Jak zjistit přítomnost kyslíku ve vodě?

1. HYDROCHEMICKÉ DEFINICE. Metody stanovení rozpuštěného kyslíku ve vodě

2. STANOVENÍ KYSLÍKU ROZPUŠTĚNÉHO VE VODĚ

Přítomnost rozpuštěného kyslíku ve vodě
to je
povinné
stav
pro
existence
většina
organismy,
obývající vodní plochy. Jen velmi málo
vodní organismy související hlavně s
bakterie a prvoci, mají schopnost
k normálnímu životu v prostředí bez
kyslík. Proto studium kyslíku
Velká pozornost je věnována režimu nádrží.
Obsah kyslíku rozpuštěného ve vodě
záleží
z
zaměřit se
procesy,
vyskytující se v nádrži. Některé obohacují vodu
kyslík, jiné jej naopak snižují
obsah.

3.

Kyslík se tvoří v nádrži jako výsledek fotosyntézy
aktivitou vodních rostlin, která je určována především
otočit teplotu a osvětlení, takže fotosyntéza je nejvíce
intenzivní v relativně malých hloubkách. Jsou časté případy
kdy v důsledku fotosyntézy ve vodních útvarech
přesycení vody kyslíkem.
Druhým zdrojem obohacování vody kyslíkem je
atmosféra, ve které může být povrchem absorbován kyslík
vrstvy vody. Je třeba poznamenat, že rychlost šíření plynu
ve vodě je malý: je to téměř 6 tisíckrát méně než ve vzduchu. V
ve stojatých nádržích je tento proces extrémně pomalý, se silným
proud, vítr, šplouchání – výrazně zrychluje.
Na druhou stranu se kyslík spotřebuje na různé
oxidační procesy: dýchání organismů, fermentace a rozklad
různé organické látky nacházející se ve vodě a půdě
zásobníky, oxidace anorganických sloučenin (mangan,
žláza)
и
připojení
dusík.
Významný
číslo
kyslík rozpuštěný ve vodě spotřebovává organická
látky kalových usazenin.
Tedy podle pozorování provedeného v Rybinsku
nádrž, toto číslo bylo v průměru za den 380
mg/m2 a celkem od května do října – 250 000 tun kyslíku.

4.

Mnoho kyslíku se také používá pro dýchání vodních organismů:
Plankton;
Makrofyta;
Benthos;
Ryba
S rostoucí teplotou se rychlost dýchání vodních
organismů a spotřeba kyslíku se zvyšuje (tab. 1).
Tabulka 1 – Spotřeba kyslíku vodními organismy (podle A.P. Shcherbakova)
Pohled
Kyklop
Dafnie
Číslo
Jednotlivci
Období
výzkum
teplota
Číslo
spotřeba
kyslík
Ks
hodin
t oC
mg
1000
24
2
1,80
1000
24
25
10,23
1000
24
2
1,31
1000
24
25
6,57

5. Tabulka 2 – Spotřeba kyslíku některými druhy ryb (podle Vinberga, Linschetta, Privolneva)

Pohled
Hmotnost
Spotřeba O2 za 1 hodinu
při t = 20 °C
г
mg
25
413,1
250
177,3
500
120,0
Crucian
200
80,1
Sturgeon
12,5
336,0
pstruh duhový
202
524,8
Kapr
Jak je z výše uvedených údajů patrné, potřeba kyslíku jednotlivce
druhy ryb jsou různé. Existují druhy ryb, které přežijí s malým množstvím vody.
chovaný ve vodě – karas, lín. Zároveň pstruh, pstruh obecný a další
lososová ryba je extrémně velká.

6.

