Die Definition von Online-Sensoren zur Überwachung der Wasserqualität

Die Definition von Wasserqualitätssensoren

Ein Wasserqualitätssensor ist ein Analysegerät, das eine oder mehrere spezifische physikalische oder chemische Eigenschaften in Gewässern erkennen und die Konzentration oder Intensität dieser Eigenschaften in elektrische Signale umwandeln kann, die aufgezeichnet, angezeigt und verarbeitet werden können.

Vereinfacht ausgedrückt sind seine Kernfunktionen „Wahrnehmung“ und „Transformation“:

Wahrnehmung: Durch spezifische empfindliche Elemente (z. B. Elektroden, Membranen, optische Sonden) kommt es zu physikalischen oder chemischen Reaktionen mit den Zielstoffen in der Wasserprobe.

Konvertierung: Wandeln Sie die durch die Reaktion verursachten Änderungen (z. B. Potenzial-, Strom-, Lichtintensitäts- und Temperaturänderungen) in standardisierte elektrische Signale um (z. B. 4-20-mA-Strom, digitale Signale).

Wasserqualitätssensoren sind die Grundeinheiten für den Aufbau moderner Wasserqualitätsüberwachungssysteme, wie z. B. automatische Online-Überwachungsstationen, Bojen und mobile Überwachungsschiffe.

2. Was sind die herkömmlichen 5 Parameter für die Messung?

Die fünf herkömmlichen Parameter der Wasserqualität sind die grundlegendsten und wichtigsten Indikatoren zur Bewertung des Grundzustands der Wasserqualität. Dazu gehören in der Regel:

Temperatur: Sie beeinflusst den gelösten Sauerstoff im Wasser, die Aktivität von Mikroorganismen und die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen und ist ein grundlegender Parameter, der bei fast allen Messungen korrigiert werden muss.

pH-Wert: Er charakterisiert den Säuregehalt bzw. die Alkalität von Gewässern und hat entscheidenden Einfluss auf das Überleben von Wasserorganismen sowie die Migration und Umwandlung von Schadstoffen.

Gelöster Sauerstoff: Er bezeichnet die Konzentration des im Wasser gelösten molekularen Sauerstoffs und ist ein wichtiger Indikator zur Messung der Selbstreinigungsfähigkeit von Gewässern und zur Beurteilung des Überlebensstatus von Wasserorganismen.

Leitfähigkeit: Sie charakterisiert indirekt die Gesamtkonzentration gelöster Ionen im Wasser (d. h. Salzgehalt oder Gesamtgehalt an gelösten Feststoffen TDS) und kann zur Bestimmung des Mineralisierungsgrads oder der Verschmutzung von Gewässern verwendet werden.

Trübung: Sie gibt den Grad an, in dem Gewässer den Lichtdurchgang behindern, verursacht durch im Wasser suspendierte Partikel (wie Sedimente, Algen und organische Stoffe) und ist ein wichtiger Indikator für sensorische Eigenschaften und Sauberkeit.

Hinweis: In bestimmten spezifischen Szenarien können die „fünf Parameter“ geringfügig variieren. Beispielsweise können manchmal „REDOX-Potenzial“ oder „Salzgehalt“ enthalten sein, aber die oben genannten fünf sind die gebräuchlichsten und anerkanntesten Definitionen.

3. Welche Arten von optischen Sensoren sind enthalten?

Optische Sensoren messen auf Basis der Wechselwirkungsprinzipien zwischen Stoffen und Licht (wie Absorption, Streuung, Fluoreszenz, Phosphoreszenz etc.). Sie haben in der Regel den Vorteil, dass sie keine Reagenzien benötigen, schnell reagieren und weniger anfällig für elektromagnetische Störungen sind.

Zu den Haupttypen gehören:

Sensor für das Absorptionsspektrum von ultraviolettem und sichtbarem Licht

Prinzip: Messen Sie den Grad der Absorption von ultraviolettem oder sichtbarem Licht bestimmter Wellenlängen in Wasserproben und berechnen Sie die Schadstoffkonzentration auf der Grundlage des Lambert-Beerschen Gesetzes.

Anwendung: Messung von CSB (Chemischer Sauerstoffbedarf), NO3-N (Nitratstickstoff), TOC (Total Organic Carbon), spezifischen organischen Substanzen (z. B. Substanzen der Benzolreihe) usw.

