1. Definition af sensorer til overvågning af online vandkvalitet
En online vandkvalitetsovervågningssensor er en præcisionsanalytisk enhed, der kontinuerligt registrerer fysiske og kemiske parametre for vandområder i realtid. Det konverterer subtile ændringer i stofkoncentration eller karakteristisk intensitet til standard, bearbejdelige elektriske signaler, hvilket muliggør 24/7 automatisk optagelse, visning og dataanalyse for vandmiljøovervågningssystemer.
Kort sagt, kernearbejdsmekanismen for online vandkvalitetsovervågningssensorer er afhængig af to nøglefunktioner:
sansning og
signalkonvertering.
Sensing : Udstyret med dedikerede følsomme komponenter såsom ionelektroder, permeable membraner og optiske prober, udløser sensorer specifikke fysiske eller kemiske reaktioner med målstoffer i vandprøver for at fange ændringer i vandkvaliteten i realtid.
Signalkonvertering : De subtile ændringer, der genereres af reaktioner (herunder potentialforskel, strøm, lysintensitet og temperaturvariationer) konverteres til standardiserede elektriske udgangssignaler, herunder 4-20 mA analoge strømsignaler og digitale kommunikationssignaler.
Som den centrale frontend-hardware i intelligente vandmiljøovervågningssystemer er online vandkvalitetsovervågningssensorer udbredt i
Aquaculture Water Quality Monitoring System , online automatiske overvågningsstationer, vandmiljøovervågningsbøjer, mobile overvågningsfartøjer og realtidsovervågningsscenarier for industrivand.
2. Fem konventionelle måleparametre for vandkvalitet
De fem konventionelle vandkvalitetsparametre er de mest fundamentale og autoritative indikatorer til evaluering af vandmiljøernes grundlæggende tilstand, der dækker fysiske, kemiske og økologiske karakteristiske dimensioner af vandområder. De universelt anerkendte kerneparametre er som følger:
Vandtemperatur : En grundlæggende korrektionsparameter for næsten alle vandkvalitetsmålinger. Det påvirker direkte indholdet af opløst ilt i vand, mikrobiel aktivitet og hastigheden af vandkemiske reaktioner, hvilket tjener som en grundlæggende reference for vurdering af vandmiljøet.
pH-værdi : En nøgleindikator, der karakteriserer surhedsgraden og alkaliniteten af vandområder. Det har dybt indflydelse på overlevelsen og reproduktionen af akvatiske organismer, såvel som migration, transformation og berigelse af forskellige forurenende stoffer i vand.
Opløst ilt (DO) : Refererer til koncentrationen af molekylært oxygen opløst i vand. Det er et kritisk evalueringsindeks til bedømmelse af vandområders selvrensende kapacitet og vurdering af sundhedstilstanden i akvatiske økologiske miljøer.
Konduktivitet : Indirekte afspejler den totale koncentration af opløste ioner i vand, svarende til vands saltholdighed og total opløste faste stoffer (TDS). Det kan effektivt karakterisere mineraliseringsgraden og uorganisk forureningsniveau af vandområder.
Turbiditet : Angiver den lysblokerende grad af vandområder forårsaget af suspenderede sedimenter, alger, organisk affald og andre partikler. Det er en vigtig visuel og fysisk indikator til evaluering af vandets renhed og suspenderet forureningsgrad.
Bemærk : Konfigurationen af de fem konventionelle parametre kan justeres lidt for specifikke anvendelsesscenarier. For individuelle overvågningskrav kan redoxpotentiale (ORP) eller saltholdighed erstatte partielle parametre, mens de ovennævnte fem indikatorer forbliver den mest udbredte og industrianerkendte standardkonfiguration.
3. Klassificering og principper for optiske vandkvalitetssensorer
Optiske vandkvalitetssensorer realiserer vandkvalitetsparameterdetektion baseret på de optiske interaktionskarakteristika mellem vandstoffer og lys, herunder lysabsorption, spredning, fluorescens og fosforescens. Uden reagensforbrug, hurtig reaktionshastighed og stærk anti-elektromagnetisk interferensevne er de blevet almindelige overvågningsenheder i højpræcisionsdetektion af vandmiljø. De vigtigste typer og applikationer er opsummeret nedenfor:
3.1 Ultraviolet-synlige (UV-Vis) Absorptionsspektrumsensorer
Arbejdsprincip : I henhold til Beer-Lambert-loven detekterer sensoren lysabsorptionsintensiteten af vandprøver ved specifikke ultraviolette og synlige bølgelængder og beregner kvantitativt koncentrationen af målforurenende stoffer gennem det lineære forhold mellem absorbans og stofkoncentration.
Hovedanvendelser : Realtidsdetektering af kemisk oxygenbehov (COD), nitratnitrogen (NO3-N), totalt organisk kulstof (TOC) og karakteristiske organiske forurenende stoffer såsom benzenserier i vand.
3.2 Fluorescenssensorer
Arbejdsprincip : Bestråle vandprøver med excitationslys med specifik bølgelængde og detekter intensiteten af langbølget emissionslys genereret ved excitation af fluorescerende stoffer i vand for at realisere kvantitativ overvågning af målstoffer.
Hovedapplikationer
• Klorofyl-a-sensorer: Estimer algebiomasse og tæthed ved at detektere klorofylfluorescensintensitet i vand, hvilket giver tidlig advarsel om algeopblomstring og vandeutrofiering.
• CDOM/FDOM-sensorer: Overvåg koncentrationen af farvet opløst organisk materiale (CDOM) og fluorescerende opløst organisk materiale (FDOM), anvendt til sporing af organisk forurening og vandøkologisk vurdering.
• Petroleumsforurenende sensorer: Udnyt de unikke fluorescensegenskaber af polycykliske aromatiske kulbrinter i råoliestoffer til at realisere online overvågning af vandolieudslip og olieforurening.
3.3 Turbiditets-/spredningslyssensorer
Arbejdsprincip : Registrer lysspredningsintensiteten genereret af suspenderede partikler i vand. Det vedtager for det meste 90° spredt lysdetektion eller 180° transmitteret lysdetektionstilstande for at kvantificere vandturbiditet.
Hovedanvendelser : Direkte og højpræcis realtidsmåling af vandturbiditet i overfladevand, husholdningsspildevand og industrispildevand.
3.4 Laserspektrumsensorer
Arbejdsprincip : Brug laser som lyskilde, som har fordelene ved høj monokromaticitet, høj lysstyrke og lav interferens. Kombineret med Raman spektroskopi og tunable diode laser absorption spektroskopi teknologi, opnår den ultrafølsom spordetektion.
Hovedanvendelser : Påvisning af sporopløste gasser (metan, kuldioxid osv.) og lavkoncentrationsmikroforurenende stoffer i vand, velegnet til finovervågning af vandmiljøet af høj standard.
4. Klassificering af ionvandkvalitetssensorer
Ion-vandkvalitetssensorer er professionelle detektionsenheder for specifikke ioniske stoffer i vand. Deres kerneteknologi er baseret på ion-selektive elektroder og avancerede elektrokemiske sanseprincipper. De kan nøjagtigt fange aktiviteten og koncentrationen af målioner i vandprøver, med enkel struktur, hurtig respons og lave omkostninger, og er meget udbredt i konventionel vandkvalitets ionindeksovervågning.