Obsah kyslíku ve vodě se může značně lišit v závislosti na
v závislosti na poměru intenzity dvou protilehlých
probíhající procesy, v jejichž důsledku se kyslík popř
vyrobené nebo spotřebované. V nádržích jsou
periodické sezónní a denní výkyvy hladiny kyslíku.
Stupeň nasycení vody kyslíkem je regulován jeho
parciální tlak v atmosféře, s jakými procesy jsou spojeny
invaze kyslíku (příjem) nebo únik (vylučování). Protože
k invazi kyslíku z atmosféry dochází pouze prostřednictvím
povrch vody, v jehož blízkosti se nachází zóna fotosyntézy,
vrchní vrstva je obvykle více nasycena kyslíkem než
základní. V přírodních podmínkách dosažení rovnováhy
mezi kyslíkem rozpuštěným ve vodě a vzdušným kyslíkem
usnadněno mícháním vody z mnoha důvodů –
jako jsou vlny, proudy, vertikální proudy atd. V jezerech
eutrofního typu (s vysokým obsahem živin a
organické hmoty, aktivní rozvoj fytoplanktonu a
makrofyty. Tento typ zahrnuje především mělké,
dobře prohřátá jezera) během zimní a letní stagnace
Ve spodní vrstvě však může být nedostatek kyslíku
Povrchové vrstvy vody jsou dobře nasycené kyslíkem.

7.

Odolnost vodních organismů, včetně ryb, k
nedostatek kyslíku závisí na:
v závislosti na druhu;
podmínky;
podmínky prostředí (teplota, pH, koncentrace CO2 a
atd.).
Tabulka 3 – Hodnota prahové koncentrace kyslíku
prochází silnými změnami, jak zvířata stárnou
(autor:
Privolněv, 1947).
Pohled
Roach
Věk
Obsah O2
dnů
mg / l
8 dní staré larvy
3,45
49
1
Dospělí
0,6

8.

Z vnějších faktorů na prahové koncentraci O2 v
Největší vliv má teplota vody. S
jeho zvýšení zvyšuje metabolismus a zvyšuje
současně klesá spotřeba kyslíku
odolnost vůči nízkým koncentracím. U kapra,
například prahová koncentrace O2 při teplotě 1 °C
je 0,6 mg/l a při 30 °C – 1,2 mg/l.
Normální voda závisí na nasycení vody kyslíkem.
životně důležitá činnost ryb. S poklesem obsahu
hladina kyslíku pod optimální úrovní podmínky zhoršuje
výživa ryb, jejich růst se zpomaluje. Takže spotřeba štiky
jídlo se snižuje téměř o polovinu, když ubývá kyslíku
od 7,2 do 2,6 mg/l.
Pro růst mláďat lososa coho je podzim citlivý
Obsah O2 od 8,3 do 5 mg/l.
Pokud je ve vodě nedostatek kyslíku, jsou na tom ryby hůř
odolávat mnoha nepříznivým vnějším faktorům
životní prostředí, včetně jedů z průmyslového a domácího odpadu
vod

9.

kapr
pstruh duhový
Lin
Pstruh hnědý
Crucian
Střevle
Mezi rybami je velmi nízká saturace vody
kapr, lín, karas a
atd. Řada druhů přitom může pouze existovat
při dostatečně vysokém nasycení vody kyslíkem
pstruh duhový, pstruh obecný, střevle aj.
Mnohé druhy jsou schopny
upadnout do neaktivního stavu – anoxybiózy – a tím
způsob, jak přežít nepříznivé období.

10.

Nedostatek kyslíku ve vodě někdy vede ke katastrofě
jevy – zamrznutí,
doprovázeno smrtí mnoha lidí
hydrobionti. Zimní úhyny jsou často způsobeny tvorbou
povrch ledových těles a ukončení kontaktu se vzduchem; léto –
zvýšení teploty vody a následné snížení
rozpustnost kyslíku. V povrchových vodách koncentrace
rozpuštěný kyslík se může pohybovat od 0 do 15 mg/dm3 a je citlivý
výrazné sezónní a denní výkyvy. V silně znečištěném
organické sloučeniny ve vodních útvarech i na konci
během dlouhého období pod ledem může dojít k výraznému nedostatku
kyslík. Snížení koncentrace rozpuštěného kyslíku na 2
mg/dm3 způsobuje hromadný úhyn ryb a dalších vodních organismů. MPC
rozpuštěný kyslík pro vodní útvary rybolovu
předpis je 4 mg/dm3 v zimě, 6 mg/dm3 v létě.
Jeho nadbytek ve vodě je však pro ryby také nepříznivý. Na
Při přesycení vody kyslíkem (>200 %) se v rybách objevují bublinky plynu
v cévách, pak nastávají křeče a smrt.

