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在線溶解氧(DO)分析儀的測量原理及維護
發布時間:2019-12-30   點擊次數:782次

在汙水處理過程中,通過增加汙水中的氧含量使汙染物通過活化泥漿被分解出來,達到汙水淨化的目的,在線測量氧含量有助於確定zui佳的淨化方法和zui經濟的曝氣池配置。在生物發酵過程中氧含量的測量數據可對工藝過程進行指導,如判斷發酵過程的臨界氧濃度、發酵罐的供氧能力以及菌體的活性和菌體的生長量等,並根據發酵時的供氧和需氧變化來指導補料操作。

一、溶解氧分析儀測量原理

氧在水中的溶解度取決於溫度、壓力和水中溶解的鹽。溶解氧分析儀傳感部分是由金電極(陰極)和銀電極(陽極)及KCL或氫氧化鉀電解液組成,氧通過膜擴散進入電解液與金電極和銀電極構成測量回路。當給溶解氧分析儀電極加上0.6~0.8V的極化電壓時,氧通過膜擴散,陰極釋放電子,陽極接受電子,產生電流,整個反應過程為:陽極 Ag+Cl→AgCl+2e-陰極O2+2H2O+4e→4OH-根據法拉第定律:流過溶解氧分析儀電極的電流和氧分壓成正比,在溫度不變的情況下電流和氧濃度之間呈線性關係。

 

二、溶解氧含量的表示方法

溶解氧含量有3 種不同的表示方法:氧分壓(mmHg);百分飽和度(%);氧濃度(mg/L或10-6),這3種方法本質上沒什麽不同。

(1)分壓表示法:氧分壓表示法是最基本和最本質的表示法。根據Henry定律可得,P=(Po2+P H2O)×0.209,其中,P 為總壓;Po2 為氧分壓(mmHg);P H2O 為水蒸氣分壓;0.209為空氣中氧的含量。

(2)百分飽和度表示法:由於曝氣發酵十分複雜,氧分壓不能計算得到,在此情況下用百分飽和度的表示法是最合適的。例如將標定時溶解氧定為100%,零氧時為0%,則反應過程中的溶解氧含量即為標定時的百分數。

(3)氧濃度表示法:根據Henry定律可知氧濃度與其分壓成正比,即:C=Po2 ×a,其中C 為氧濃度(mg/L);Po2為氧分壓(mmHg);a為溶解度係數(mg/mmHg·L)。溶解度係數a不僅與溫度有關,還與溶液的成分有關。對於溫度恒定的水溶液,a為常數,則可測量氧的濃度。氧濃度表示法在發酵工業中不常用,但在汙水處理、生活飲用水等過程中都用氧濃度來表示。

 

三、影響溶解氧測量的因素

氧的溶解度取決於溫度、壓力和水中溶解的鹽,另外氧通過溶液擴散比通過膜擴散快,如流速太慢會產生幹擾。

1.溫度的影響由於溫度變化,膜的擴散係數和氧的溶解度都將發生變化,直接影響到溶氧電極電流輸出,常采用熱敏電阻來消除溫度的影響。溫度上升,擴散係數增加,溶解度反而減小。溫度對溶解度係數a的影響可以根據Henry定律來估算,溫度對膜擴散係數β可以通過阿侖尼烏斯定律來估算。

(1)氧的溶解度係數:由於溶解度係數a不僅受溫度的影響,而且受溶液的成分的影響。在相同氧分壓下,不同組分的實際氧濃度也可能不同。根據亨利定律可知氧濃度與其分壓成正比,對於稀溶液,溫度變化溶解度係數a的變化約為2%/℃。

(2)膜的擴散係數:根據阿侖尼烏斯定律,溶解度係數β與溫度T 的關係為:C=KPo2·exp(-β/T),其中假定K、Po2為常數,則可以計算出β在25℃時為2.3%/℃。當溶解度係數a計算出來後,可通過儀表指示和化驗分析值對比計算出膜的擴散係數(這裏略去計算過程),膜的擴散係數在25℃時為1.5%/℃。

