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pH计和溶氧分析仪的工作原理

随着我国对水资源保护越来越重视，污水的净化处理变得越来越重要，配套处理过程所需的检测仪器必不可少。水质分析仪作为污水处理行业的重要仪器，不仅要正确选择和安装，定期维护和校准也非常重要，是使仪器真正发挥作用的关键。下面介绍两种水质分析仪pH计和溶解氧分析仪的工作原理、设备特点和安装维护方法。

一、水质分析仪的工作原理

一、pH计的工作原理

水的pH值取决于溶解物质的量，因此pH值可以灵敏地指示水质的变化。 pH值的变化对生物的繁殖和生存影响很大，也严重影响活性污泥的生化效果，即处理效果。污水的pH值一般控制在6.5-7之间。水是化学中性的，部分水分子按下列公式自发分解：H2O=H++OH-，即分解为氢离子和氢氧根离子。在中性溶液中，氢离子H+和氢氧根离子OH-的浓度均为10-7mol/l，pH值为以10为底的氢离子浓度的负对数：pH=-log，故中性溶液的pH值等于7。如果有过量的氢离子，则pH值小于7，溶液呈酸性；相反，如果氢氧根离子过量，则溶液呈碱性。

pH值通常采用电位法测量。原电池通常由恒电位参考电极和测量电极组成。原电池的电动势取决于氢离子的浓度和溶液的 pH 值。该工厂使用 pH 传感器和 pH 变送器。测量电极上有一个对 pH 值敏感的特殊玻璃探头。它是由能导电并能穿透氢离子的特殊玻璃制成。具有测量精度高、抗干扰性好等特点。当玻璃探针与氢离子接触时，会产生电位。电位由悬浮在氯化银溶液中的银线控制参比电极测量。 pH值不同，对应的电位不同，由变送器转换成标准的4-20mA输出。

2、溶解氧分析仪的工作原理

水中的含氧量可以充分显示水的自净程度。对于使用活性污泥的生物处理厂，了解曝气池和氧化沟的含氧量非常重要。污水中溶解氧的增加会促进厌氧菌的去除含氧微生物以外的生物活动可以去除易自然氧化的挥发性物质和离子，从而净化污水。测定氧含量的方法主要有三种：自动比色分析和化学分析测量、顺磁测量和电化学测量。水中溶解氧的量一般用电化学方法测量。

氧气易溶于水，其溶解度取决于温度、水面总压、分压和水中溶解的盐分。大气压越高，水溶解氧气的能力就越大。这种关系由亨利定律和道尔顿定律决定。亨利定律认为气体的溶解度与其分压成正比。

以氧气测量传感器为例。电极由阴极（通常由金和铂制成）、载流对电极（银）和无电流参比电极（银）组成。电极浸入电解液中，例如，在 KCl 和 KOH 中，传感器被隔膜覆盖。隔膜将电极和电解液与被测液体隔开，从而保护传感器，可防止电解液逸出，以及可能造成污染和中毒的异物侵入。在对电极和阴极之间施加极化电压。如果将测量元件浸入溶解有氧气的水中，氧气会通过隔膜扩散，出现在阴极上的氧分子（多余的电子）会被还原为氢氧根离子：O2+2H2O+4e-® 4OH-。氯化银的电化学当量沉积在对电极上（电子不足）：4Ag+4Cl-® 4AgCl+4e-。对于每个氧分子，阴极发射 4 个电子，反电极接受电子形成电流。电流的大小与被测污水的氧分压成正比。该信号与由传感器上的热阻测量的温度信号一起发送到传感器。变送器利用传感器中存储的氧含量、氧分压和温度之间的关系曲线，计算出水中的氧含量，然后转换成标准信号输出。参比电极的作用是确定阴极电位。溶解氧传感器的响应时间为：3分钟后为*终测量值的90%，9分钟后为*终测量值的99%；低流速要求为 0.5cm/s。

二、特点

一、pH计的特点

pH电极上的玻璃会随着时间的推移逐渐老化，梯度（单位pH变化引起的电极输出电位的变化）恶化，需要很长时间才能达到稳定的电位。一般电极的使用寿命可达两年。此外，温度对老化也有较大影响，100℃存放数周的老化程度相当于在常温下存放一年的老化程度。 pH计具有精度高、可靠性高、安装维护方便等优点，同时对污染也很敏感。它需要经常校准。一般每隔一到一个半月校准一次，每两年更换一次电极。

二、溶解氧仪的特点

溶解氧仪具有安装方便、校准周期长（3～4个月）、对其他物质不敏感、可监测隔膜和探头中的电解液等特点，使用中一般每更换一次电解液和隔膜三年。溶解氧变送器为智能仪表，采用HART或Profibus通讯协议，并具有自诊断功能。当发生故障时，会显示故障代码，提醒维修人员故障。通过查看维修手册找出故障的解决方法，大大减少了维修时间和工作量。

三、安装维护

1、pH计的安装与维护

pH计的安装方式有流通式和浸入式两种。污水处理厂一般选择浸入式安装。例如污水处理厂的pH计安装在氧化沟的出口溢流槽内。这里的pH值更具代表性，水流稳定，不会对pH计造成任何损坏。大震撼。定期维护有助于准确测量仪表，延长仪表的使用寿命。需要注意的是，传感器和变送器之间的专用电缆不能受潮，否则电极的高阻抗和低电压信号将无法传输到变送器。如果电极不测量，应套上黄色保护套，可使电极保持湿润状态，有利于延长电极的使用寿命。每个月左右应清洁一次电极，先用温和的水流喷洒附件，然后将电极在清洁液中浸泡一段时间，然后用清水清洗。传感器支架也应清洁。每次清洁后，应使用缓冲溶液进行校准。目前国内pH校准液中，pH=4还可以，pH=7不够准确，会影响校准结果。因此，很容易使用制造商的校准溶液。厂家一般提供两瓶标准溶液，一瓶pH值等于7，用于校准仪器的零点；一瓶pH值等于4，用于校准仪器的信号输出斜率。

2、溶解氧仪的安装与维护

溶解氧仪一般采用浸入式安装。这里需要注意的是，必须使用原装安装支架。制造商提供的安装支架由不锈钢制成，带有塑料链。通过调整链条长度可以改变传感器的浸入深度，支架上的导管确保传感器始终处于垂直位置。支架部分经过特殊设计，可以将水面的波动传递给浸入管，从而使浸入管产生轻微的振动，从而通过浸入管对探头表面产生额外的清洁效果。有的用户为了减少投资，自己制作安装支架，经常导致支架上的浸入管与传感器密封不佳，污水渗入，使专用电缆与传感器的连接处浸入长时间排污，容易造成传感器损坏；有的甚至不制作安装支架，将传感器直接放入水中，这样传感器和线缆之间会形成更大的张力，更容易损坏传感器。溶解氧探头每周应用水轻轻清洗，膜头损坏应更换，电解液受污染应更换。当污水中含有H2S、NH3、苯或苯酚时，对膜头有害。在这种情况下，必须经常更换膜头。判断探头中电极的好坏，只需要看颜色即可。参比电极应为深灰色，阴极（金电极）应为黄色，对电极必须是亮的，否则应进行清洗或再生。

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