11.

Na zhoršení kyslíkového režimu má vliv i nadměrná
zarůstání jezírka tvrdou vegetací, které je nutné
sekat systematicky. Zároveň by měla být zachována
dno jezírka je v dobrém stavu: zajistěte, aby bylo poté zcela vypuštěno
odvádění vody, vápnění mokřadů aj. Staré rybníky
užitečné k uvolnění přebytečného kalu, který lze použít pro
hnojiva polí. Velmi dobré výsledky jsou dosahovány pravidelně (každých 5-6
let) letnění rybníků, tedy jejich ponechání bez vody v
po celý rok. Dno takových rybníků by mělo být podrobeno
agromeliorativní léčba. Létání podporuje mineralizaci
organické hmoty a zlepšení struktury rybniční půdy, která
poskytuje prudké zvýšení přirozené produktivity ryb v jezírku
a zároveň zlepšuje jeho kyslíkový režim v násled
let. Provzdušňovací systémy jsou také aktivně využívány v rybničních farmách.
systémy, například fontány

12.

Vyjadřuje se obsah kyslíku ve vodě
obvykle však v mg/l nebo ml/l
indikátor ne vždy přesně charakterizuje
stav nádrže. Proto spolu s
absolutní
posouzení
použití
и
relativní, vyjádřeno jako % z
normální
obsah
kyslík,
který se nachází ve speciální tabulce, kde
jeho hodnoty jsou uvedeny pro různé
teplotami a normální atmosférou
tlak.

13.

Bylo navrženo mnoho metod pro stanovení kyslíku,
na různých principech:
jodometrické;
kolorimetrické;
Fotometrické;
Elektrochemické:
Amperometrické;
voltametrické;
polarografický;
Coulometrická;
Konduktometrické a další
metody
(radiometrické,
chromatografický,
hmotnostní spektrometrie atd.).
Nejpoužívanější v povrchové analýze
vody obdržely různé verze jodometrické metody.
Metoda je založena na interakci rozpuštěných ve vodě
kyslík s alkalickým roztokem dvojmocného hydrátu
mangan za vzniku čtyřmocných sloučenin
mangan, kvantitativně váže veškerý kyslík.
Tyto metody však lze použít pouze v
laboratoří, což ztěžuje terénní výzkum.

14.

Oxymetr
MARK-302E
Pro tento účel přenosný
oxymetry, kompaktní, lehké a přesné
MARK-302E ponorný typ.
Provozní metoda oxymetrů je založena na
elektrochemická koncentrační analýza
plynu.
Poděkování
difúze,
kyslík
proniká
в
sondy
и
příčin
elektrický proud na jeho elektrodách. Tento
elektrický
proud
koreluje
с
koncentrace analyzovaného plynu. Po
toto napětí je odstraněno z rezistoru a
vstoupí do APC, kde se změní na
digitální
signál,
přicházející
na
устройство
indikace.
tam
analyzátory kyslíku, princip činnosti
která spočívá v roztavení vzorku a
následující
analýza
přijaté
produkty
tání.
To
Metoda
elektromagnetická absorpce.

