총 잔류 산화제(TRO) 측정에는 산화 환원 전위(ORP) 센서 또는 전류 측정 센서의 두 가지 방법이 있습니다. 지금까지 선박평형수 어플리케이션에서 실용적인 전류 측정 센서는 없었습니다. 이 백서에서는 두 가지 방법의 상대적인 장점과 한계를 살펴봅니다.
ORP 측정은 물 모니터링에 사용할 수 있는 가장 저렴한 방법입니다. 그것은 주로 수영장 산업뿐만 아니라 시안화물 파괴 (도금 및 광산 산업)와 같은 일부 틈새 응용 프로그램에서 사용됩니다. 그것은 자주 질적 지표로 사용됩니다. 상업용 수영장에서염소 수유 장비를 제어하는 데 사용되는 경우 대부분의 작업자는 종종 매일 염소 수준을 수동으로 측정합니다. 높은 수준의 유기 분자의 존재는 며칠 내에 센서를 파울할 수 있으며 청소가 필요합니다.
"할로겐 시스템은 오염을 나타내는 지표로 멀티파라미터 센서에 ORP 측정을 포함시켰습니다... HSI의 측정 기술과 자가 세척 기술은 오염 문제를 제거하여 보다 신뢰할 수 있는 판독값을 제공합니다."
할로겐 시스템은 오염 지표로 멀티파라미터 센서에 ORP 신속 반응 측정 기능을 포함시켰습니다. 센서의 염소 측정은 0.05~15ppm의 염소를 감지할 수 있지만, 오염과 잔류 염소가 최근에 고갈된 물의 차이를 감지할 수는 없습니다. ORP는 기준 ORP 수준 아래로 떨어짐을 표시하여 오염 이벤트 또는 교차 연결을 식별함으로써 잠재적으로 이 차이를 메울 수 있습니다. 또한 HSI의 측정 기술과 자가 세척 시스템은 중독 문제를 제거하여 보다 신뢰할 수 있는 수치를 제공합니다. HSI의 ORP 측정은 다른 센서와 약간의 오프셋이 있을 수 있지만, 많은 ORP 문제를 극복하는 신뢰할 수 있는 정성적 측정을 제공합니다.
전압계가 전위(전압)의 차이를 측정하는 것처럼 ORP 센서는 ORP 전극과 기준 전극으로 구성됩니다. ORP 측정의 원리는 낮은 저항으로 인해 산화제(이 경우 염소)에 전자를 포기하거나 환원제(탈염소 공정의 이산화황)에서 전자를 받아들이는 불활성 금속 전극(백금, 때로는 금)을 사용하는 것입니다. ORP 전극은 용액의 ORP와 동일한 축적 전하로 인해 전위가 발생할 때까지 전자를 계속 받아들이거나 포기합니다. ORP 측정의 일반적인 정확도는 ±5mV입니다. 동일한 제조업체의 다른 프로브는 동일한 물 샘플에서 20~50mV 차이가 나는 경우가 많기 때문에 더욱 복잡해집니다. 참고: 제조업체는 높은 수준의 산화 환원 결합을 포함하는 조벨 용액에서 센서를 테스트합니다. 이 용액에서 센서는 서로 매우 가깝게 판독됩니다. 실제 식수 샘플에서는 그렇지 않습니다.
ORP는 산화-환원 전위의 약자로, 화학 물질이 다른 화학 물질을 산화 또는 환원하는 경향을 밀리볼트 단위로 측정한 값입니다. 산화는 원자, 분자 또는 이온에 의해 전자가 손실되는 것을 말합니다. 반응에서 원자가 잃은 전자는 용액에 존재할 수 없으며 용액 속의 다른 물질에 의해 받아들여져야 합니다. 따라서 산화를 포함하는 완전한 반응에는 환원될 다른 물질이 포함되어야 합니다.
