La definizione di sensori di monitoraggio online della qualità dell'acqua

Un sensore di monitoraggio online della qualità dell'acqua è un dispositivo analitico di precisione che rileva continuamente i parametri fisici e chimici dei corpi idrici in tempo reale. Converte sottili cambiamenti nella concentrazione della sostanza o nell'intensità caratteristica in segnali elettrici standard elaborabili, consentendo la registrazione automatica, la visualizzazione e l'analisi dei dati 24 ore su 24, 7 giorni su 7 per i sistemi di monitoraggio dell'ambiente acquatico.

In poche parole, il meccanismo di funzionamento principale dei sensori di monitoraggio online della qualità dell’acqua si basa su due funzionalità chiave: rilevamento e conversione del segnale.

Rilevamento : dotati di componenti sensibili dedicati come elettrodi ionici, membrane permeabili e sonde ottiche, i sensori attivano specifiche reazioni fisiche o chimiche con sostanze target nei campioni di acqua per catturare i cambiamenti della qualità dell'acqua in tempo reale.

Conversione del segnale : i sottili cambiamenti generati dalle reazioni (incluse differenze di potenziale, corrente, intensità della luce e variazioni di temperatura) vengono convertiti in segnali di uscita elettrici standardizzati, inclusi segnali di corrente analogici da 4–20 mA e segnali di comunicazione digitale.

Essendo l'hardware front-end principale dei sistemi intelligenti di monitoraggio dell'ambiente acquatico, i sensori di monitoraggio online della qualità dell'acqua sono ampiamente utilizzati Sistema di monitoraggio della qualità dell'acqua dell'acquacoltura , stazioni di monitoraggio automatico online, boe di monitoraggio dell'ambiente acquatico, navi di monitoraggio mobili e scenari di monitoraggio dell'acqua industriale in tempo reale.

I cinque parametri convenzionali della qualità dell'acqua sono gli indicatori più fondamentali e autorevoli per valutare lo stato di base degli ambienti acquatici, coprendo le dimensioni caratteristiche fisiche, chimiche ed ecologiche dei corpi idrici. I parametri fondamentali universalmente riconosciuti sono i seguenti:

Temperatura dell'acqua : un parametro di correzione fondamentale per quasi tutte le misurazioni della qualità dell'acqua. Influisce direttamente sul contenuto di ossigeno disciolto nell'acqua, sull'attività microbica e sulla velocità delle reazioni chimiche dell'acqua, fungendo da riferimento di base per la valutazione dell'ambiente acquatico.

Valore pH : un indicatore chiave che caratterizza l'acidità e l'alcalinità dei corpi idrici. Influenza profondamente la sopravvivenza e la riproduzione degli organismi acquatici, nonché la migrazione, la trasformazione e l'arricchimento di vari inquinanti nell'acqua.

Ossigeno disciolto (DO) : si riferisce alla concentrazione di ossigeno molecolare disciolto nell'acqua. È un indice di valutazione critico per giudicare la capacità di autodepurazione dei corpi idrici e valutare lo stato di salute degli ambienti ecologici acquatici.

Conduttività : riflette indirettamente la concentrazione totale di ioni disciolti nell'acqua, corrispondente alla salinità dell'acqua e ai solidi totali disciolti (TDS). Può caratterizzare efficacemente il grado di mineralizzazione e il livello di inquinamento inorganico dei corpi idrici.

Torbidità : indica il grado di blocco della luce dei corpi idrici causato da sedimenti sospesi, alghe, detriti organici e altri materiali particolati. È un importante indicatore visivo e fisico per valutare la pulizia dell'acqua e il grado di inquinamento in sospensione.

Nota : la configurazione dei cinque parametri convenzionali può essere leggermente modificata per scenari applicativi specifici. Per le esigenze di monitoraggio individuali, il potenziale redox (ORP) o la salinità possono sostituire parametri parziali, mentre i cinque indicatori sopra indicati rimangono la configurazione standard più ampiamente adottata e riconosciuta dal settore.