15. Kolorimetrická metoda stanovení rozpuštěného kyslíku ve vodě

Při použití Winklerovy metody je možné kromě
jodometrické a kolorimetrické stanovení. Tak,
podle barvy sraženiny vzniklé po přidání do vzorku
vodní roztoky NaOH + KJ a MnC12, můžete přibližně
posoudit množství rozpuštěného kyslíku. Pokud je toho hodně,
sediment rychle zhnědne;
nedostatek kyslíku. Při úplné absenci kyslíku
sediment zůstává zcela bílý.
Přesnějším indikátorem je barva roztoku,
vznikající po rozpuštění sraženiny kyselinou. V tom
pokud v testované vodě nebyl kyslík, kapalina
bude bezbarvý, pokud trochu – zežloutne, pokud hodně – roztok bude intenzivní
hnědý. Pro stanovení obsahu kyslíku
jsou používány
různé
způsob
připravený
standardní řešení a barevné škály.

16.

Jeden z nejúspěšnějších
přijmout barevnou škálu navrženou T.
T. Solovjov. Barevná škála má
interval 0,5 mg/l, v důsledku čehož
Dosahuje se přesnosti až 0,2-0,25 mg/l.
Kolorimetrické
Metoda
zrychluje
práce, s výjimkou případných chyb během
titrace. Rozbor vody může být
provádí přímo na nádrži, bez
dodání vzorků do laboratoře, což je zejména
důležitý
na
rybářství
průzkum řek, jezer, nádrží.

17. Jodometrická Winklerova metoda

Na základě schopnosti hydroxidu manganu být alkalický
prostředí reagovat s kyslíkem rozpuštěným ve vodě. V
Během reakce se rozpuštěný kyslík váže a tvoří
vodné oxidy manganu vyšší mocnosti. V kyselém prostředí
mangan se přeměňuje na dvojmocnou sloučeninu, oxiduje
ekvivalent
související
kyslík
číslo
jodu.
Uvolněný jód se titruje roztokem hyposulfitu a
množství použitého k titraci se vypočítá obsah
kyslík.

18.

Celý proces stanovení kyslíku zahrnuje 3
sekvenční reakce:
1. Fixace kyslíku v alkalickém prostředí:
2MnCl2 + 4NaOH=2Mn(OH)2 + 4NaCl;
2 Mn(OH)2 + O + H2 = 2 Mn(OH)3
Rozpuštěný kyslík se váže na
tvorba hydrátu oxidu manganu. Sraženina hydrátu oxidu
mangan v závislosti na množství fixovaného kyslíku
má jinou barvu a intenzitu barvy – od téměř bílé až po
hnědohnědá.
2. Uvolňování jódu v kyselém prostředí:
2Mn(OH)3 + 2KJ + 3H2SO4 = K2SO4 + 2MnSO4 + 6H2O + J2
Po přidání kyseliny se sraženina rozpustí a roztok se dovnitř
podle množství uvolněného jódu se zbarvuje
hnědá barva různé intenzity.
3. Jodometrické stanovení s hyposiřičitanem:
J2 + 2Na2S203 = 2NaJ + Na2S406
Uvolněný jód se titruje roztokem hyposulfitu. Podle
množství hyposiřičitanu použitého pro titraci vzorku,
vypočítat množství kyslíku.

19.

Výpočet výsledků. Obsah kyslíku ve vodě (O2, mg/l)
vypočítá se pomocí následujícího vzorce:
P×K×0,08×100/O – o
kde P je množství hyposulfitu použitého pro titraci vzorku;
K—korekce na hyposulfitovou normalitu;
0,08 — koeficient pro výpočet množství O2, ml2;
O – objem vzorku;
o je objem přidaných činidel.
Pokud se k titraci neodebírá celý objem lahvičky, ale např. 50 ml
vody, pak je stanovení následující:
1,6×P×K;
1,117×P×K.
Označení pro výpočet jsou stejná.
Pro výpočet relativního obsahu kyslíku ve vodě použijte
tabulka (Tabulka 3 příloha) a vzorec:
А×100×760/Н×Р
kde A je množství O2, mg/l, stanovené analýzou;
H – normální množství O2 při dané teplotě a tlaku 760
mm;
P je tlak v době odběru vzorků.