그림 2(아래)는 브롬을 소독제로 사용한 300갤런 스파에서 실험한 결과를 보여줍니다. ORP 센서는 모니터로 설치되었습니다(제어하지 않음). 살균제 레벨을 제어하기 위해 전류 측정 센서가 있는 브롬 발생기도 설치했습니다. 그런 다음 인공 땀을 스파에 추가했습니다. 빨간색 선은 테스트 내내 전류 측정 시스템이 측정한 브롬 농도입니다. 파란색 선의 피크는 수요를 충족하기 위해 브롬 발생기에 전원이 공급된 시간을 나타냅니다. 합성 땀(White, 1992)은 테스트 내내 지속되는 상당한 수요를 생성하여 브롬 발생기를 한 번에 약 2시간 동안 작동시켜야 했습니다. 약 12시간 후 녹색 선으로 표시된 ORP 센서가 음수 값을 기록했습니다. 가장 유력한 원인은 전극의 중독이었습니다. 이 상태는 29시간 동안 회복되지 않았습니다. 소독제를 제어하고 있었다면 스파의 염소화 또는 브롬화가 과도하게 발생했을 것입니다.
그림 3의 그래프에서 볼 수 있듯이, 5개의 서로 다른 물 샘플은 서로 다른 ORP 기준선을 가지고 있어 동일한 염소 농도에 대해 더 높은 ORP를 나타냅니다. 결과는 거의 200mV까지 차이가 납니다. WHO에 따르면, "기준 ORP(염소 제로)가 다양하기 때문에 물(염소 농도 1ppm~15ppm)에 따라 720mV 사이의 큰 차이가 있습니다."(세계 보건 기구, 2006) 전류 측정 센서를 사용하면 0 전류는 항상 염소 제로이므로 제로 보정이 필요하지 않습니다. 이 비교는 수돗물을 대상으로 했다는 점에 유의해야 합니다. 해수 ORP의 기준 ORP는 -275 ~ 350mV 범위로 기준 문제를 크게 악화시킬 수 있습니다. (Cohrs, 2004) 염소에 비해 브롬의 산화 전위가 낮다는 것은 ORP가 염소만큼 농도에 민감하지 않다는 것을 의미합니다. 이는 또한 ORP 센서의 전위가 기준 수준(브롬 농도 0)에 더 가까워진다는 것을 의미합니다.
염소 농도 측정에 ORP를 사용하는 제한사항은 다음과 같습니다.
결론: 앞서 살펴본 바와 같이 ORP는 농도 측정에 적용하기에 좋은 기술이 아닙니다.
전류계 센서에서는 두 전극 사이에 고정 전압이 인가되고 작동 전극(음극)에서 염소가 염소(HOCl)에서 다시 염화물(Cl-)로 환원되는 반응이 일어납니다. 그림 4(아래)
이는 양극에서 염소가 생성되는 염소 발생기에서 일어나는 것과 반대입니다. 전류계 센서에서 이러한 감소의 결과로 흐르는 전류는 센서에 제시된 염소에 비례합니다. 위 그림은 "세 개의 전극" 구성을 보여줍니다. 대부분의 멤브레인 염소 센서는 "2전극" 방식을 사용합니다. 일반적으로 2전극 방식은 판독값이 안정적이지 않고 전극이 3전극 방식만큼 오래 지속되지 않습니다.
염소가 물에 첨가되면 가수분해되어 형성됩니다: 일반적으로 암페로메트릭 멤브레인 센서에 의해 측정되는 고압산(HOCl)이다.
그림 5에서 볼 수 있듯이 전류계 시스템에서 염소(또는 브롬)와의 관계는 선형 관계인 반면, ORP에 대한 관계는 로그
관계입니다. 브롬이 산화제인 경우 해당 범위의 분해능이 매우 낮기 때문에 2~4ppm에서 브롬을 제어하려고 시도해도 매우 엄격한 제어가 이루어지지 않습니다.
염소 농도 측정에 ORP를 사용할 때의 한계는 다음과 같습니다:
바텔레. (2004). 다중 파라미터 수질 프로브/손데스의 장기 배치. 워싱턴 DC: 미국 환경 보호국.
