水質分析儀器的工作原理與特點

污水處理廠使用的分析儀有兩種：pH計和溶氧分析儀。

1、pH計的工作原理

水的pH值隨著所溶解的物質的多少而定，因此pH值能靈敏地指示出水質的變化情況。pH值的變化對生物的繁殖和生存有很大影響，同時還嚴重影響活性污泥生化作用，即影響處理效果，污水的pH值一般控制在6.5～7之間。

水在化學上是中性的，某些水分子自發地按照下式分解：H2O=H++OH-，即分解成氫離子和氫氧根離子。

在中性溶液中，氫離子H+和氫氧根離子OH-的濃度都是10～7mol/l，pH值是氫離子濃度以10為底的對數的負數：pH=-log，因此中性溶液的pH值等于7。如果有過量的氫離子，則pH值小于7，溶液呈酸性；反之，氫氧根離子過量，則溶液呈堿性。

pH值通常用電位法測量，通常用一個恒定電位的參比電極和測量電極組成一個原電池，原電池電動勢的大小取決于氫離子的濃度，也取決于溶液的酸堿度。該廠采用了CPS11型pH傳感器和CPM151型pH變送器。

測量電極上有特殊的對pH反應靈敏的玻璃探頭，它是由能導電、能滲透氫離子的特殊玻璃制成，具有測量精度高、抗干擾性好等特點。當玻璃探頭和氫離子接觸時，就產生電位。電位是通過懸吊在氯化銀溶液中的銀絲對照參比電極測到的。pH值不同，對應產生的電位也不一樣，通過變送器將其轉換成標準4～20mA輸出。

2、溶氧分析儀的工作原理

水中的氧含量可充分顯示水自凈的程度。對于使用活化污泥的生物處理廠來說，了解曝氣池和氧化溝的氧含量非常重要，污水中溶氧增加，會促進除厭氧微生物以外的生物活動，因而能去除揮發性物質和易于自然氧化的離子，使污水得到凈化。

測定氧含量主要有三種方法：自動比色分析和化學分析測量，順磁法測量，電化學法測量。水中溶氧量一般采用電化學法測量。該廠采用了COS4型溶氧傳感器和COM252型溶氧變送器。

氧能溶于水，溶解度取決于溫度、水表面的總壓、分壓和水中溶解的鹽類。大氣壓力越高，水溶解氧的能力就越大，其關系由亨利（Henry）定律和道爾頓（Dalton）定律確定，亨利定律認為氣體的溶解度與其分壓成正比。

以COS4氧量測量傳感器為例，其中的電極由陰極（常用金和鉑制成）和帶電流的反電極（銀）、無電流的參比電極（銀）組成，電極浸沒在電解質如KCl、KOH中，傳感器有隔膜覆蓋，隔膜將電極和電解質與被測量的液體分開，因此保護了傳感器，既能防止電解質逸出，又可防止外來物質的侵入而導致污染和毒化。

相反電極和陰極之間施加極化電壓，假如測量元件浸入在有溶解氧的水中，氧會通過隔膜擴散，出現在陰極上（電子過剩）的氧分子就會被還原成氫氧根離子：

O2+2H2O+4e-? 4OH-。

電化學當量的氯化銀沉淀在反電極上（電子不足）：4Ag+4Cl-? 4AgCl+4e-。 對于每個氧分子，陰極放出4個電子，反電極接受電子，形成電流，電流的大小與被測同污水的氧分壓成正比，該信號連同傳感器上熱電阻測出的溫度信號被送入變送器，利用傳感器中存儲的含氧量和氧分壓、溫度之間的關系曲線計算出水中的含氧量，然后轉化成標準信號輸出。

參比電極的功能是確定陰極電位。COS4溶氧傳感器的響應時間為：3分鐘后達到最終測量值的90%，9分鐘后達到最終測量值的99%；最低流速要求為0.5cm/s。

3、 pH計的特點

pH電極上的玻璃隨著時間推移會逐漸老化，梯度（單位pH值變化所引起的電極輸出電位的變化值）惡化，花費較長時間才能達到穩定電位。

一般電極的使用壽命，可達兩年。另外，溫度對老化也有較大影響，100℃下貯存幾周的老化程度相當于室溫下貯存一年的老化程度。pH計具有高精度、高可靠性、安裝及維護方便等優點，同時對污染也較敏感，需要經常標定，一般每隔一個到一個半月標定一次，每兩年更換一次電極。

4、溶氧儀的特點

溶氧儀具有安裝方便，標定周期長（3～4個月），對其他物質不敏感等特點，并且能監測隔膜和探頭內電解質的使用情況，一般每一至三年更換一次電解質和隔膜。

COM252型溶氧變送器屬智能化儀表，帶有HART或Profibus通訊協議，還具有自診斷功能，當發生故障時，會顯示故障代碼，提示維護人員故障所在，通過查維護手冊找出解決故障的辦法，大大降低了維護時間和工作量。