Obsah kyslíku v nádržích s aktivovaným kalem je jedním z nejdůležitějších kontinuálně měřených parametrů v procesech biologického čištění odpadních vod. Tradiční elektrochemická technologie měření je založena na použití polarografického nebo galvanického měřícího článku. Charakteristickým rysem této měřicí techniky je značná spotřeba elektrolytu nebo opotřebení anody během procesu měření. Oba tyto efekty nevyhnutelně vedou k driftu přijímaného signálu, který lze udržovat v přijatelných mezích pouze pravidelnou kalibrací snímače.

S novým kyslíkovým senzorem LDO (Luminescence Dissolved Oxygen) vyvinul LANGE zcela novou technologii měření pro stanovení koncentrace kyslíku v odpadní vodě. Tato metoda je založena na luminiscenční emisi fosforové látky a redukuje měření koncentrace kyslíku na čistě fyzikální měření časového intervalu. Protože proces měření času je v podstatě bez driftu, senzor nevyžaduje pravidelnou kalibraci a údržbu.

1. Úvod

Koncentrace kyslíku jako hlavní parametr biologického čištění odpadních vod určuje charakter a rychlost procesů v provzdušňovacích nádržích. Pro rozklad uhlíku, nitrifikaci, denitrifikaci a biologické odstraňování fosforu je nutnou podmínkou dočasné nebo prostorové oddělení aerobních a anoxických nebo anaerobních zón. Kontrola podmínek, které charakterizují tyto různé zóny, je jedním z nejdůležitějších úkolů při monitorování procesů v čistírnách odpadních vod. K tomu je nezbytné získat informace o obsahu kyslíku v aktivovaném kalu. Z procesního hlediska tedy není otázkou, zda měřit koncentrace kyslíku nepřetržitě, ale jak to udělat.

60 až 70 % energie spotřebované čistírnami odpadních vod se spotřebuje na provzdušňování aktivovaného kalu. Proto se strategie řízení průtoku a řízení snižování energie v biologických čistírnách odpadních vod zaměřuje především na optimalizaci dodávky kyslíku do provzdušňovací nádrže. Základem všech konceptů automatizace je schopnost získat správná a přesná měření kyslíku. Proto je z ekonomického hlediska také nanejvýš důležité kontinuální měření koncentrace rozpuštěného kyslíku.

2. Princip elektrochemického měření

Elektrochemické senzory pro měření koncentrací rozpuštěného kyslíku se v čistírnách odpadních vod používají již více než 40 let. Elektrochemický článek v zásadě vždy obsahuje anodu a katodu, vyrobené z různých kovů a ponořené do elektrolytu. Na membránových senzorech je elektrolytická komora oddělena od vzorku membránou propustnou pro plyn, přes kterou molekuly kyslíku ze vzorku difundují do elektrolytu, dokud se nevyrovná parciální tlak kyslíku na obou stranách membrány. Na senzorech bez membrány hraje roli elektrolytu samotný vzorek.

Elektrochemické měřicí články se dělí na galvanické a polarografické (elektrolytické). V galvanickém měřicím článku spontánně vzniká potenciálový rozdíl mezi anodou a katodou, určený elektrochemickou napěťovou řadou. To je dostatečné pro redukci kyslíku na katodě a zahájení odpovídajícího oxidačního procesu na anodě. Potenciální rozdíl mezi anodou a katodou je úměrný koncentraci kyslíku ve vzorku. Galvanické měřicí články jsou samopolarizační, jinými slovy jsou připraveny k použití ihned po zapnutí.

V polarografických měřicích článcích nestačí potenciální rozdíl mezi anodou a katodou ke snížení molekul kyslíku. Pro provedení elektrochemické reakce je proto nutné dodatečně přiložit vnější polarizační potenciál, po kterém se měří proud, který bude za podmínek konstantního potenciálu úměrný koncentraci kyslíku v elektrolytu. Stabilní potenciálový rozdíl mezi katodou a anodou není stanoven okamžitě, to vyžaduje určitou dobu, nazývanou „doba polarizace“. V závislosti na typu senzoru může polarizace trvat až 2 hodiny. Pokud nejsou pro udržení senzoru v polarizovaném stavu použity baterie, pak po zapnutí senzor přejde do provozního režimu až po dokončení polarizace.

