在線溶解氧檢測儀的工作原理及維護

在污水處理過程中，通過增加污水中的氧含量使污染物通過活化泥漿被分解出來，達到污水凈化的目的，在線測量氧含量有助于確定最佳的凈化方法和的曝氣池配置。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，并根據發酵時的供氧和需氧變化來指導補料操作。

一、溶解氧檢測儀的測量原理

氧在水中的溶解度取決于溫度、壓力和水中溶解的鹽。

溶解氧檢測儀傳感部分是由金電極（陰極）和銀電極（陽極）及氯化鉀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。當給溶解氧檢測儀電極加上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：流過溶解氧檢測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種方法本質上沒什么不同。

（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+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為溶解度系數（mg/mmHg·L）。溶解度系數a不僅與溫度有關，還與溶液的成分有關。對于溫度恒定的水溶液，a為常數，則可測量氧的濃度。氧濃度表示法在發酵工業中不常用，但在污水處理、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

氧的溶解度取決于溫度、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定律來估算，溫度對膜擴散系數β可以通過阿侖尼烏斯定律來估算。

（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℃時為2.3%/℃。當溶解度系數a計算出來后，可通過儀表指示和化驗分析值對比計算出膜的擴散系數（這里略去計算過程），膜的擴散系數在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于自來水中的溶解氧，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。對于流通式檢測方式，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，產生擴散干擾，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

對溶解氧檢測儀來說，只要選型、設置、維護得當，一般均能滿足工藝的測量要求。溶解氧檢測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，如果膜片上有污染物，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和量程。

（3）電極的再生大約1年左右進行一次。當測量范圍調整不過來，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方法對溶解氧檢測儀進行現場標定。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，這時只須調整儀表讀數等于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于A，而應將儀表讀數調整為1MA×M2。

3、使用中應注意的問題

使用中應注意以下問題：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；溶解氧電極不用時也應處于工作狀態，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，在使用前應置于無氧環境極化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；對于流通式測量方式，要求流過電極的最小流速為0.3m/s。