下水処理におけるpH計と溶存酸素計の応用方法
1 pH計の仕組み
あらゆる溶液の pH は、水素イオン濃度で表すことができます。 水自体のイオン化効果により、22 ℃では純水 1 リットルあたり 10-7 グラムの [H plus ] が含まれており、水素の原子量と原子価は両方とも 1 であるため、純水 1 リットルあたり純水中の [H plus ] は水分子自体の解離によって生成されるため、10-7 グラム当量の [H plus ] ] が含まれています。
H2O=H プラス プラス OH-
純水は中性です。つまり、2 つのイオンの濃度が等しく、[H プラス ]=[OH-] であり、その積は一定の温度定数であり、イオン積 K 水と呼ばれます。
K水=[Hプラス][OH-]=10-7*10-7=10-14
上の式は、[H + ][OH-] 積が 10-14 に等しい、あらゆる酸塩基溶液、つまりあらゆる水溶液に適用できます。 たとえば、ある水溶液 [H plus ]=10-3 では、[OH-] は 10-11 でなければなりません。したがって、どのような種類の水溶液でも、[H plus ] が既知である限り、[ OH-] は簡単に入手できます。通常、pH は水素イオン濃度の常用対数の負の値によって定義され、次のように表されます: pH=-lg[H plus ]、
したがって、中性溶液の pH は 7 に等しくなります。水素イオンが過剰であれば、pH 値は 7 未満になり、溶液は酸性になります。 それ以外の場合、水酸化物イオンが過剰に存在すると、溶液はアルカリ性になります。
pH値は溶解物質の量に依存するため、pH値は水質の変化を敏感に示すことができます。 pH値の変化は生物の繁殖や生存に大きな影響を与えるだけでなく、活性汚泥の生化学的機能にも重大な影響を及ぼし、処理効果に影響を与えます。 下水のpH値は一般的に6.5～7の間に管理されています。
pH値は通常、電位差法により測定されます。 一次電池を構成するには、定電位参照電極と測定電極が一般的に使用されます。 一次電池の起電力は水素イオン濃度に依存し、また溶液のpHにも依存します。 シンカー式pH計です。 機器の測定電極は、pH に敏感な特殊なガラス電極を採用しており、高い測定精度と優れた耐干渉性の特性を備えています。 被検溶液に浸漬すると、被検溶液中の水素イオンと電極球表面の水和層中の水素イオンが平衡すると同時に、電極管内外の溶液も平衡状態になります。ガラス球と電極球内壁の水和層により電位差が生じ、ガラス電極の内部は一定のpH値を有する緩衝液で満たされ、取り出し電極は内部液に浸漬され、カロメル電極を飽和塩化カリウム溶液に浸漬して半電池を形成し、同時にコンバーターに導入して測定する。 異なる pH 値は異なる電位に対応し、送信機を通じて標準の 4-20mA 出力に変換されます。
2 溶存酸素計の動作原理
水中の酸素含有量は、水の自己浄化の程度を完全に示すことができます。 活性汚泥を使用する生物処理プラントでは、曝気槽の酸素含有量を知ることが非常に重要です。 下水中の溶存酸素が増加すると、嫌気性微生物以外の生物活動が促進され、揮発性物質や自然酸化イオンが発生しやすい物質が除去され、下水が浄化されます。
酸素含有量を測定するには、自動比色分析および化学分析測定、常磁性法による測定、および電気化学的方法による測定の 3 つの主な方法があります。 水中の溶存酸素量は、一般に電気化学的方法により測定されます。
酸素は水に溶けますが、その溶解度は温度、水面の全圧、分圧、水に溶けている塩によって決まります。 大気圧が高くなるほど、水が酸素を溶解する能力は大きくなります。 この関係はヘンリーの法則とダルトンの法則によって決まります。 ヘンリーの法則では、気体の溶解度はその分圧に直接比例すると述べています。
酸素測定センサーは、陰極 (通常は金とプラチナで作られています)、電流が流れる対極 (銀)、および電流のない参照電極 (銀) で構成されています。 電極は KCl や KOH などの電解質に浸され、センサーはダイヤフラムで覆われています。 コーティングは電極と電解液を測定対象の液体から分離し、溶存気体のみがコーティングを透過できるようにすることでセンサーを保護し、電解液の流出を防ぎ、汚染や中毒の原因となる異物の侵入を防ぎます。
分極電圧が対電極と陰極の間に印加されます。 測定セルを酸素が溶けている水に浸すと、酸素が隔膜を通って拡散し、陰極に存在する酸素分子（過剰な電子）が水酸化物イオン[OH-]に還元されます。 電気化学的に等価な塩化銀が対極上に沈殿します (電子欠損)。 酸素分子ごとに、陰極は 4 つの電子を放出し、対極は電子を受け取って電流、つまり 4Ag プラス 4Cl-=4AgCl プラス 4e- を形成します。
電流の大きさは、測定された下水中の酸素分圧に比例します。 この信号は、センサーの熱抵抗によって測定される温度信号とともにトランスミッターに送信されます。 関係曲線は水中の酸素含有量を計算し、それを標準信号出力に変換します。 参照電極の機能は、陰極電位を決定することです。
3. pH計の特徴
pH電極上のガラスは時間の経過とともに徐々に劣化し、勾配（単位pH変化による電極出力電位の変化）が悪くなり、安定した電位に達するまでに時間がかかります。 一般的な電極の耐用年数は 2 年に達します。 また、温度も老化に大きな影響を与えます。 100℃で数週間保管した場合の老化度は、室温で1年間保管した場合の老化度に相当します。
pHメーターには、正確な測定、高い信頼性、設置とメンテナンスの容易さという利点があります。 また、汚染にも敏感であり、頻繁な校正が必要です。 通常、校正は1～1ヶ月半ごとに行われ、電極は2年ごとに交換されます。
4. 溶存酸素計の特長
溶存酸素計は、設置が簡単、校正期間が長い（3～4ヶ月）、他の物質の影響を受けないなどの特徴があり、膜とプローブ内の電解質の使用状況を監視できます。 一般に、電解液と膜は 1 ～ 3 年ごとに交換する必要があります。 。