V posledních letech bylo vynaloženo značné úsilí na další vývoj a optimalizaci elektrochemických měřicích technik. Hlavní nevýhodou všech elektrochemických měřicích systémů však zůstává skutečnost, že u každé molekuly redukované na katodě probíhá na anodě odpovídající oxidační reakce, která způsobuje degradaci anody a spotřebu elektrolytu. Oba tyto procesy nevyhnutelně vedou k posunu naměřených hodnot a podhodnocení výsledků. Zavedené chyby lze udržet pouze v určitých mezích pravidelnou kalibrací senzoru a výměnou elektrolytu uživatelem.

3. Negativní důsledky nedostatečného vykazování měření rozpuštěného kyslíku

Kyslíkové senzory se zpravidla používají v uzavřených automatických řídicích nebo řídicích systémech. V tomto případě regulátor nastaví provzdušňovací zařízení tak, aby hodnoty lambda sondy odpovídaly nastavené hodnotě. V tomto případě nelze přímo zjistit podhodnocení hodnot lambda sondy. Skutečný obsah kyslíku v aktivovaném kalu může výrazně překročit požadovanou hodnotu. To zase může vést k technologickým poruchám, jako je dodávka kyslíku do denitrifikační zóny.

Zvýšená koncentrace kyslíku v provzdušňovacích nádržích je nežádoucí i z ekonomických důvodů. Množství energie potřebné k provzdušnění aktivovaného kalu závisí mimo jiné na:

N ~ Cs/(Cs-Cx) kde Cs: max. koncentrace kyslíku za daných podmínek (100% nasycení)
Cx: aktuální koncentrace kyslíku v aktivovaném kalu.

Množství energie potřebné k dodání kyslíku do aktivovaného kalu, a tedy i cena tohoto procesu, se zvyšuje se zvyšující se koncentrací kyslíku Cx.

Na Obr. 1 Závislost nárůstu spotřeby energie na míře podhodnocení odečtů při měření koncentrace kyslíku je ukázána pro saturační koncentraci Cs = 9.0 mg/l a nastavenou hodnotu 2.0 mg/l. Pokud jsou tedy například hodnoty senzoru podhodnoceny o 0.3 mg/l, spotřeba energie na dodávku kyslíku se zvýší o 4.5 %.

Obr. 1 Dodatečná spotřeba energie způsobená nízkými hodnotami kyslíkového senzoru (pro saturační koncentraci Cs = 9.0 mg/l a nastavenou hodnotu 2.0 mg/l)

Vezmeme-li v úvahu, že až 70 % veškeré elektřiny spotřebované na čistírnách odpadních vod je vynaloženo na provzdušňování aktivovaného kalu, je jasné, jak důležité je eliminovat podceňování měření rozpuštěného kyslíku a jaké ekonomické výhody to v konečném důsledku může přinést.

4. Optický princip měření rozpuštěného kyslíku

Byla vyvinuta nová optická technologie pro měření rozpuštěného kyslíku, která řeší omezení tradičních elektrochemických metod měření. Nový princip nazvaný LDO je založen na fyzikálním jevu luminiscence. Tento jev je definován jako schopnost určitých materiálů (luminoforů) emitovat záření nikoli v důsledku zahřívání, ale v důsledku buzení jiného druhu. Metoda LDO využívá jako zdroj buzení světlo. Volbou vhodného materiálu a vlnové délky budícího světla bylo možné dosáhnout úměrnosti jak intenzity, tak i stupně zeslabení luminiscenčního záření ke koncentraci kyslíku v roztoku obklopujícím fosfor.