Hrhrs, D. (2004). 해수의 특성 및 구성: "원소" 개요. 아쿠아리아 와 동물원의 물 시스템 제 1 국제 심포지엄(p. 23). 리스본, 포르투갈.
데이먼 S. 윌리엄스 어소시에이츠, LLC. (2004). 산화 환원 전위(ORP) vs를 이용한 폐수 유출 염소화의 온라인 모니터링. 잔류 염소 측정. 알렉산드리아, 버지니아: 물 환경 연구 재단 WERF.
(1991-1992). "전기 화학 시리즈"와 "해수의 원소". P. 데이비드 R. 리드, 화학 및 물리학 72 판의 CRC 핸드북 (pp. 8-17; 14-10). 뉴욕: CRC 프레스.
에머슨 공정 액체 부문. (2008년, 5월 언크타운). ORP 측정의 기본 사항. 2011년 2월 28일, emersonprocess.com: www2.emersonprocess.com/siteadmincenter/.../Liq_ADS_43-014.pdf
계측기 테스트 인솔션. (1990). 물 및 폐수 처리 응용 을위한 잔류 염소 분석기. 헨더슨, NV : 악기 테스트 인설.
계측기 테스트 협회. (1995). 온라인 합계 및 무료 염소 잔류 분석기: 유지 보수 벤치마킹 연구. 엔센센, NV: 기기 테스트 협회.
국제 표준 기구. (2003). ISO15839 수질 - 상급 센서/물 사양 및 성능 테스트를 위한 분석 장비. 스위스 제네바: ISO.
ISO 국제 표준. (2003). ISO15839 수질 - 상수도 센서/분석 장비용 수사양 및 성능 테스트. 스위스 제네바: ISO.
J, M. (2006). 골드 추출의 화학, 제 2 판. 이아인 하우스, SME에 의해 출판.
케머, F. (1988). 날코 워터 핸드북, 2위. 뉴욕, 뉴욕: 맥그로 힐, Inc.
키신저, P. (1996). 일렉트로라컬 리컬 컬렉티브 화학 2nd 에드의 실험실 기술. . 뉴욕: 마르셀 데커.
맥퍼슨, L. (2002, 봄). 산화 감소 잠재력(ORP) 시스템 이해. 월켐 코퍼레이션에서 검색.
판굴루리, S. G. (2009). 유통 시스템 수질 모니터링: 센서 기술 평가 방법론 및 결과. 워싱턴 DC: 미국 환경 보호국 .
피에라, B. P. (2003). 회전 백금및 금 전극에 클로라민의 전기 화학 적 행동. 전기 화학 학회의 전표, E255- E265.
SAMA 표준 PMC 31.1. (1980). 공정 측정 및 제어 계측의 테스트 및 평가를 위한 일반 테스트 방법. 윌리엄스베리, 버지니아: 측정 제어 및 자동화 협회.
실버리, M. .C (1999). 온라인 '시약없는' 스파에서 브로민의 측정을 위한 amperometric 방법. 제4회 화학심포지엄 국립스파및풀연구소(pp. 37-43)의 진행절차. 라스베이거스, NV: 국립 수영장 연구소.
실버리, M.C. (2001, 8월 7일). 특허 제6270680B1. 우리.
측정, 제어 및 자동화 협회, 1980. (1980). 공정 측정 및 제어 계측의 테스트 및 평가를 위한 일반 테스트 방법. 측정, 제어 및 자동화 협회.
웨간드, J., 루카스, K., 재코비치, T., 그리고 슬레보드닉, P. a. (2001). 잠수함 바이오 폴링 제어- 진주만에서 염소 화 DATS 연구", 보고서 번호: A565293. 워싱턴 DC: 해군 연구소.
화이트, G.C. (1992). 염소 및 대체 소독제의 핸드북, 제 3 판. 반 노스트랜드 린홀드.
세계 보건 기구. (2006). 안전한 레크리에이션 용수 환경에 대한 지침. 볼륨 2. 뉴욕, 뉴욕: 세계 보건 기구.