วิธีการใช้เครื่องวัดค่า pH และเครื่องวัดค่าออกซิเจนละลายในน้ำบำบัดน้ำเสีย
1 วิธีการทำงานของเครื่องวัดค่า pH
ค่า pH ของสารละลายใดๆ สามารถแสดงในรูปของความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน เนื่องจากผลของการแตกตัวเป็นไอออนของน้ำเอง น้ำบริสุทธิ์ทุกลิตรจึงมี 10-7 กรัมของ [H บวก ] ที่อุณหภูมิ 22 องศาเซลเซียส และน้ำหนักอะตอมและวาเลนซ์อะตอมของไฮโดรเจนมีค่าเท่ากับ 1 ดังนั้นน้ำบริสุทธิ์แต่ละลิตร มี 10-7 กรัมเทียบเท่ากับ [H บวก ] ] เนื่องจาก [H บวก ] ในน้ำบริสุทธิ์เกิดขึ้นเนื่องจากการแตกตัวของโมเลกุลของน้ำ นั่นคือ:
H2O=H บวก บวก OH-
น้ำบริสุทธิ์มีความเป็นกลาง นั่นคือความเข้มข้นของไอออนทั้งสองมีค่าเท่ากัน [H บวก ]=[OH-] ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีอุณหภูมิคงที่ เรียกว่าผลิตภัณฑ์ไอออน K น้ำ
น้ำ K=[H บวก ][OH-]=10-7*10-7=10-14
สูตรข้างต้นใช้ได้กับสารละลายกรด-เบสใดๆ นั่นคือ สารละลายที่เป็นน้ำใดๆ ซึ่งผลิตภัณฑ์ [H บวก ][OH-] เท่ากับ 10-14 ตัวอย่างเช่น ในสารละลายที่เป็นน้ำ [H บวก ]=10-3 ดังนั้น [OH-] จะต้องเป็น 10-11 ดังนั้นสำหรับสารละลายที่มีน้ำเป็นชนิดใดๆ ตราบใดที่ทราบ [H บวก ] ดังนั้น [ OH-] หาได้ง่าย โดยปกติแล้ว ค่า pH ถูกกำหนดโดยค่าลบของลอการิทึมร่วมของความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน ซึ่งแสดงเป็น: pH=-lg[H บวก ]
ดังนั้น pH ของสารละลายที่เป็นกลางจะเท่ากับ 7 หากมีไฮโดรเจนไอออนมากเกินไป ค่า pH จะน้อยกว่า 7 และสารละลายนั้นมีสภาพเป็นกรด มิฉะนั้นสารละลายจะเป็นด่างหากมีไฮดรอกไซด์ไอออนมากเกินไป
ค่า pH ขึ้นอยู่กับปริมาณของสารที่ละลาย ดังนั้นค่า pH จึงสามารถบ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงของคุณภาพน้ำได้อย่างละเอียดอ่อน การเปลี่ยนแปลงของค่า pH มีผลกระทบอย่างมากต่อการสืบพันธุ์และการอยู่รอดของสิ่งมีชีวิต และยังส่งผลร้ายแรงต่อการทำงานทางชีวเคมีของตะกอนเร่งซึ่งส่งผลต่อผลการบำบัด โดยทั่วไปค่า pH ของน้ำเสียจะถูกควบคุมระหว่าง 6.5 ถึง 7
ค่า pH มักจะวัดด้วยวิธีโพเทนชิโอเมตริก โดยทั่วไปจะใช้อิเล็กโทรดอ้างอิงศักย์คงที่และอิเล็กโทรดวัดเพื่อสร้างแบตเตอรี่หลัก แรงเคลื่อนไฟฟ้าของแบตเตอรี่ปฐมภูมิขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน และยังขึ้นอยู่กับค่า pH ของสารละลายด้วย เครื่องวัดค่า pH แบบจม อิเล็กโทรดการวัดของเครื่องมือนี้ใช้อิเล็กโทรดแก้วแบบพิเศษที่ไวต่อค่า pH