Lange LDO senzor se skládá ze dvou hlavních součástí (viz obr. 2):

• Kryt snímače s vrstvou fosforu nanesenou na průhledném substrátu.
• Pouzdro snímače s modrými a červenými LED (světelné diody), fotodiodou a elektronickým převodníkem signálu (analyzátorem). V pracovní poloze je kryt našroubován na snímač a ponořen do vody. Molekuly kyslíku v analyzovaném vzorku přicházejí do přímého kontaktu s fosforem.

Rýže. 2 senzor LDO

Během procesu měření emituje modrá LED puls světla, který prochází průhledným substrátem a je částečně absorbován fosforovou vrstvou. Elektrony v molekulách fosforu se pohybují na vyšší energetickou hladinu (excitovaný stav). Během několika mikrosekund se elektrony vrátí do svého původního stavu prostřednictvím několika středních energetických hladin, přičemž rozdíl v energii vyzařují jako záření o delší vlnové délce (červené) (viz obr. 3).

Obr. 3 Princip činnosti Lange LDO senzoru. Červená a modrá LED v senzoru

Pokud jsou v tomto okamžiku molekuly kyslíku v kontaktu s fosforem,

• mohou absorbovat energii elektronů v excitovaném stavu a umožnit jim návrat do původního stavu bez vyzařování kvanta světla (nezářící přechod). Se zvýšením koncentrace kyslíku tento proces povede ke snížení intenzity emitovaného „červeného“ záření (luminiscence).
• Způsobují vibrace ve fosforu, což následně vede k rychlejšímu přechodu elektronů z excitovaného do základního stavu. Doba luminiscence se tak zkracuje.
Oba aspekty vlivu kyslíku lze připsat jevu označenému pojmem „zhášení luminiscence“. Jejich vliv je znázorněn na Obr. 4: Světelný impuls vyslaný modrou LED v čase t=0 dopadá na fosforovou vrstvu, která následně emituje červené záření. Maximální intenzita (Imax) a doba doznívání červeného záření závisí na okolní koncentraci kyslíku (doba doznívání je definována jako doba mezi začátkem excitace a poklesem hladiny červeného záření na 1/e maximální intenzity) .

Obr. 4 Křivky intenzity vzrušující modré emise a červené luminiscenční emise

Pro stanovení koncentrace kyslíku se analyzuje doba doznívání luminiscence. Měření koncentrace kyslíku se tak redukuje na čistě fyzikální měření času.

Odezva snímače je plynule upravována pomocí červené LED diody namontované na snímači. Před každým měřením vyšle paprsek světla se známými charakteristikami, který se odráží od luminoforu a vstupuje do optické soustavy. Díky tomu jsou případné změny v měřicím systému okamžitě detekovány a kompenzovány.

5. Výhody použití optické metody

V současnosti běžná elektrochemická technika pro měření koncentrace rozpuštěného kyslíku vyžaduje, aby uživatel prováděl pravidelnou údržbu senzoru. Čištění, kalibrace, výměna membrány a elektrolytu, leštění anody a dokumentace všech těchto úkonů jsou považovány za nezbytné a nevyhnutelné. Pouze tak lze udržet tendenci snímače podhodnocovat naměřené hodnoty v určitých mezích. Vzhledem k nedostatku životaschopných alternativních analytických metod a důležitosti koncentrace rozpuštěného kyslíku jako klíčového parametru v procesu biologického čištění odpadních vod se údržba elektrochemických senzorů stala samozřejmostí. Spolehlivost získaných výsledků měření do značné míry závisí na kvalitě této práce.

Skutečná alternativa se objevila až s vývojem nové metody optické analýzy. Optický senzor má oproti elektrochemickým metodám řadu výhod, a to jak z hlediska kvality prováděných měření, tak z hlediska jeho údržby:

• Není nutná žádná kalibrace
U senzoru LDO je měření koncentrace kyslíku redukováno na měření časového intervalu – proces, který v podstatě neobsahuje drift a má minimální chybu. Opotřebení nebo poškození luminiscenčního materiálu na krytu senzoru má vliv pouze na intenzitu emitovaného záření, nikoli však na dobu jeho doznívání, která je určena výhradně koncentrací kyslíku v analyzovaném vzorku. Před měřením jsou všechny optické komponenty systému automaticky vyrovnány s referenční červenou LED, čímž se eliminuje možnost nesprávné kalibrace snímače uživatelem.

