1. Definicja czujników monitorowania jakości wody online
Czujnik monitorowania jakości wody on-line to precyzyjne urządzenie analityczne, które w sposób ciągły i w czasie rzeczywistym mierzy parametry fizyczne i chemiczne zbiorników wodnych. Przekształca subtelne zmiany w stężeniu substancji lub charakterystycznym natężeniu na standardowe, przetwarzalne sygnały elektryczne, umożliwiając całodobową automatyczną rejestrację, wyświetlanie i analizę danych dla systemów monitorowania środowiska wodnego.
Mówiąc najprościej, podstawowy mechanizm działania czujników monitorowania jakości wody online opiera się na dwóch kluczowych funkcjach:
wykrywaniu i
konwersji sygnału.
Wykrywanie : Wyposażone w dedykowane czułe komponenty, takie jak elektrody jonowe, przepuszczalne membrany i sondy optyczne, czujniki wywołują określone reakcje fizyczne lub chemiczne z substancjami docelowymi w próbkach wody, aby wychwytywać zmiany jakości wody w czasie rzeczywistym.
Konwersja sygnału : Subtelne zmiany generowane przez reakcje (w tym różnica potencjałów, prąd, natężenie światła i zmiany temperatury) są przekształcane na znormalizowane elektryczne sygnały wyjściowe, w tym analogowe sygnały prądowe 4–20 mA i cyfrowe sygnały komunikacyjne.
Jako podstawowy sprzęt front-end inteligentnych systemów monitorowania środowiska wodnego, czujniki monitorowania jakości wody online są szeroko stosowane
System monitorowania jakości wody w akwakulturze , automatyczne stacje monitorowania online, boje monitorujące środowisko wodne, mobilne statki monitorujące i scenariusze monitorowania wody przemysłowej w czasie rzeczywistym.
2. Pięć konwencjonalnych parametrów pomiaru jakości wody
Pięć konwencjonalnych parametrów jakości wody to najbardziej podstawowe i wiarygodne wskaźniki służące do oceny podstawowego stanu środowiska wodnego, obejmujące fizyczne, chemiczne i ekologiczne charakterystyczne wymiary jednolitych części wód. Powszechnie uznawane podstawowe parametry są następujące:
Temperatura wody : Podstawowy parametr korygujący dla prawie wszystkich pomiarów jakości wody. Wpływa bezpośrednio na zawartość rozpuszczonego tlenu w wodzie, aktywność drobnoustrojów oraz szybkość reakcji chemicznych wody, stanowiąc podstawowy punkt odniesienia w ocenie środowiska wodnego.
Wartość pH : Kluczowy wskaźnik charakteryzujący kwasowość i zasadowość zbiorników wodnych. Ma głęboki wpływ na przetrwanie i rozmnażanie organizmów wodnych, a także migrację, transformację i wzbogacanie różnych substancji zanieczyszczających wodę.
Rozpuszczony tlen (DO) : odnosi się do stężenia tlenu cząsteczkowego rozpuszczonego w wodzie. Jest to krytyczny wskaźnik oceniający, służący do oceny zdolności samooczyszczania zbiorników wodnych i oceny stanu zdrowotnego wodnych środowisk ekologicznych.
Przewodność : pośrednio odzwierciedla całkowite stężenie rozpuszczonych jonów w wodzie, odpowiadające zasoleniu wody i całkowitej zawartości rozpuszczonych substancji stałych (TDS). Potrafi skutecznie scharakteryzować stopień mineralizacji i poziom zanieczyszczeń nieorganicznych jednolitych części wód.
Mętność : Wskazuje stopień blokowania światła w zbiornikach wodnych spowodowany przez zawieszone osady, glony, zanieczyszczenia organiczne i inne cząstki stałe. Jest ważnym wizualnym i fizycznym wskaźnikiem oceny czystości wody i stopnia zanieczyszczenia zawiesiną.
Uwaga : Konfiguracja pięciu konwencjonalnych parametrów może być nieznacznie dostosowana do konkretnych scenariuszy zastosowań. W przypadku indywidualnych potrzeb monitorowania potencjał redoks (ORP) lub zasolenie mogą zastąpić parametry częściowe, podczas gdy powyższe pięć wskaźników pozostaje najczęściej przyjętą i uznawaną w branży konfiguracją standardową.