I sensori ottici della qualità dell'acqua realizzano il rilevamento dei parametri di qualità dell'acqua in base alle caratteristiche di interazione ottica tra le sostanze dell'acqua e la luce, inclusi assorbimento, diffusione, fluorescenza e fosforescenza della luce. Grazie all'assenza di consumo di reagenti, all'elevata velocità di risposta e alla forte capacità di anti-interferenza elettromagnetica, sono diventati dispositivi di monitoraggio tradizionali nel rilevamento ad alta precisione dell'ambiente acquatico. Di seguito vengono riepilogate le principali tipologie ed applicazioni:

Principio di funzionamento : secondo la legge Beer-Lambert, il sensore rileva l'intensità di assorbimento della luce dei campioni di acqua a specifiche lunghezze d'onda ultraviolette e visibili e calcola quantitativamente la concentrazione degli inquinanti target attraverso la relazione lineare tra assorbanza e concentrazione della sostanza.

Applicazioni principali : rilevamento in tempo reale della domanda chimica di ossigeno (COD), azoto nitrato (NO3-N), carbonio organico totale (TOC) e inquinanti organici caratteristici come la serie di benzene nell'acqua.

Principio di funzionamento : irradiare campioni di acqua con luce di eccitazione a lunghezza d'onda specifica e rilevare l'intensità della luce di emissione a lunghezza d'onda lunga generata dall'eccitazione di sostanze fluorescenti nell'acqua, in modo da realizzare il monitoraggio quantitativo delle sostanze target.

Principali applicazioni

• Sensori di clorofilla-a: stimano la biomassa e la densità delle alghe rilevando l'intensità della fluorescenza della clorofilla nell'acqua, fornendo un allarme tempestivo per la fioritura algale e l'eutrofizzazione dell'acqua.

• Sensori CDOM/FDOM: monitorano la concentrazione di materia organica disciolta colorata (CDOM) e materia organica disciolta fluorescente (FDOM), applicata al tracciamento dell'inquinamento organico e alla valutazione ecologica dell'acqua.

• Sensori di inquinanti petroliferi: utilizzano le caratteristiche uniche di fluorescenza degli idrocarburi policiclici aromatici nelle sostanze petrolifere per realizzare il monitoraggio online della fuoriuscita di petrolio nell'acqua e dell'inquinamento da petrolio.

Principio di funzionamento : rileva l'intensità della diffusione della luce generata dalle particelle sospese nell'acqua. Adotta principalmente modalità di rilevamento della luce diffusa a 90° o di rilevamento della luce trasmessa a 180° per quantificare la torbidità dell'acqua.

Principali applicazioni : misurazione diretta e ad alta precisione in tempo reale della torbidità dell'acqua nelle acque superficiali, nelle acque reflue domestiche e nelle acque reflue industriali.

Principio di funzionamento : adotta il laser come sorgente luminosa, che presenta i vantaggi di elevata monocromaticità, elevata luminosità e bassa interferenza. In combinazione con la spettroscopia Raman e la tecnologia di spettroscopia di assorbimento laser a diodi accordabili, consente il rilevamento di tracce ultrasensibile.

Principali applicazioni : Rilevazione di tracce di gas disciolti (metano, anidride carbonica, ecc.) e microinquinanti a bassa concentrazione nell'acqua, adatti per il monitoraggio fine di ambienti acquatici di alto livello.

I sensori ionici di qualità dell'acqua sono dispositivi professionali di rilevamento di specifiche sostanze ioniche presenti nell'acqua. La loro tecnologia di base si basa su elettrodi ionoselettivi e principi di rilevamento elettrochimico avanzati. Possono catturare con precisione l'attività e la concentrazione degli ioni target nei campioni di acqua, caratterizzati da struttura semplice, risposta rapida e basso costo, e sono ampiamente utilizzati nel monitoraggio convenzionale dell'indice ionico della qualità dell'acqua.