• Není nutná výměna membrány nebo elektrolytu

V senzoru LDO jsou elektrolyt, elektrody a membrána nahrazeny fosforovou vrstvou citlivou na kyslík aplikovanou na kryt senzoru. Přibližně jednou za rok se tento kryt jednoduše vymění za nový.

• Žádné požadavky na průtok

Elektrochemické senzory měří proud nebo napětí způsobené redukcí kyslíku na katodě na hydroxidový iont. Výsledný koncentrační gradient způsobuje, že molekuly kyslíku migrují ze vzorku přes membránu senzoru do vnitřního elektrolytu. Pokles koncentrace kyslíku přímo na povrchu membrány musí být eliminován stálým mícháním nebo umístěním senzoru do proudu vzorku s dostatečnou rychlostí. Lange LDO senzor během procesu měření nespotřebovává kyslík. Molekuly kyslíku přicházejí do kontaktu pouze s fosforovou vrstvou citlivou na kyslík. Senzor nevyžaduje průtok a může měřit za statických podmínek bez míchání.

• Necitlivý na nečistoty

Pokud dojde k znečištění membrány v elektrochemických článcích, omezí to difúzi molekul kyslíku a povede k nedostatečnému hlášení. Při luminiscenční metodě měření LDO nedochází ke spotřebě kyslíku. Znečištění způsobené usazeninami na senzoru ovlivní pouze dobu odezvy, ale nepovede k podhodnocení výsledků měření.

• Odolnost vůči sirovodíku (H2S)

Pokud plynný sirovodík pronikne membránou elektrochemického článku, bude reagovat se stříbrnou anodou a vytvoří vrstvu sulfidu stříbrného, ​​kterou je velmi obtížné odstranit. Tento proces způsobí trvalé poškození elektrochemického senzoru. Fosfor použitý v senzoru LDO je odolný vůči sirovodíku (stejně jako většině dalších chemických sloučenin), což umožňuje provoz v náročných podmínkách a agresivním prostředí.

• Rychlá doba odezvy

Pro funkci senzoru LDO je nutné pouze zajistit kontakt molekul rozpuštěného kyslíku s citlivou fosforovou vrstvou na krytu senzoru. Senzor ponořený do vzorku poskytuje dobu odezvy několik sekund. Chcete-li zvýšit dobu odezvy a průměrování signálu, můžete použít funkci vyrovnávací paměti nainstalovanou na sekundárním převodníku (kontroléru).

• Vysoká citlivost na nízké koncentrace kyslíku

Citlivost senzoru (poměr změny doby doznívání luminiscence ke změně koncentrace ??/ ?co2) roste s klesající koncentrací kyslíku. To umožňuje dosáhnout extrémně vysokého rozlišení při měření v oblasti nízkých koncentrací.

• Mechanická stabilita snímače

Kryt snímače má výrazně vyšší odolnost proti mechanickému namáhání ve srovnání s membránovými elektrochemickými články. Selhání membrány při provozu nebo čištění obsluhou již není problémem.

Závěr

Vývoj Lange LDO senzoru nebyl jen dalším vylepšením elektrochemické techniky, která byla známá již mnoho let. Zcela nový směr v analýze rozpuštěného kyslíku představuje luminiscenční optická metoda, která umožňuje zredukovat celý postup na jednoduchou změnu času. Výsledkem tohoto přístupu byl vznik téměř „ideálního“ senzoru, který poskytuje vysoce přesná měření a nevyžaduje prakticky žádnou údržbu. Veškerá uživatelská údržba sestává z každoroční výměny krytu senzoru a občasného čištění senzoru.