Çevrimiçi su kalitesi izleme sensörlerinin tanımı

Su kalitesi sensörlerinin tanımı

Su kalitesi sensörü, su kütlelerindeki bir veya daha fazla spesifik fiziksel veya kimyasal özelliği tespit edebilen ve bu özelliklerin konsantrasyonunu veya yoğunluğunu kaydedilebilen, görüntülenebilen ve işlenebilen elektrik sinyallerine dönüştürebilen analitik bir cihazdır.

Basit bir ifadeyle, temel işlevleri 'algılama' ve 'dönüşüm'dür:

Algılama: Belirli hassas unsurlar aracılığıyla (elektrotlar, membranlar, optik problar gibi), su numunesindeki hedef maddelerle fiziksel veya kimyasal reaksiyonlar meydana gelir.

Dönüşüm: Reaksiyonun neden olduğu değişiklikleri (potansiyel, akım, ışık yoğunluğu ve sıcaklık değişiklikleri gibi) standart elektrik sinyallerine (4-20mA akım, dijital sinyaller gibi) dönüştürün.

Su kalitesi sensörleri, çevrimiçi otomatik izleme istasyonları, şamandıralar ve mobil izleme gemileri gibi modern su kalitesi izleme sistemleri oluşturmak için temel birimlerdir.

2. Ölçüm için geleneksel 5 parametre nelerdir?

Su kalitesinin beş geleneksel parametresi, su kalitesinin temel durumunu değerlendirmek için en temel ve temel göstergelerdir. Genellikle şunları içerirler:

Sıcaklık: Sudaki çözünmüş oksijeni, mikroorganizmaların aktivitesini ve kimyasal reaksiyonların hızını etkileyen, hemen hemen tüm ölçümlerde düzeltilmesi gereken temel bir parametredir.

pH değeri: Su kütlelerinin asitliğini veya alkaliliğini karakterize eder ve suda yaşayan organizmaların hayatta kalması ve kirleticilerin göçü ve dönüşümü üzerinde belirleyici bir etkiye sahiptir.

Çözünmüş oksijen: Suda çözünmüş moleküler oksijen konsantrasyonunu ifade eder ve su kütlelerinin kendi kendini temizleme kapasitesini ölçmek ve suda yaşayan organizmaların hayatta kalma durumunu değerlendirmek için temel bir göstergedir.

İletkenlik: Sudaki çözünmüş iyonların toplam konsantrasyonunu (yani tuzluluk veya toplam çözünmüş katılar TDS) dolaylı olarak karakterize eder ve su kütlelerinin mineralizasyon veya kirlilik derecesini belirlemek için kullanılabilir.

Bulanıklık: Sudaki asılı parçacıkların (tortu, alg ve organik madde gibi) neden olduğu su kütlelerinin ışığın geçişini ne ölçüde engellediğini gösterir ve duyusal özelliklerin ve temizliğin önemli bir göstergesidir.

Not: Belirli belirli senaryolarda 'beş parametre' biraz değişebilir. Örneğin, 'REDOX potansiyeli' veya 'tuzluluk' bazen dahil edilebilir, ancak yukarıdaki beşi en yaygın ve tanınan tanımlardır.

3. Ne tür optik sensörler dahildir?

Optik sensörler, maddeler ve ışık arasındaki etkileşim prensiplerine (absorbsiyon, saçılma, floresans, fosforesans vb.) dayalı olarak ölçüm yapar. Genellikle reaktiflere ihtiyaç duymama, hızlı yanıt verme ve elektromanyetik girişime daha az duyarlı olma gibi avantajlara sahiptirler.

Ana türler şunları içerir:

Ultraviyole görünür ışık absorpsiyon spektrum sensörü

Prensip: Su örneklerinin belirli dalga boylarındaki ultraviyole veya görünür ışığı absorbe etme derecesini ölçün ve Beer-Lambert yasasına göre kirleticilerin konsantrasyonunu hesaplayın.

Uygulama: COD (Kimyasal Oksijen İhtiyacı), NO3-N (nitrat nitrojen), TOC (Toplam Organik Karbon), belirli organik maddelerin (benzen serisi maddeler gibi) vb. ölçülmesi.

