bằng 7. Nếu có quá nhiều ion hydro, giá trị pH nhỏ hơn 7 và dung dịch có tính axit; mặt khác, dung dịch có tính kiềm nếu có quá nhiều ion hydroxit.
Giá trị pH phụ thuộc vào lượng chất hòa tan, vì vậy giá trị pH có thể chỉ ra sự thay đổi chất lượng nước một cách nhạy cảm. Sự thay đổi giá trị pH có ảnh hưởng lớn đến sự sinh sản và tồn tại của sinh vật, đồng thời ảnh hưởng nghiêm trọng đến chức năng sinh hóa của bùn hoạt tính, ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý. Giá trị pH của nước thải thường được kiểm soát trong khoảng từ 6,5 đến 7.
Giá trị pH thường được đo bằng phương pháp điện thế. Một điện cực tham chiếu tiềm năng không đổi và một điện cực đo thường được sử dụng để tạo thành pin sơ cấp. Sức điện động của pin sơ cấp phụ thuộc vào nồng độ của ion hydro và cũng phụ thuộc vào độ pH của dung dịch. Máy đo pH loại chìm. Điện cực đo của thiết bị sử dụng điện cực thủy tinh đặc biệt nhạy cảm với pH, có đặc tính đo độ chính xác cao và chống nhiễu tốt. Khi nó được ngâm trong dung dịch cần kiểm tra, các ion hydro trong dung dịch cần kiểm tra được cân bằng với các ion hydro trong lớp hydrat hóa trên bề mặt của bóng đèn điện cực, đồng thời, dung dịch bên trong và bên ngoài bầu thủy tinh và lớp hydrat hóa ở thành trong của bầu điện cực tạo ra sự chênh lệch điện thế và bên trong điện cực thủy tinh được đổ đầy dung dịch đệm có giá trị pH cố định và điện cực đầu ra được ngâm trong dung dịch bên trong để tạo thành một nửa ô và nửa ô được hình thành bằng cách nhúng điện cực calomel vào dung dịch kali clorua bão hòa đồng thời được đưa vào bộ chuyển đổi để đo. Các giá trị pH khác nhau tương ứng với các điện thế khác nhau, được chuyển đổi thành đầu ra 4-20mA tiêu chuẩn thông qua bộ phát.
1.2 Nguyên lý làm việc của máy phân tích oxy hòa tan
Hàm lượng oxy trong nước có thể thể hiện đầy đủ mức độ tự làm sạch của nước. Đối với công trình xử lý sinh học sử dụng bùn hoạt tính, việc biết hàm lượng oxy trong bể sục khí là rất quan trọng. Việc tăng oxy hòa tan trong nước thải sẽ thúc đẩy các hoạt động sinh học khác ngoài các vi sinh vật kỵ khí, do đó loại bỏ các chất dễ bay hơi và các chất dễ bị oxy hóa bằng các ion tự nhiên để làm sạch nước thải.
Có ba phương pháp chính để xác định hàm lượng oxy: phân tích so màu tự động và phép đo phân tích hóa học, phép đo phương pháp thuận từ và phép đo phương pháp điện hóa. Lượng oxy hòa tan trong nước thường được đo bằng phương pháp điện hóa.
Oxy có thể hòa tan trong nước và độ hòa tan phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất tổng của bề mặt nước, áp suất riêng phần và muối hòa tan trong nước. Áp suất khí quyển càng cao thì khả năng hòa tan oxy của nước càng lớn. Mối quan hệ được xác định bởi định luật Henry và định luật Dalton. Định luật Henry phát biểu rằng độ hòa tan của chất khí tỷ lệ thuận với áp suất riêng phần của nó.
Cảm biến đo oxy bao gồm một cực âm (thường được làm bằng vàng và bạch kim), một điện cực đối kháng mang dòng điện (bạc) và một điện cực tham chiếu không có dòng điện (bạc). Các điện cực được ngâm trong chất điện phân như KCl và KOH, và cảm biến được bao phủ bởi một màng ngăn. Lớp phủ ngăn cách các điện cực và chất điện phân với chất lỏng cần đo và chỉ khí hòa tan mới có thể xuyên qua lớp phủ, do đó bảo vệ cảm biến, ngăn chất điện phân thoát ra ngoài và ngăn chặn sự xâm nhập của các chất lạ gây ô nhiễm và ngộ độc.
Một điện áp phân cực được đặt giữa điện cực đối và cực âm. Nếu tế bào đo được ngâm trong nước có oxy hòa tan, oxy sẽ khuếch tán qua màng ngăn và các phân tử oxy có trên cực âm (dư điện tử) bị khử thành các ion hydroxit [OH-]. Đương lượng điện hóa của bạc clorua được kết tủa trên điện cực đối (thiếu hụt điện tử). Đối với mỗi phân tử oxy, cực âm phát ra 4 electron và điện cực ngược nhận electron để tạo thành dòng điện: 4Ag cộng 4Cl-=4AgCl cộng 4e-.
Độ lớn của dòng điện tỷ lệ thuận với áp suất riêng phần của oxy trong nước thải đo được. Tín hiệu được gửi đến máy phát cùng với tín hiệu nhiệt độ được đo bằng điện trở nhiệt trên cảm biến. Đường cong mối quan hệ tính toán hàm lượng oxy trong nước, sau đó chuyển đổi nó thành đầu ra tín hiệu tiêu chuẩn. Chức năng của điện cực tham chiếu là xác định điện thế catốt.
2.1 Đặc tính của máy đo pH
Kính trên điện cực pH sẽ dần bị lão hóa theo thời gian, độ dốc (sự thay đổi điện thế đầu ra của điện cực gây ra bởi sự thay đổi đơn vị pH) sẽ kém đi và sẽ mất nhiều thời gian để đạt được điện thế ổn định. Tuổi thọ của các điện cực nói chung có thể đạt tới hai năm. Ngoài ra, nhiệt độ cũng có ảnh hưởng lớn đến quá trình lão hóa. Mức độ lão hóa khi bảo quản ở 100 độ trong vài tuần tương đương với mức độ lão hóa khi bảo quản ở nhiệt độ phòng trong một năm.
Máy đo pH có ưu điểm là đo chính xác, độ tin cậy cao, lắp đặt và bảo trì thuận tiện. Nó cũng nhạy cảm với ô nhiễm và yêu cầu hiệu chuẩn thường xuyên. Nói chung, nó được hiệu chuẩn cứ sau một đến một tháng rưỡi và điện cực được thay thế hai năm một lần.
2.2 Tính năng của máy đo oxy hòa tan
Máy đo oxy hòa tan có đặc điểm là lắp đặt dễ dàng, thời gian hiệu chuẩn dài (3~4 tháng), không nhạy cảm với các chất khác, v.v. và có thể theo dõi việc sử dụng chất điện phân trong màng và đầu dò. Nói chung, chất điện phân và màng nên được thay thế từ một đến ba năm một lần. .
