Tlen rozpuszczony odnosi się do ilości tlenu rozpuszczonego w wodzie, zwykle rejestrowanej jako DO, wyrażonej w miligramach tlenu na litr wody (w mg/l lub ppm). Niektóre związki organiczne ulegają biodegradacji pod wpływem bakterii tlenowych, które zużywają rozpuszczony tlen w wodzie, a tlenu rozpuszczonego nie można uzupełnić na czas. Bakterie beztlenowe w zbiorniku wodnym będą się szybko rozmnażać, a materia organiczna spowoduje, że zbiornik wodny stanie się czarny z powodu korozji i nieprzyjemnego zapachu. Ilość tlenu rozpuszczonego w wodzie jest wskaźnikiem zdolności zbiornika wodnego do samooczyszczania. Tlen rozpuszczony w wodzie jest zużywany i powrót do stanu początkowego zajmuje krótki czas, co wskazuje, że zbiornik wodny ma silną zdolność do samooczyszczania lub że zanieczyszczenie zbiornika wodnego nie jest poważne. W przeciwnym razie oznacza to, że zbiornik wodny jest poważnie zanieczyszczony, zdolność do samooczyszczania jest słaba lub nawet utracona. Jest to ściśle związane z ciśnieniem parcjalnym tlenu w powietrzu, ciśnieniem atmosferycznym, temperaturą wody i jej jakością.
1. Akwakultura: zapewnienie zapotrzebowania oddechowego produktów wodnych, monitorowanie zawartości tlenu w czasie rzeczywistym, automatyczny alarm, automatyczne natlenianie i inne funkcje
2. Monitorowanie jakości wody w wodach naturalnych: wykrywanie stopnia zanieczyszczenia i zdolności wód do samooczyszczania oraz zapobieganie zanieczyszczeniom biologicznym, takim jak eutrofizacja zbiorników wodnych.
3. Oczyszczanie ścieków, wskaźniki kontrolne: zbiornik beztlenowy, zbiornik tlenowy, zbiornik napowietrzający i inne wskaźniki służą do kontrolowania efektu uzdatniania wody.
4. Kontrola korozji materiałów metalowych w przemysłowych rurociągach wodociągowych: Zazwyczaj do kontroli rurociągów w celu osiągnięcia zerowej zawartości tlenu i zapobiegania rdzewieniu stosuje się czujniki o zakresie ppb (ug/l). Czujniki te są często stosowane w elektrowniach i urządzeniach kotłowych.
Obecnie najpopularniejszy na rynku miernik tlenu rozpuszczonego wykorzystuje dwie metody pomiaru: metodę membranową i metodę fluorescencyjną. Jaka jest więc różnica między nimi?
1. Metoda membranowa (znana również jako metoda polarograficzna, metoda stałego ciśnienia)
Metoda membranowa wykorzystuje zasady elektrochemii. Półprzepuszczalna membrana oddziela platynową katodę, srebrną anodę i elektrolit od powierzchni. Zazwyczaj katoda znajduje się niemal w bezpośrednim kontakcie z tą warstwą. Tlen dyfunduje przez membranę w stosunku proporcjonalnym do jego ciśnienia parcjalnego. Im wyższe ciśnienie parcjalne tlenu, tym więcej tlenu przenika przez membranę. Gdy rozpuszczony tlen stale przenika przez membranę i wnika do wnęki, ulega redukcji na katodzie, generując prąd. Prąd ten jest wprost proporcjonalny do stężenia rozpuszczonego tlenu. Część miernika poddawana jest procesowi wzmacniającemu, aby przekształcić zmierzony prąd w jednostkę stężenia.
2. Fluorescencja
Sonda fluorescencyjna posiada wbudowane źródło światła, które emituje niebieskie światło i oświetla warstwę fluorescencyjną. Substancja fluorescencyjna po wzbudzeniu emituje czerwone światło. Ponieważ cząsteczki tlenu mogą pochłaniać energię (efekt wygaszania), czas i intensywność wzbudzonego czerwonego światła są zależne od stężenia cząsteczek tlenu. Stężenie jest odwrotnie proporcjonalne. Mierząc różnicę faz między wzbudzonym czerwonym światłem a światłem referencyjnym i porównując ją z wartością kalibracji wewnętrznej, można obliczyć stężenie cząsteczek tlenu. Podczas pomiaru nie zużywa się tlenu, dane są stabilne, wydajność wiarygodna i nie występują żadne zakłócenia.
Przeanalizujmy to dla każdego z nas, od strony użytkowania:
1. W przypadku stosowania elektrod polarograficznych należy je rozgrzewać przez co najmniej 15–30 minut przed kalibracją lub pomiarem.
2. Z powodu zużycia tlenu przez elektrodę, stężenie tlenu na powierzchni sondy natychmiast spadnie, dlatego ważne jest mieszanie roztworu podczas pomiaru! Innymi słowy, ponieważ zawartość tlenu jest mierzona poprzez zużycie tlenu, występuje błąd systematyczny.
3. Ze względu na postęp reakcji elektrochemicznej, stężenie elektrolitu stale spada, dlatego konieczne jest regularne uzupełnianie elektrolitu w celu zapewnienia odpowiedniego stężenia. Aby zapobiec tworzeniu się pęcherzyków w elektrolicie membrany, należy usunąć wszystkie komory z cieczą podczas montażu membrany.
4. Po dodaniu każdego elektrolitu wymagany jest nowy cykl kalibracji (zwykle kalibracja punktu zerowego w wodzie beztlenowej i kalibracja nachylenia w powietrzu). Nawet jeśli używany jest przyrząd z automatyczną kompensacją temperatury, musi on być blisko temperatury roztworu próbki. Lepiej jest kalibrować elektrodę w temperaturze roztworu próbki.
5. Podczas pomiaru na powierzchni membrany półprzepuszczalnej nie powinny znajdować się żadne pęcherzyki powietrza, w przeciwnym razie urządzenie zinterpretuje je jako próbkę nasyconą tlenem. Nie zaleca się stosowania w zbiorniku napowietrzającym.
6. Ze względu na uwarunkowania technologiczne, głowica membrany jest stosunkowo cienka, szczególnie łatwa do przebicia w środowisku korozyjnym i ma krótką żywotność. Jest to element eksploatacyjny. W przypadku uszkodzenia membrany należy ją wymienić.
Podsumowując, w metodzie membranowej błędy dokładności są podatne na odchylenia, okres konserwacji jest krótki, a obsługa bardziej kłopotliwa!
A co z metodą fluorescencji? Ze względu na zasadę działania, tlen jest używany jedynie jako katalizator podczas pomiaru, dzięki czemu jest on praktycznie wolny od zewnętrznych zakłóceń! Wysokoprecyzyjne, bezobsługowe i wysokiej jakości sondy są praktycznie bezobsługowe przez 1-2 lata po instalacji. Czy metoda fluorescencji naprawdę nie ma wad? Oczywiście, że tak!
Czas publikacji: 15 grudnia 2021 r.