在線溶解氧(DO)分析儀的測量原理及維護

　　在(zai)汙(wu)水(shui)處(chu)理(li)過(guo)程(cheng)中(zhong)，通(tong)過(guo)增(zeng)加(jia)汙(wu)水(shui)中(zhong)的(de)氧(yang)含(han)量(liang)使(shi)汙(wu)染(ran)物(wu)通(tong)過(guo)活(huo)化(hua)泥(ni)漿(jiang)被(bei)分(fen)解(jie)出(chu)來(lai)
，達(da)到(dao)汙(wu)水(shui)淨(jing)化(hua)的(de)目(mu)的(de)，在(zai)線(xian)測(ce)量(liang)氧(yang)含(han)量(liang)有(you)助(zhu)於(yu)確(que)定(ding)最(zui)佳(jia)的(de)淨(jing)化(hua)方(fang)法(fa)和(he)最(zui)經(jing)濟(ji)的(de)曝(pu)氣(qi)池(chi)配(pei)置(zhi)。在(zai)生(sheng)物(wu)發(fa)酵(jiao)過(guo)程(cheng)中(zhong)氧(yang)含(han)量(liang)的(de)測(ce)量(liang)數(shu)據(ju)可(ke)對(dui)工(gong)藝(yi)過(guo)程(cheng)進(jin)行(xing)指(zhi)導(dao)，如(ru)判(pan)斷(duan)發(fa)酵(jiao)過(guo)程(cheng)的(de)臨(lin)界(jie)氧(yang)濃(nong)度(du)
、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 種方法本質上沒什麼不同。 

　　(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(wen)度(du)的(de)影(ying)響(xiang)由(you)於(yu)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)
，膜(mo)的(de)擴(kuo)散(san)係(xi)數(shu)和(he)氧(yang)的(de)溶(rong)解(jie)度(du)都(dou)將(jiang)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)
，直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)到(dao)溶(rong)氧(yang)電(dian)極(ji)電(dian)流(liu)輸(shu)出(chu)，常(chang)采(cai)用(yong)熱(re)敏(min)電(dian)阻(zu)來(lai)消(xiao)除(chu)溫(wen)度(du)的(de)影(ying)響(xiang)。溫(wen)度(du)上(shang)升(sheng)
，擴(kuo)散(san)係(xi)數(shu)增(zeng)加(jia)
，溶(rong)解(jie)度(du)反(fan)而(er)減(jian)小(xiao)。溫(wen)度(du)對(dui)溶(rong)解(jie)度(du)係(xi)數(shu)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bu僅jin受shou溫wen度du的de影ying響xiang

，而er且qie受shou溶rong液ye的de成cheng分fen的de影ying響xiang。在zai相xiang同tong氧yang分fen壓ya下xia
，不bu同tong組zu分fen的de實shi際ji氧yang濃nong度du也ye可ke能neng不bu同tong。根gen據ju亨heng利li定ding律lv可ke知zhi氧yang濃nong度du與yu其qi分fen壓ya成cheng正zheng比bi，對dui於yu稀xi溶rong液ye
，溫wen度du變bian化hua溶rong解jie度du係xi數shua 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. rongyezhonghanyanliangyanshuizhongderongjieyangmingxiandiyuzilaishuizhongderongjieyang，weilezhunqueceliang
，bixukaolvhanyanliangduirongjieyangdeyingxiang。zaiwendububiandeqingkuangxia
，yanhanliangmeizengjia100mg/L，溶解氧降低約1%。如ru果guo儀yi表biao在zai標biao定ding時shi使shi用yong的de溶rong液ye的de含han鹽yan量liang低di，而er實shi際ji測ce量liang的de溶rong液ye的de含han鹽yan量liang高gao
，也ye會hui導dao致zhi誤wu差cha。在zai實shi際ji使shi用yong中zhong必bi須xu對dui測ce量liang介jie質zhi的de含han鹽yan量liang進jin行xing分fen析xi，以yi便bian準zhun確que測ce量liang及ji正zheng確que補bu償chang。 

　　4. yangpindeliusuyangtongguomokuosanbitongguoyangpinjinxingkuosanyaoman，bixubaozhengdianjimoyurongyewanquanjiechu。duiyuliutongshijiancefangshi，rongyezhongdeyanghuixiangliutongchineikuosan，shikaojinmoderongyezhongdeyangsunshi，chanshengkuosanganrao，yingxiangceliang。weileceliangzhunque
，yingzengjialiuguomoderongyedeliulianglaibuchangkuosanshiqudeyang，yangpindezuixiaoliusuwei0.3m/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zhou應ying清qing洗xi一yi次ci電dian極ji，如ru果guo膜mo片pian上shang有you汙wu染ran物wu，會hui引yin起qi測ce量liang誤wu差cha。清qing洗xi時shi應ying小xiao心xin
，注zhu意yi不bu要yao損sun壞huai膜mo片pian。將jiang電dian極ji放fang入ru清qing水shui中zhong涮shuan洗xi，如ru汙wu物wu不bu能neng洗xi去qu，用yong軟ruan布bu或huo棉mian布bu小xiao心xin擦ca洗xi。 

　　(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 1 M 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。