在線(xiàn)溶解氧分析儀的測量原理及維護

　　在污水處理過(guò)程中，通過(guò)增加污水中的氧含量使污染物通過(guò)活化泥漿被分解出來(lái)，達到污水凈化的目的，在線(xiàn)測量氧含量有助于確定最佳的凈化方法和最經(jīng)濟的曝氣池配置。在生物發(fā)酵過(guò)程中氧含量的測量數據可對工藝過(guò)程進(jìn)行指導，如判斷發(fā)酵過(guò)程的臨界氧濃度、發(fā)酵罐的供氧能力以及菌體的活性和菌體的生長(cháng)量等，并根據發(fā)酵時(shí)的供氧和需氧變化來(lái)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于溫度、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(yáng)極)及氯化鉀或氫氧化鉀電解液組成，氧通過(guò)膜擴散進(jìn)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0.6~0.8V的極化電壓時(shí)，氧通過(guò)膜擴散，陰極釋放電子，陽(yáng)極接受電子，產(chǎn)生電流，整個(gè)反應過(guò)程為：陽(yáng)極Ag Cl→AgCl 2e-陰極O2 2H2O 4e→4OH-根據法拉第定律：流過(guò)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(xiàn)性關(guān)系。

　　(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(zhì)上沒(méi)什么不同。

　　(1)分壓表示法：氧分壓表示法是最基本和最本質(zhì)的表示法。根據Henry定律可得，P=(Po2 PH2O)×0.209，其中，P為總壓;Po2為氧分壓(mmHg);PH2O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：由于曝氣發(fā)酵十分復雜，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(shí)溶解氧定為100%，零氧時(shí)為0%，則反應過(guò)程中的溶解氧含量即為標定時(shí)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為溶解度系數(mg/mmHg·L)。

　　溶解度系數a不僅與溫度有關(guān)，還與溶液的成分有關(guān)。對于溫度恒定的水溶液，a為常數，則可測量氧的濃度。氧濃度表示法在發(fā)酵工業(yè)中不常用，但在污水處理、生活飲用水等過(guò)程中都用氧濃度來(lái)表示。

　　(三)影響溶解氧測量的因素

　　氧的溶解度取決于溫度、壓力和水中溶解的鹽，另外氧通過(guò)溶液擴散比通過(guò)膜擴散快，如流速太慢會(huì )產(chǎn)生干擾。

　　1.溫度的影響

　　由于溫度變化，膜的擴散系數和氧的溶解度都將發(fā)生變化，直接影響到溶氧電極電流輸出，常采用熱敏電阻來(lái)消除溫度的影響。溫度上升，擴散系數增加，溶解度反而減小。溫度對溶解度系數a的影響可以根據Henry定律來(lái)估算，溫度對膜擴散系數β可以通過(guò)阿侖尼烏斯定律來(lái)估算。

　　(1)氧的溶解度系數：由于溶解度系數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(shí)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，對于稀溶液，溫度變化溶解度系數a的變化約為2%/℃。

　　(2)膜的擴散系數：根據阿侖尼烏斯定律，溶解度系數β與溫度T的關(guān)系為：C=KPo2·exp(-β/T)，其中假定K、Po2為常數，則可以計算出β在25℃時(shí)為2.3%/℃。當溶解度系數a計算出來(lái)后，可通過(guò)儀表指示和化驗分析值對比計算出膜的擴散系數(這里略去計算過(guò)程)，膜的擴散系數在25℃時(shí)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(guān)，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(jìn)行補償。有些儀表內部配有氣壓表，在標定時(shí)可自動(dòng)進(jìn)行校正;有些儀表未配置氣壓表，在標定時(shí)要根據當地氣象站提供的數據進(jìn)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于自來(lái)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(shí)使用的溶液的含鹽量低，而實(shí)際測量的溶液的含鹽量高，也會(huì )導致誤差。在實(shí)際使用中必須對測量介質(zhì)的含鹽量進(jìn)行分析，以便準確測量及正確補償。

　　4.樣品的流速

　　氧通過(guò)膜擴散比通過(guò)樣品進(jìn)行擴散要慢，必須保證電極膜與溶液完全接觸。對于流通式檢測方式，溶液中的氧會(huì )向流通池內擴散，使靠近膜的溶液中的氧損失，產(chǎn)生擴散干擾，影響測量。為了測量準確，應增加流過(guò)膜的溶液的流量來(lái)補償擴散失去的氧，樣品的最小流速為0.3m/s。

　　(四)注意的問(wèn)題

　　對溶解氧分析儀來(lái)說(shuō)，只要選型、設置、維護得當，一般均能滿(mǎn)足工藝的測量要求。溶解氧分析儀的使用不好的主要問(wèn)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(jìn)行清洗、校驗、再生。

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

　　(2)2~3月應重新校驗一次零點(diǎn)和量程。

　　(3)電極的再生大約1年左右進(jìn)行一次。當測量范圍調整不過(guò)來(lái)，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(guān)察銀電極有氧化現象，可用細砂紙拋光。

　　(4)在使用中如發(fā)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(chǎng)取樣標定。

　　(1)標準溶液標定法：標準溶液標定一般采用兩點(diǎn)標定，即零點(diǎn)標定和量程標定。零點(diǎn)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(chǎng)取樣標定法(Winkler法)：在實(shí)際使用中，多采用Winkler方法對溶解氧分析儀進(jìn)行現場(chǎng)標定。使用該方法時(shí)存在兩種情況：取樣時(shí)儀表讀數為M1，化驗分析值為A，對儀表進(jìn)行標定時(shí)儀表讀數仍為M1，這時(shí)只須調整儀表讀數等于A(yíng)即可;取樣時(shí)儀表讀數為M1，化驗分析值為A，對儀表進(jìn)行標定時(shí)儀表讀數改變?yōu)镸2，這時(shí)就不能將調整儀表讀數等于A(yíng)，而應將儀表讀數調整為A/M1×M2。

　　3.使用中應注意的問(wèn)題

　　使用中應注意以下問(wèn)題：由于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(shí)也應處于工作狀態(tài)，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，在使用前應置于

　　無(wú)氧環(huán)境極化1~2h;由于溫度變化對電極膜的擴散和氧溶解度有較大影響，標定時(shí)需較長(cháng)時(shí)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(guān)，儀表在使用前必須根據當地大氣壓進(jìn)行補償;測量溶液的含鹽量高時(shí)，儀表標定時(shí)應使用含鹽量相當的溶液;對于流通式測量方式，要求流過(guò)電極的最小流速為0.3m/s。