水質(zhì)分析儀的工作原理

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(zhì)的多少而定，因此pH值能靈敏地指示出水質(zhì)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(xué)上是中性的，某些水分子自發(fā)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(shù)的負數(shù)：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。測量電極上有的對pH反應(yīng)靈敏的玻璃探頭，它是由能導(dǎo)電、能滲透氫離子的玻璃制成，具有測量精度高、抗干擾性好等特點。當(dāng)玻璃探頭和氫離子接觸時，就產(chǎn)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(yīng)產(chǎn)生的電位也不一樣，通過變送器將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)4～20mA輸出。

全自動水質(zhì)分析儀主要采用離子選擇電極測量法來實現(xiàn)檢測的。儀器上的電極：PH、氟、鈉、鉀、鈣、鎂、和參比電極。每個電極都有一離子選擇膜，會與被測樣本中相應(yīng)的離子產(chǎn)生反應(yīng)，膜是一離子交換器，與離子電荷發(fā)生反應(yīng)而改變了膜電勢，就可檢測液，樣本和膜間的電勢。膜兩邊被檢測的兩個電勢差值會產(chǎn)生電流，樣本，參考電極，參考電極液構(gòu)成“回路”一邊，膜,內(nèi)部電極液，內(nèi)部電極為另一邊。

內(nèi)部電極液和樣本間的離子濃度差會在工作電極的膜兩邊產(chǎn)生電化學(xué)電壓，電壓通過高傳導(dǎo)性的內(nèi)部電極引到到放大器，參考電極同樣引到放大器的地點。通過檢測一個的已知離子濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液獲得定標(biāo)曲線，從而檢測樣本中的離子濃度。

溶液中被測離子接觸電極時，在離子選擇電極基質(zhì)的含水層內(nèi)發(fā)生離子遷移。遷移的離子的電荷改變存在著電勢，因而使膜面間的電位發(fā)生變化，在測量電極與參比電極間產(chǎn)生一個電位差。

當(dāng)下生產(chǎn)氟離子、硝酸根、PH、水硬度（Ca 2 + 、Mg 2 +離子）、K+、Na+多參數(shù)（多項）全自動水質(zhì)分析儀國內(nèi)較少，代表性有：深圳市航創(chuàng)設(shè)備有限HC-800全自動離子分析儀（計量器具型式批準(zhǔn)證書號：2012C206-44）（PH、氟、硝酸鹽氮）、HC-800全自動離子分析儀（PH、 氯、鈉、 水硬度、鉀）、HC-800全自動離子分析儀（PH、氯、鈉、鉀、鈣）。

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(fā)性物質(zhì)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(xué)分析測量，順磁法測量，電化學(xué)法測量。水中溶氧量一般采用電化學(xué)法測量。麥該廠采用了COS 4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(guān)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COS 4氧量測量傳感器為例，結(jié)構(gòu)如圖2所示。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(zhì)如KCl、KOH中，傳感器有隔膜覆蓋，隔膜將電極和電解質(zhì)與被測量的液體分開，因此保護了傳感器，既能防止電解質(zhì)逸出，又可防止外來物質(zhì)的侵入而導(dǎo)致污染和毒化。

向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(xiàn)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(xué)當(dāng)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 圖1 pH測量電極（左）和參比電極（右）的結(jié)構(gòu) 圖2 三電極COS溶氧傳感器結(jié)構(gòu)圖 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(guān)系曲線計算出水中的含氧量，然后轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。參比電極的功能是確定陰極電位。 COS 4溶氧傳感器的響應(yīng)時間為：3分鐘后達到終測量值的90%，9分鐘后達到終測量值的99%；低流速要求為0.5cm/s。