Funzionamento dei misuratori di pH e degli analizzatori di ossigeno disciolto
1. Principio di funzionamento del pHmetro
Il valore del pH dell'acqua dipende dalla quantità di sostanze disciolte, quindi il valore del pH può indicare in modo sensibile cambiamenti nella qualità dell'acqua. I cambiamenti nel valore del pH hanno un grande impatto sulla riproduzione e sulla sopravvivenza degli organismi. Allo stesso tempo, influenzano seriamente anche la biochimica dei fanghi attivi, che influisce sull'effetto del trattamento. Il valore del pH delle acque reflue è generalmente controllato tra 6,5 e 7. L'acqua è chimicamente neutra e alcune molecole d'acqua si decompongono spontaneamente secondo la seguente formula: H2O=H++OH-, cioè in idrogeno ioni e ioni idrossido. In una soluzione neutra, le concentrazioni degli ioni idrogeno H+ e degli ioni idrossido OH- sono entrambe 10-7mol/l e il valore del pH è il negativo del logaritmo in base 10 della concentrazione degli ioni idrogeno: pH{{11} }log, quindi neutro Il valore del pH della soluzione è pari a 7. Se sono presenti ioni idrogeno in eccesso il valore del pH è inferiore a 7 e la soluzione è acida; viceversa, se sono presenti ioni idrossido in eccesso, la soluzione è alcalina.
Il valore del pH viene solitamente misurato con il metodo potenziometrico. Per formare una cella primaria vengono solitamente utilizzati un elettrodo di riferimento con potenziale costante e un elettrodo di misura. La forza elettromotrice della cella primaria dipende dalla concentrazione di ioni idrogeno e dal pH della soluzione. L'impianto utilizza sensori e trasmettitori di pH. Sull'elettrodo di misurazione è presente una speciale sonda in vetro sensibile al pH. È fatto di vetro speciale che può condurre elettricità e permeare gli ioni idrogeno. Ha le caratteristiche di elevata precisione di misurazione e buone prestazioni anti-interferenza. Quando la sonda di vetro entra in contatto con gli ioni idrogeno, viene generato un potenziale elettrico. Il potenziale viene misurato utilizzando un elettrodo di riferimento a filo d'argento sospeso in una soluzione di cloruro d'argento. Valori di pH diversi producono potenziali diversi, che vengono convertiti in uscita standard 4-20mA attraverso un trasmettitore.
2. Principio di funzionamento dell'analizzatore di ossigeno disciolto
Il contenuto di ossigeno nell'acqua può indicare pienamente il grado di autopurificazione dell'acqua. Per gli impianti di trattamento biologico che utilizzano fanghi attivi, è molto importante comprendere il contenuto di ossigeno delle vasche di aerazione e dei canali di ossidazione. L'aumento dell'ossigeno disciolto nelle acque reflue promuoverà attività biologiche diverse dai microrganismi anaerobici, rimuovendo così le sostanze volatili e gli ioni naturalmente ossidati purificano facilmente le acque reflue. Esistono tre metodi principali per misurare il contenuto di ossigeno: analisi colorimetrica automatica e misurazione con analisi chimica, misurazione con metodo paramagnetico e misurazione con metodo elettrochimico. La quantità di ossigeno disciolto nell'acqua viene generalmente misurata utilizzando metodi elettrochimici.
L'ossigeno è solubile in acqua e la sua solubilità dipende dalla temperatura, dalla pressione totale sulla superficie dell'acqua, dalla pressione parziale e dai sali disciolti nell'acqua. Maggiore è la pressione atmosferica, maggiore è la capacità dell'acqua di dissolvere l'ossigeno. La relazione è determinata dalla legge di Henry e dalla legge di Dalton. La legge di Henry sostiene che la solubilità di un gas è proporzionale alla sua pressione parziale.
Prendendo come esempio il sensore di misurazione dell'ossigeno, l'elettrodo è costituito da un catodo (comunemente realizzato in oro e platino), un controelettrodo con corrente (argento) e un elettrodo di riferimento senza corrente (argento). L'elettrodo è immerso in un elettrolita come KCl, KOH, il sensore è coperto da un diaframma che separa l'elettrodo e l'elettrolita dal liquido da misurare, proteggendo così il sensore, impedendo la fuoriuscita dell'elettrolita e impedendo l'intrusione di corpi estranei sostanze che possono provocare contaminazioni e avvelenamenti. Una tensione polarizzante viene applicata tra il controelettrodo e il catodo. Se l'elemento di misura viene immerso in acqua con ossigeno disciolto, l'ossigeno si diffonderà attraverso il separatore e le molecole di ossigeno presenti sul catodo (elettroni in eccesso) verranno ridotte a ioni idrossido: O{{0}}H2O{ {2}}e-® 4OH-. Un equivalente elettrochimico del cloruro d'argento viene precipitato sul controelettrodo (deficit di elettroni): 4Ag+4Cl-® 4AgCl+4e-. Per ogni molecola di ossigeno, il catodo emette 4 elettroni e il controelettrodo accetta gli elettroni per formare una corrente. L'entità della corrente è proporzionale alla pressione parziale dell'ossigeno delle acque reflue misurate. Questo segnale, insieme al segnale di temperatura misurata dalla termoresistenza posta sul sensore, viene inviato al trasformatore. Il trasmettitore utilizza la curva di relazione tra il contenuto di ossigeno, la pressione parziale dell'ossigeno e la temperatura memorizzata nel sensore per calcolare il contenuto di ossigeno nell'acqua, quindi lo converte in un segnale di uscita standard. La funzione dell'elettrodo di riferimento è determinare il potenziale del catodo. Il tempo di risposta del sensore di ossigeno disciolto è: il 90% del valore di misurazione finale viene raggiunto dopo 3 minuti e il 99% del valore di misurazione finale viene raggiunto dopo 9 minuti; il requisito di portata bassa è 0,5 cm/s.
