عملکرد PH متر و آنالایزرهای اکسیژن محلول
1. اصل کار pH متر
مقدار pH آب به مقدار مواد محلول بستگی دارد، بنابراین مقدار pH می تواند به طور حساس تغییرات کیفیت آب را نشان دهد. تغییرات در مقدار pH تاثیر زیادی بر تولید مثل و بقای موجودات دارد. در عین حال، آنها به طور جدی روی بیوشیمی لجن فعال تأثیر می گذارند که بر اثر تصفیه تأثیر می گذارد. مقدار pH فاضلاب به طور کلی بین 6.5 و 7 کنترل می شود. آب از نظر شیمیایی خنثی است و مولکول های خاص آب به طور خود به خود طبق فرمول زیر تجزیه می شوند: H2O=H++OH-، یعنی به هیدروژن یون ها و یون های هیدروکسید در محلول خنثی، غلظت یون هیدروژن H+ و یون هیدروکسید OH- هر دو 10-7mol/l است و مقدار pH منفی لگاریتم پایه 10 غلظت یون هیدروژن است: pH{11} }log, so neutral مقدار pH محلول برابر با 7 است. اگر یون های هیدروژن اضافی وجود داشته باشد، مقدار pH کمتر از 7 است و محلول اسیدی است. برعکس، اگر یون های هیدروکسید اضافی وجود داشته باشد، محلول قلیایی است.
مقدار pH معمولاً با روش پتانسیومتری اندازه گیری می شود. یک الکترود مرجع با پتانسیل ثابت و یک الکترود اندازه گیری معمولاً برای تشکیل سلول اولیه استفاده می شود. نیروی حرکتی سلول اولیه به غلظت یون هیدروژن و pH محلول بستگی دارد. این گیاه از حسگرهای pH و فرستنده های pH استفاده می کند. روی الکترود اندازه گیری یک پروب شیشه ای ویژه وجود دارد که به pH حساس است. از شیشه خاصی ساخته شده است که می تواند جریان الکتریسیته را هدایت کند و یون های هیدروژن را نفوذ کند. دارای ویژگی های دقت اندازه گیری بالا و عملکرد ضد تداخل خوب است. هنگامی که کاوشگر شیشه ای با یون های هیدروژن تماس پیدا می کند، پتانسیل الکتریکی ایجاد می شود. پتانسیل با استفاده از یک الکترود مرجع سیم نقره ای معلق در محلول کلرید نقره اندازه گیری می شود. مقادیر مختلف pH پتانسیل های متفاوتی تولید می کند که از طریق یک فرستنده به خروجی استاندارد 4-20mA تبدیل می شود.
2. اصل کار آنالایزر اکسیژن محلول
میزان اکسیژن موجود در آب می تواند به طور کامل میزان خودپالایی آب را نشان دهد. برای تصفیه خانه های بیولوژیکی که از لجن فعال استفاده می کنند، درک محتوای اکسیژن مخازن هوادهی و گودال های اکسیداسیون بسیار مهم است. افزایش اکسیژن محلول در فاضلاب، فعالیتهای بیولوژیکی غیر از میکروارگانیسمهای بیهوازی را افزایش میدهد، در نتیجه مواد فرار را حذف میکند و یونهای اکسید شده طبیعی فاضلاب را به راحتی تصفیه میکنند. سه روش اصلی برای اندازه گیری میزان اکسیژن وجود دارد: آنالیز رنگ سنجی خودکار و اندازه گیری آنالیز شیمیایی، اندازه گیری روش پارامغناطیس و اندازه گیری روش الکتروشیمیایی. مقدار اکسیژن محلول در آب به طور کلی با استفاده از روش های الکتروشیمیایی اندازه گیری می شود.
اکسیژن در آب محلول است و حلالیت آن به دما، فشار کل در سطح آب، فشار جزئی و نمک های محلول در آب بستگی دارد. هر چه فشار اتمسفر بیشتر باشد، توانایی آب در حل کردن اکسیژن بیشتر است. این رابطه توسط قانون هنری و قانون دالتون تعیین می شود. قانون هانری معتقد است که حلالیت گاز متناسب با فشار جزئی آن است.
با در نظر گرفتن سنسور اندازه گیری اکسیژن به عنوان مثال، الکترود از یک کاتد (معمولا از طلا و پلاتین ساخته شده)، یک الکترود ضد با جریان (نقره)، و یک الکترود مرجع بدون جریان (نقره) تشکیل شده است. الکترود در یک الکترولیت مانند KCl، KOH غوطه ور می شود، سنسور توسط یک دیافراگم پوشانده شده است که الکترود و الکترولیت را از مایع مورد اندازه گیری جدا می کند، بنابراین از سنسور محافظت می کند، از فرار الکترولیت جلوگیری می کند و از نفوذ مواد خارجی جلوگیری می کند. موادی که ممکن است باعث آلودگی و مسمومیت شوند. یک ولتاژ پلاریزه بین الکترود شمارنده و کاتد اعمال می شود. اگر عنصر اندازهگیری با اکسیژن محلول در آب غوطهور شود، اکسیژن از طریق جداکننده پخش میشود و مولکولهای اکسیژن موجود در کاتد (الکترونهای اضافی) به یونهای هیدروکسید تبدیل میشوند: O{0}}}H2O{ {2}}e-® 4OH-. معادل الکتروشیمیایی کلرید نقره روی الکترود شمارنده رسوب می کند (کمبود الکترون): 4Ag+4Cl-® 4AgCl+4e-. برای هر مولکول اکسیژن، کاتد 4 الکترون ساطع می کند و الکترود شمارنده الکترون ها را برای تشکیل جریان می پذیرد. اندازه جریان متناسب با فشار جزئی اکسیژن فاضلاب اندازه گیری شده است. این سیگنال همراه با سیگنال دمای اندازه گیری شده توسط مقاومت حرارتی روی سنسور به ترانسفورماتور ارسال می شود. فرستنده از منحنی رابطه بین محتوای اکسیژن، فشار جزئی اکسیژن و دمای ذخیره شده در حسگر برای محاسبه میزان اکسیژن در آب استفاده می کند و سپس آن را به یک سیگنال خروجی استاندارد تبدیل می کند. وظیفه الکترود مرجع تعیین پتانسیل کاتد است. زمان پاسخ سنسور اکسیژن محلول عبارت است از: 90٪ از مقدار نهایی اندازه گیری پس از 3 دقیقه و 99٪ از مقدار نهایی اندازه گیری پس از 9 دقیقه به دست می آید. نرخ جریان پایین مورد نیاز 0.5 سانتی متر بر ثانیه است.
