高效含氧量检测方案


作者:Katharina Fejfar 日期:2019/03/20 来源:PROCESS《流程工业》

好氧微生物是许多工业水和天然水净化的有力助手。为了让好氧微生物能够在最佳的条件下工作,水中就必须含有合适浓度的氧元素。定期的检查水中含氧量十分重要,有时还必须采取一些措施增加水中的含氧量。而测量水中含氧量的方法主要有3种:

利用滴定或光度测定的温克勒法;

利用克拉克型溶氧传感器的电化学测量法;

利用光学传感器的物理测量法。

哪一种方法最适合于这一检测任务呢?自19世纪末以来,温克勒法就已经为人们所熟知。但这种方法需要付出巨大的劳动量和代价,因此目前更倾向于电化学和物理测量的方法。很早以前就开发出了膜覆盖的电化学传感器的氧浓度检测方式——克拉克型传感器。

利用光学传感器的物理测量法。

电化学测量法

克拉克型氧浓度检测传感器主要有两种类型,分别是极谱法和电流法。两种方法的工作原理十分相似,都有电化学传感器和其铂阴极,且充满电解质的电极都覆盖着对氧非常敏感的透氧膜。而两者的区别是它们有不同的阳极,极谱法的是银阳极,电流法的是铅阳极。为了能够用这种传感器检测水中的含氧量,需要水流量大约达到30 cm/s,使膜两侧形成稳定的交换平衡,这样氧元素就可以透过透氧膜进入到电极帽中,发生氧化还原反应。根据检测到的电压就可以换算出水中的含氧量或者氧饱和度了。基于荧光淬灭原理的光学传感器是一种较新的含氧量检测变型方法。

在这种检测方法中,传感器头部由一个发射蓝色光的LED光源、一个发射红色参考光的LED光源和一个光电探测器组成,传感器罩上固定着一个铂基发光体。在测量水中的含氧量时,蓝色的LED灯发出蓝色光线,刺激发光体发光,并激发出红色光线。在水中含有氧元素时,氧与发光体会产生相互作用,而使发光体的发光强度降低,发光时间缩短,发光时间长短的变化可以计算溶解的氧浓度。

最佳的检测方法

不同方法含氧量检测的结果如何?为了找出答案,对Hanna公司研发生产的HI98194型电流法的氧浓度检测传感器、HI9146型的银阳极的氧浓度检测传感器和新型的HI98198型光学氧浓度检测传感器.

利用光学传感器的物理测量法。

这3种含氧量检测仪进行了测试。为了使试验条件具有可比性并能够在现场进行检测模拟,这3种检测仪都只进行了100%氧饱和度的标定校准。
电流法的HI98194传感器直接用含盐的样本进行了校正。光学的HI98198型和极谱法的HI9146型传感器则必须人工输入这一校正值。为了能够进行更好的比较,三种检测仪使用的都是含盐量(PSU值0.32)比较低的自来水,并将数值设定为零。

第一次测试是检测自来水中的氧含量。从自来水中取出检测样本并对样本进行搅拌。所用的搅拌器也非常重要,因为克拉克型的传感器需要一定的流量才能进行可靠测量。在样本测量和降温过程中要强烈地搅拌样本,使其尽可能的完全饱和。

第二次试验中,3种传感器都进行了更复杂的测试,被测样本是含有40 mg氧的水。将水质被测样本注入到样本检测容器后,会产生大量的汽泡。所有检测电极测量的都是同样的水质样本。本次实验不能搅拌,要尽可能减少从过饱和溶液中逸出的氧元素。

最终的检测结果

试验结果清楚地说明3种传感器都可以测量水中的含氧量。一般情况下,光学传感器能够比电流法和极谱法的克拉克型传感器更快得到检测结果。新的HI98198型光学氧浓度检测传感器可以检测的溶解氧范围在0.00~50 mg/L和饱和度在0.0%~500.0%之间,使用时的大气压范围是420~850 mmHg,环境温度在-5.0~50.0℃之间。

在复杂的检测条件下,光学传感器明显优于其他两种传感器。另外,它更容易使用操作,它既不需要考虑样本水量的最小流量,也不需要考虑搅拌的水质样本,而且在组装时也不易装错电极。