Floresan sensör

Prensip: Belirli bir dalga boyundaki ışık (uyarılma ışığı) su numunesi üzerine yansıtılır ve maddenin uyarıldıktan sonra yaydığı daha uzun dalga boyundaki ışığın (emisyon ışığı) yoğunluğu ölçülür.

Başvuru

Klorofil a sensörü: Alglerdeki klorofilin floresans yoğunluğunu ölçerek alg konsantrasyonunu tahmin eder ve alg çoğalmalarının erken uyarısı için önemli bir araçtır.

CDOM/FDOM sensörleri: Organik kirliliği izlemek ve su ötrofikasyonunu değerlendirmek için kullanılan renkli/floresan çözünmüş organik madde konsantrasyonunu ölçün.

Petrol sensörleri: Ham petroldeki polisiklik aromatik hidrokarbonların floresans özelliklerinden yararlanarak petrol kirliliğini izlerler.

Bulanıklık/dağınık ışık sensörü

Prensip: Suda asılı parçacıklar tarafından ışığın saçılma yoğunluğunu ölçün. Genellikle 90° veya 180° Açılı (iletilen ışık) dedektörler kullanılır.

Uygulama: Bulanıklığın doğrudan ölçümü.

Lazer spektrum sensörü

Prensip: Lazeri ışık kaynağı olarak kullanmak, iyi monokromatiklik ve yüksek parlaklık avantajlarına sahiptir ve Raman spektroskopisi ve ayarlanabilir diyot lazer absorpsiyon spektroskopisi gibi son derece hassas ölçümler elde edebilir.

Uygulama: Çözünmüş gazları (metan CH4, karbondioksit CO2 gibi) ve çeşitli iz kirleticileri ölçmek için kullanılır.

4. Ne tür iyon sensörleri dahildir?

İyon sensörleri esas olarak sudaki belirli iyonların konsantrasyonunu tespit etmek için kullanılır ve bunların çekirdeği iyon seçici elektrotlarda veya benzer elektrokimyasal algılama teknolojilerinde bulunur.

Ana türler şunları içerir:

İyon seçici elektrot

Prensip: Elektrotun üst kısmında, yalnızca hedef iyona yanıt veren ve böylece zarın her iki tarafında potansiyel farkı oluşturan özel bir iyon seçici zar bulunur. Bu potansiyel farkın büyüklüğü iyon konsantrasyonunun logaritmasıyla doğru orantılıdır (Nernst denklemi).

Yaygın türler

pH elektrodu: H+'ya duyarlı en klasik ISE.

Amonyak nitrojen elektrodu: Bir gaz geçirgenlik membranı aracılığıyla sudaki NH3'ü ölçer ve ardından bunu amonyak nitrojen konsantrasyonuna dönüştürür.

Nitrat elektrotu: NO3-'ü ölçer.

Florür elektrot: F-'yi ölçer.

Siyanür elektrotu: CN-'yi ölçer.

Kalsiyum, potasyum, sodyum, klorür iyon elektrotları vb.

Volt-amper sensörü

Prensip: Çalışma elektroduna değişken bir voltaj uygulanarak REDOX reaksiyonunun ürettiği akım ölçülür. Tepe akımı iyon konsantrasyonuyla ilgilidir.

Uygulama: Genellikle kurşun Pb⊃2;⁺, kadmiyum Cd⊃2;⁺, bakır Cu⊃2;⁺, çinko Zn⊃2;⁺ vb. gibi ağır metal iyonlarını son derece yüksek hassasiyetle ölçmek için kullanılır.

Özet ve karşılaştırma

Sensör kategorisi	Temel prensip	Avantajları	Tipik ölçüm göstergeleri
Optik sensör	Işık ve madde arasındaki etkileşim (absorbsiyon, saçılma, floresans)	Reaktif gerektirmez, hızlı tepki verir, sürekli izlenebilir ve nispeten az bakım gerektirir	Bulanıklık, COD, klorofil a, nitrat, çözünmüş organik madde
İyon sensörü	Elektrokimyasal potansiyel veya akımdaki değişiklikler (iyon seçici membranlar, REDOX reaksiyonları)	İyi seçicilik, doğrudan ölçüm ve birden fazla iyona uygulanabilirlik	Amonyak nitrojeni, nitrat, florür, siyanür, pH, çeşitli ağır metal iyonları