ซึ่งมีลักษณะการวัดที่แม่นยำสูงและป้องกันการรบกวนได้ดี เมื่อจุ่มลงในสารละลายที่จะทดสอบ ไอออนของไฮโดรเจนในสารละลายที่จะทดสอบจะสมดุลกับไฮโดรเจนไอออนในชั้นไฮเดรชันบนพื้นผิวของกระเปาะอิเล็กโทรด และในขณะเดียวกัน สารละลายภายในและภายนอก กระเปาะแก้วและชั้นไฮเดรชั่นที่ผนังด้านในของกระเปาะอิเล็กโทรดจะสร้างความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น และอิเล็กโทรดแก้วจะเต็มไปด้วยสารละลายบัฟเฟอร์ที่มีค่า pH คงที่ และอิเล็กโทรดนำออกจะแช่อยู่ในสารละลายภายในเพื่อ ก่อตัวเป็นครึ่งเซลล์ และครึ่งเซลล์ที่เกิดจากการแช่ขั้วไฟฟ้าคาโลเมลในสารละลายโพแทสเซียมคลอไรด์อิ่มตัวจะถูกนำเข้าสู่คอนเวอร์เตอร์เพื่อการวัดพร้อมกัน ค่า pH ที่แตกต่างกันสอดคล้องกับศักยภาพที่แตกต่างกัน ซึ่งจะถูกแปลงเป็นเอาต์พุต 4-20mA มาตรฐานผ่านเครื่องส่งสัญญาณ
2 หลักการทำงานของเครื่องวิเคราะห์ออกซิเจนละลายน้ำ
ปริมาณออกซิเจนในน้ำสามารถแสดงระดับของการทำน้ำให้บริสุทธิ์ได้อย่างเต็มที่ สำหรับโรงบำบัดทางชีวภาพที่ใช้ตะกอนเร่ง การทราบปริมาณออกซิเจนของถังเติมอากาศเป็นสิ่งสำคัญมาก การเพิ่มออกซิเจนที่ละลายในน้ำโสโครกจะช่วยส่งเสริมกิจกรรมทางชีวภาพนอกเหนือจากจุลินทรีย์ที่ไม่ใช้ออกซิเจน ดังนั้นการกำจัดสารระเหยและสารที่มีแนวโน้มที่จะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันตามธรรมชาติเพื่อทำให้น้ำเสียบริสุทธิ์
มีสามวิธีหลักในการหาปริมาณออกซิเจน: การวิเคราะห์การวัดด้วยสีอัตโนมัติและการวิเคราะห์ทางเคมี การวัดด้วยวิธีพาราแมกเนติก และการวัดด้วยวิธีเคมีไฟฟ้า ปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำโดยทั่วไปจะวัดด้วยวิธีเคมีไฟฟ้า
ออกซิเจนสามารถละลายในน้ำได้ และความสามารถในการละลายขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ความดันรวมของผิวน้ำ ความดันบางส่วน และเกลือที่ละลายในน้ำ ยิ่งความดันบรรยากาศสูงเท่าใด ความสามารถในการละลายน้ำของออกซิเจนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ความสัมพันธ์ถูกกำหนดโดยกฎของเฮนรี่และกฎของดาลตัน กฎของเฮนรี่กล่าวว่าความสามารถในการละลายของก๊าซเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความดันบางส่วน