3. Klasyfikacja i zasady działania optycznych czujników jakości wody
Optyczne czujniki jakości wody realizują wykrywanie parametrów jakości wody w oparciu o charakterystykę interakcji optycznej pomiędzy substancjami wodnymi a światłem, w tym absorpcję światła, rozpraszanie, fluorescencję i fosforescencję. Charakteryzując się brakiem zużycia odczynników, dużą szybkością reakcji i silnymi właściwościami przeciwzakłóceniowymi, stały się głównymi urządzeniami monitorującymi w wysoce precyzyjnym wykrywaniu środowiska wodnego. Poniżej podsumowano główne typy i zastosowania:
3.1 Czujniki widma absorpcji w zakresie widzialnym w nadfiolecie (UV-Vis)
Zasada działania : Zgodnie z prawem Beera-Lamberta czujnik wykrywa intensywność absorpcji światła przez próbki wody przy określonych długościach fal w zakresie ultrafioletu i światła widzialnego i ilościowo oblicza stężenie docelowych substancji zanieczyszczających na podstawie liniowej zależności między absorbancją a stężeniem substancji.
Główne zastosowania : Wykrywanie w czasie rzeczywistym chemicznego zapotrzebowania na tlen (ChZT), azotu azotanowego (NO3-N), całkowitego węgla organicznego (TOC) i charakterystycznych zanieczyszczeń organicznych, takich jak seria benzenu w wodzie.
3.2 Czujniki fluorescencyjne
Zasada działania : Napromieniaj próbki wody światłem wzbudzającym o określonej długości fali i wykrywaj intensywność światła emisyjnego o długich falach generowanego przez wzbudzenie substancji fluorescencyjnych w wodzie, aby zrealizować ilościowe monitorowanie substancji docelowych.
Główne zastosowania
• Czujniki chlorofilu-a: Oszacuj biomasę i gęstość glonów, wykrywając intensywność fluorescencji chlorofilu w wodzie, zapewniając wczesne ostrzeganie o zakwitie glonów i eutrofizacji wody.
• Czujniki CDOM/FDOM: monitorują stężenie kolorowej rozpuszczonej materii organicznej (CDOM) i fluorescencyjnej rozpuszczonej materii organicznej (FDOM), stosowane do śledzenia zanieczyszczeń organicznych i oceny ekologicznej wody.
• Czujniki zanieczyszczeń ropopochodnych: Wykorzystaj unikalne właściwości fluorescencji wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych w substancjach ropopochodnych, aby monitorować online wycieki oleju do wody i zanieczyszczenia olejami.
3.3 Czujniki zmętnienia/światła rozproszonego
Zasada działania : Wykrywa intensywność rozpraszania światła generowanego przez cząstki zawieszone w wodzie. W celu ilościowego określenia zmętnienia wody wykorzystuje głównie tryby wykrywania światła rozproszonego pod kątem 90° lub wykrywania światła przechodzącego pod kątem 180°.
Główne zastosowania : Bezpośredni i bardzo precyzyjny pomiar w czasie rzeczywistym zmętnienia wody w wodach powierzchniowych, ściekach bytowych i ściekach przemysłowych.
3.4 Laserowe czujniki widma
Zasada działania : Zastosuj laser jako źródło światła, które ma zalety wysokiej monochromatyczności, wysokiej jasności i niskich zakłóceń. W połączeniu ze spektroskopią Ramana i technologią spektroskopii absorpcyjnej przestrajalnego lasera diodowego umożliwia ultraczułe wykrywanie śladów.
Główne zastosowania : Wykrywanie śladowych ilości rozpuszczonych gazów (metanu, dwutlenku węgla itp.) i mikrozanieczyszczeń o niskim stężeniu w wodzie, odpowiednie do dokładnego monitorowania środowiska wodnego o wysokich standardach.
4. Klasyfikacja czujników jakości wody jonowej
Jonowe czujniki jakości wody to profesjonalne urządzenia wykrywające określone substancje jonowe w wodzie. Ich podstawowa technologia opiera się na elektrodach jonoselektywnych i zaawansowanych zasadach wykrywania elektrochemicznego. Potrafią dokładnie wychwycić aktywność i stężenie docelowych jonów w próbkach wody, charakteryzują się prostą strukturą, szybką reakcją i niskim kosztem i są szeroko stosowane w konwencjonalnym monitorowaniu indeksu jonowego jakości wody.
