1. Definirea senzorilor de monitorizare online a calității apei
Un senzor online de monitorizare a calității apei este un dispozitiv analitic de precizie care detectează continuu parametrii fizici și chimici ai corpurilor de apă în timp real. Convertește modificările subtile ale concentrației substanței sau ale intensității caracteristice în semnale electrice standard, procesabile, permițând înregistrarea automată, afișarea și analiza datelor 24/7 pentru sistemele de monitorizare a mediului apei.
Mai simplu spus, mecanismul de lucru de bază al senzorilor online de monitorizare a calității apei se bazează pe două capacități cheie:
detectarea și
conversia semnalului.
Senzori : Echipați cu componente sensibile dedicate, cum ar fi electrozi ionici, membrane permeabile și sonde optice, senzorii declanșează reacții fizice sau chimice specifice cu substanțele țintă din probele de apă pentru a capta modificările în timp real ale calității apei.
Conversia semnalului : modificările subtile generate de reacții (inclusiv diferența de potențial, curentul, intensitatea luminii și variațiile de temperatură) sunt convertite în semnale electrice standardizate de ieșire, inclusiv semnale de curent analogice de 4–20 mA și semnale de comunicație digitale.
Fiind hardware-ul de bază al sistemelor inteligente de monitorizare a mediului apei, senzorii online de monitorizare a calității apei sunt implementați pe scară largă în
Sistemul de monitorizare a calității apei pentru acvacultură , stații automate de monitorizare online, geamanduri de monitorizare a mediului apei, nave mobile de monitorizare și scenarii de monitorizare în timp real a apei industriale.
2. Cinci parametri convenționali de măsurare a calității apei
Cei cinci parametri convenționali ai calității apei sunt cei mai fundamentali și autoritari indicatori pentru evaluarea stării de bază a mediului acvatic, acoperind dimensiunile caracteristice fizice, chimice și ecologice ale corpurilor de apă. Parametrii de bază recunoscuți universal sunt următorii:
Temperatura apei : un parametru de corecție fundamental pentru aproape toate măsurătorile calității apei. Afectează direct conținutul de oxigen dizolvat în apă, activitatea microbiană și rata reacțiilor chimice ale apei, servind drept referință de bază pentru evaluarea mediului apei.
Valoarea pH : Un indicator cheie care caracterizează aciditatea și alcalinitatea corpurilor de apă. Ea influențează profund supraviețuirea și reproducerea organismelor acvatice, precum și migrarea, transformarea și îmbogățirea diverșilor poluanți din apă.
Oxigen dizolvat (DO) : Se referă la concentrația de oxigen molecular dizolvat în apă. Este un indice critic de evaluare pentru evaluarea capacității de autoepurare a corpurilor de apă și evaluarea stării de sănătate a mediilor ecologice acvatice.
Conductivitate : reflectă indirect concentrația totală de ioni dizolvați în apă, corespunzătoare salinității apei și solidelor totale dizolvate (TDS). Poate caracteriza în mod eficient gradul de mineralizare și nivelul de poluare anorganică a corpurilor de apă.
Turbiditate : Indică gradul de blocare a luminii a corpurilor de apă cauzat de sedimente în suspensie, alge, resturi organice și alte particule. Este un indicator vizual și fizic important pentru evaluarea curățeniei apei și a gradului de poluare în suspensie.
Notă : Configurația celor cinci parametri convenționali poate fi ușor ajustată pentru scenarii de aplicare specifice. Pentru cerințele individuale de monitorizare, potențialul redox (ORP) sau salinitatea pot înlocui parametrii parțiali, în timp ce cei cinci indicatori de mai sus rămân configurația standard cea mai adoptată și recunoscută de industrie.
3. Clasificarea și principiile senzorilor optici de calitate a apei
Senzorii optici de calitate a apei realizează detectarea parametrilor de calitate a apei pe baza caracteristicilor de interacțiune optică dintre substanțele apei și lumină, inclusiv absorbția luminii, împrăștierea, fluorescența și fosforescența. Fără consum de reactiv, viteză de răspuns rapidă și capacitate puternică de interferență anti-electromagnetică, acestea au devenit dispozitive de monitorizare obișnuite în detectarea de înaltă precizie a mediului de apă. Principalele tipuri și aplicații sunt rezumate mai jos:
3.1 Senzori cu spectru de absorbție ultraviolet-vizibil (UV-Vis).
Principiul de funcționare : Conform Legii Beer-Lambert, senzorul detectează intensitatea absorbției luminii a probelor de apă la lungimi de undă specifice ultraviolete și vizibile și calculează cantitativ concentrația de poluanți țintă prin relația liniară dintre absorbanță și concentrația substanței.
Aplicații principale : Detectarea în timp real a cererii chimice de oxigen (COD), azot azotat (NO3-N), carbon organic total (TOC) și poluanți organici caracteristici, cum ar fi seria benzenului în apă.
3.2 Senzori de fluorescență
Principiu de funcționare : Iradiați probe de apă cu lumină de excitație cu lungime de undă specifică și detectați intensitatea luminii de emisie cu lungime de undă lungă generată de excitarea substanțelor fluorescente în apă, astfel încât să se realizeze monitorizarea cantitativă a substanțelor țintă.
Aplicații principale
• Senzori de clorofilă-a: Estimați biomasa și densitatea algelor prin detectarea intensității fluorescenței clorofilei în apă, oferind avertizare timpurie pentru înflorirea algelor și eutrofizarea apei.
• Senzori CDOM/FDOM: Monitorizează concentrația de materie organică dizolvată colorată (CDOM) și materie organică dizolvată fluorescentă (FDOM), aplicată la urmărirea poluării organice și la evaluarea ecologică a apei.
• Senzori de poluanți din petrol: utilizați caracteristicile unice de fluorescență ale hidrocarburilor aromatice policiclice din substanțele petroliere pentru a realiza monitorizarea online a scurgerii de petrol din apă și a poluării cu petrol.
3.3 Senzori de turbiditate/lumină împrăștiată
Principiu de funcționare : Detectează intensitatea împrăștierii luminii generată de particulele în suspensie în apă. În mare parte, adoptă moduri de detectare a luminii împrăștiate la 90° sau la 180° pentru a cuantifica turbiditatea apei.
Aplicații principale : Măsurare directă și de înaltă precizie în timp real a turbidității apei în apele de suprafață, canalizare menajeră și ape uzate industriale.
3.4 Senzori cu spectru laser
Principiul de funcționare : Adopți laserul ca sursă de lumină, care are avantajele monocromaticității ridicate, luminozității ridicate și interferențelor reduse. Combinat cu spectroscopia Raman și tehnologia de spectroscopie de absorbție cu laser cu diode reglabile, realizează detectarea urmelor ultra-sensibile.
Aplicații principale : Detectarea urmelor de gaze dizolvate (metan, dioxid de carbon etc.) și a micropoluanților cu concentrație scăzută în apă, potrivite pentru monitorizarea fină a mediului apei la standarde înalte.
4. Clasificarea senzorilor de calitate a apei ionice
Senzorii de calitate a apei ionice sunt dispozitive profesionale de detectare a anumitor substanțe ionice din apă. Tehnologia lor de bază se bazează pe electrozi selectivi de ioni și principii avansate de detectare electrochimică. Ele pot surprinde cu acuratețe activitatea și concentrația ionilor țintă din probele de apă, având structură simplă, răspuns rapid și cost redus și sunt utilizate pe scară largă în monitorizarea convențională a indicelui ionic al calității apei.