2.大氣壓的影響根據Henry定律,氣體的溶解度與其分壓成正比。氧分壓與該地區的海拔高度有關,高原地區和平原地區的差可達20%,使用前必須根據當地大氣壓進行補償。有些儀表內部配有氣壓表,在標定時可自動進行校正;有些儀表未配置氣壓表,在標定時要根據當地氣象站提供的數據進行設置,如果數據有誤,將導致較大的測量誤差。

3.溶液中含鹽量鹽水中的溶解氧明顯低於自來水中的溶解氧,為了準確測量,必須考慮含鹽量對溶解氧的影響。在溫度不變的情況下,鹽含量每增加100mg/L,溶解氧降低約1%。如果儀表在標定時使用的溶液的含鹽量低,而實際測量的溶液的含鹽量高,也會導致誤差。在實際使用中必須對測量介質的含鹽量進行分析,以便準確測量及正確補償。

4.樣品的流速氧通過膜擴散比通過樣品進行擴散要慢,必須保證電極膜與溶液完全接觸。對於流通式檢測方式,溶液中的氧會向流通池內擴散,使靠近膜的溶液中的氧損失,產生擴散幹擾,影響測量。為了測量準確,應增加流過膜的溶液的流量來補償擴散失去的氧,樣品的最小流速為0.3m/s。

四、注意的問題

對溶解氧分析儀來說,隻要選型、設置、維護得當,一般均能滿足工藝的測量要求。溶解氧分析儀的使用不好的主要問題出在:使用維護不正確;電極內部泄露造成溫度補償不正常;電極輸入阻抗降低等。

1.日常維護儀表的日常維護主要包括定期對電極進行清洗、校驗、再生。

(1)1~2周應清洗一次電極,如果膜片上有汙染物,會引起測量誤差。清洗時應小心,注意不要損壞膜片。將電極放入清水中涮洗,如汙物不能洗去,用軟布或棉布小心擦洗。

(2)2~3月應重新校驗一次零點和量程。

(3)電極的再生大約1年左右進行一次。當測量範圍調整不過來,就需要對溶解氧電極再生。電極再生包括更換內部電解液、更換膜片、清洗銀電極。如果觀察銀電極有氧化現象,可用細砂紙拋光。(4)在使用中如發現電極泄露,就必須更換電解液。

2.儀表標定儀表的標定方法一般可采用標準液標定或現場取樣標定。

(1)標準溶液標定法:標準溶液標定一般采用兩點標定,即零點標定和量程標定。零點標定溶液可采用2%的Na2SO3溶液。量程標定溶液可根據儀表測量量程選擇4M的KCl 溶液(2mg/L);50%的甲醇溶液(21.9mg/L)。

(2)現場取樣標定法(Winkler法):在實際使用中,多采用Winkler方法對溶解氧分析儀進行現場標定。使用該方法時存在兩種情況:取樣時儀表讀數為M1,化驗分析值為A,對儀表進行標定時儀表讀數仍為M1,這時隻須調整儀表讀數等於A即可;取樣時儀表讀數為M1,化驗分析值為A,對儀表進行標定時儀表讀數改變為M2,這時就不能將調整儀表讀數等於A,而應將儀表讀數調整為1M A ×M2。

3.使用中應注意的問題使用中應注意以下問題:由於溶解氧電極信號阻抗較高(約20MΩ),溶解氧電極與轉換器之間距離最大為50m;溶解氧電極不用時也應處於工作狀態,可接在溶解氧轉換器上。久置或重新再生(更換電解液或膜)的電極,在使用前應置於無氧環境極化1~2h;由於溫度變化對電極膜的擴散和氧溶解度有較大影響,標定時需較長時間(約10min),以使溫補電阻達到平衡;氧分壓與該地區的海拔高度有關,儀表在使用前必須根據當地大氣壓進行補償;測量溶液的含鹽量高時,儀表標定時應使用含鹽量相當的溶液;對於流通式測量方式,要求流過電極的最小流速為0.3m/s。

 

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