เซนเซอร์วัดค่าออกซิเจนประกอบด้วยแคโทด (โดยทั่วไปทำจากทองคำและแพลทินัม) อิเล็กโทรดเคาน์เตอร์ที่มีกระแสไฟฟ้า (สีเงิน) และอิเล็กโทรดอ้างอิงที่ไม่มีกระแสไฟฟ้า (สีเงิน) อิเล็กโทรดจะแช่อยู่ในอิเล็กโทรไลต์ เช่น KCl และ KOH และเซ็นเซอร์จะถูกครอบด้วยไดอะแฟรม สารเคลือบจะแยกอิเล็กโทรดและอิเล็กโทรไลต์ออกจากของเหลวที่จะตรวจวัด และมีเพียงก๊าซที่ละลายน้ำเท่านั้นที่สามารถซึมผ่านสารเคลือบได้ จึงช่วยปกป้องเซ็นเซอร์ ป้องกันไม่ให้อิเล็กโทรไลต์หลบหนี และป้องกันการบุกรุกของสารแปลกปลอมที่ก่อให้เกิดมลพิษและพิษ
มีการใช้แรงดันไฟฟ้าโพลาไรซ์ระหว่างอิเล็กโทรดเคาน์เตอร์และแคโทด หากเซลล์วัดแช่อยู่ในน้ำที่มีออกซิเจนละลายอยู่ ออกซิเจนจะแพร่ผ่านไดอะแฟรมและโมเลกุลของออกซิเจนที่อยู่บนแคโทด (อิเล็กตรอนส่วนเกิน) จะถูกรีดิวซ์เป็นไฮดรอกไซด์ไอออน [OH-] ค่าเทียบเท่าทางเคมีไฟฟ้าของซิลเวอร์คลอไรด์ตกตะกอนบนเคาน์เตอร์อิเล็กโทรด (การขาดอิเล็กตรอน) สำหรับโมเลกุลออกซิเจนแต่ละโมเลกุล แคโทดจะปล่อยอิเล็กตรอน 4 ตัว และอิเล็กโทรดเคาน์เตอร์จะรับอิเล็กตรอนเพื่อสร้างกระแส: 4Ag บวก 4Cl-=4AgCl บวก 4e-
ขนาดของกระแสเป็นสัดส่วนกับความดันบางส่วนของออกซิเจนในน้ำเสียที่วัดได้ สัญญาณจะถูกส่งไปยังเครื่องส่งสัญญาณพร้อมกับสัญญาณอุณหภูมิที่วัดได้จากความต้านทานความร้อนบนเซ็นเซอร์ เส้นโค้งความสัมพันธ์จะคำนวณปริมาณออกซิเจนในน้ำ แล้วแปลงเป็นสัญญาณเอาต์พุตมาตรฐาน หน้าที่ของอิเล็กโทรดอ้างอิงคือการกำหนดศักย์ไฟฟ้าแคโทดิก
3. คุณลักษณะของเครื่องวัดค่า pH
แก้วบนอิเล็กโทรดวัดค่า pH จะค่อยๆ มีอายุมากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป การไล่ระดับสี (การเปลี่ยนแปลงของศักย์ไฟฟ้าขาออกของอิเล็กโทรดที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงค่า pH ของหน่วย) จะเสื่อมลง และจะใช้เวลานานกว่าจะได้ค่าศักย์ไฟฟ้าที่คงที่ อายุการใช้งานของอิเล็กโทรดทั่วไปอาจถึงสองปี นอกจากนี้ อุณหภูมิยังมีอิทธิพลอย่างมากต่อความชรา ระดับการเสื่อมสภาพของการจัดเก็บที่ 100 องศาเป็นเวลาหลายสัปดาห์เทียบเท่ากับระดับการเสื่อมสภาพของการจัดเก็บที่อุณหภูมิห้องเป็นเวลาหนึ่งปี
เครื่องวัดค่า pH มีข้อดีของการวัดที่แม่นยำ ความน่าเชื่อถือสูง ตลอดจนการติดตั้งและบำรุงรักษาที่สะดวก นอกจากนี้ยังมีความไวต่อมลภาวะและต้องมีการสอบเทียบบ่อยครั้ง โดยทั่วไป จะมีการสอบเทียบทุกๆ หนึ่งถึงหนึ่งเดือนครึ่ง และอิเล็กโทรดจะถูกเปลี่ยนทุกๆ สองปี
4. คุณสมบัติของเครื่องวัดค่าออกซิเจนละลายน้ำ
เครื่องวัดค่าออกซิเจนที่ละลายในน้ำมีลักษณะของการติดตั้งง่าย ระยะเวลาสอบเทียบนาน (3~4 เดือน) ไม่ไวต่อสารอื่น ฯลฯ และสามารถตรวจสอบการใช้อิเล็กโทรไลต์ในเมมเบรนและโพรบได้ โดยทั่วไป ควรเปลี่ยนอิเล็กโทรไลต์และเมมเบรนทุกๆ 1-3 ปี .