Fluoreszenzsensor

Prinzip: Licht einer bestimmten Wellenlänge (Anregungslicht) wird auf die Wasserprobe gestrahlt und die Intensität des längerwelligen Lichts (Emissionslicht) gemessen, das von der Substanz nach der Anregung emittiert wird.

Anwendung

Chlorophyll ein Sensor: Durch die Messung der Fluoreszenzintensität von Chlorophyll in Algen schätzt er die Algenkonzentration ab und ist ein wichtiges Instrument zur Frühwarnung vor Algenblüten.

CDOM/FDOM-Sensoren: Messen die Konzentration farbiger/fluoreszierender gelöster organischer Stoffe, die zur Verfolgung organischer Verschmutzung und zur Beurteilung der Wassereutrophierung verwendet werden.

Erdölsensoren: Sie nutzen die Fluoreszenzeigenschaften polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe im Rohöl und überwachen die Ölverschmutzung.

Trübungs-/Streulichtsensor

Prinzip: Messen Sie die Streuintensität von Licht durch suspendierte Partikel im Wasser. Üblicherweise werden Detektoren mit einem Winkel von 90° oder 180° (Durchlicht) verwendet.

Anwendung: Direkte Trübungsmessung.

Laserspektrumsensor

Prinzip: Die Verwendung von Laser als Lichtquelle bietet die Vorteile einer guten Monochromatizität und einer hohen Helligkeit und ermöglicht äußerst empfindliche Messungen wie Raman-Spektroskopie und abstimmbare Diodenlaser-Absorptionsspektroskopie.

Anwendung: Es dient zur Messung gelöster Gase (wie Methan CH4, Kohlendioxid CO2) und verschiedener Spurenschadstoffe.

4. Welche Arten von Ionensensoren sind enthalten?

Ionensensoren werden hauptsächlich zur Erfassung der Konzentration spezifischer Ionen in Wasser eingesetzt und ihr Kern liegt in ionenselektiven Elektroden oder ähnlichen elektrochemischen Sensortechnologien.

Zu den Haupttypen gehören:

Ionenselektive Elektrode

Prinzip: An der Oberseite der Elektrode befindet sich eine spezielle ionenselektive Membran, die nur auf das Zielion reagiert und dadurch auf beiden Seiten der Membran eine Potentialdifferenz erzeugt. Die Größe dieser Potentialdifferenz ist direkt proportional zum Logarithmus der Ionenkonzentration (Nernst-Gleichung).

Gängige Typen

pH-Elektrode: Die klassischste ISE, empfindlich gegenüber H+.

Ammoniak-Stickstoff-Elektrode: Sie misst NH3 in Wasser durch eine Gaspermeationsmembran und wandelt es dann in die Ammoniak-Stickstoff-Konzentration um.

Nitratelektrode: Misst NO3-.

Fluoridelektrode: Misst F-.

Cyanid-Elektrode: Misst CN-.

Calcium-, Kalium-, Natrium-, Chloridionen-Elektroden usw.

Volt-Ampere-Sensor

Prinzip: Durch Anlegen einer variierenden Spannung an die Arbeitselektrode wird der durch die REDOX-Reaktion erzeugte Strom gemessen. Der Spitzenstrom hängt von der Ionenkonzentration ab.

Anwendung: Es wird häufig zur Messung von Schwermetallionen wie Blei Pb⊃2;⁺, Cadmium Cd⊃2;⁺, Kupfer Cu⊃2;⁺, Zink Zn⊃2;⁺ usw. mit extrem hoher Empfindlichkeit verwendet.

Zusammenfassung und Vergleich

Sensorkategorie	Grundprinzip	Vorteile	Typische Messindikatoren
Optischer Sensor	Die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie (Absorption, Streuung, Fluoreszenz)	Es erfordert keine Reagenzien, reagiert schnell, kann kontinuierlich überwacht werden und erfordert relativ wenig Wartung	Trübung, CSB, Chlorophyll a, Nitrat, gelöste organische Stoffe
Ionensensor	Änderungen des elektrochemischen Potenzials oder Stroms (ionenselektive Membranen, REDOX-Reaktionen)	Gute Selektivität, direkte Messung und anwendbar auf mehrere Ionen	Ammoniakstickstoff, Nitrat, Fluorid, Cyanid, pH-Wert, verschiedene Schwermetallionen