1. Визначення онлайнових датчиків моніторингу якості води
Датчик онлайн-моніторингу якості води – це прецизійний аналітичний пристрій, який безперервно визначає фізико-хімічні параметри водойм у режимі реального часу. Він перетворює незначні зміни концентрації речовини або характерної інтенсивності в стандартні електричні сигнали, що піддаються обробці, забезпечуючи цілодобовий автоматичний запис, відображення та аналіз даних для систем моніторингу водного середовища.
Простіше кажучи, основний робочий механізм датчиків онлайн-моніторингу якості води спирається на дві ключові можливості:
вимірювання та
перетворення сигналу.
Зондування : оснащені спеціальними чутливими компонентами, такими як іонні електроди, проникні мембрани та оптичні зонди, датчики запускають специфічні фізичні або хімічні реакції з цільовими речовинами у зразках води, щоб фіксувати зміни якості води в реальному часі.
Перетворення сигналу : тонкі зміни, викликані реакціями (включаючи різницю потенціалів, струм, інтенсивність світла та зміни температури), перетворюються на стандартизовані вихідні електричні сигнали, включаючи аналогові сигнали струму 4–20 мА та цифрові сигнали зв’язку.
Будучи основним зовнішнім апаратним забезпеченням інтелектуальних систем моніторингу водного середовища, онлайн-датчики моніторингу якості води широко використовуються в
Система моніторингу якості води в аквакультурі , автоматичні онлайн-станції моніторингу, буї для моніторингу водного середовища, мобільні судна для моніторингу та сценарії моніторингу промислової води в реальному часі.
2. П'ять традиційних параметрів вимірювання якості води
П'ять умовних параметрів якості води є найбільш фундаментальними та авторитетними показниками для оцінки основного стану водного середовища, що охоплює фізичні, хімічні та екологічні характеристики водних тіл. Загальновизнані основні параметри такі:
Температура води : основний коригувальний параметр для майже всіх вимірювань якості води. Він безпосередньо впливає на вміст розчиненого кисню у воді, мікробну активність і швидкість хімічних реакцій у воді, служачи основним джерелом для оцінки водного середовища.
Значення pH : ключовий показник, що характеризує кислотність і лужність водойм. Це глибоко впливає на виживання та розмноження водних організмів, а також на міграцію, трансформацію та збагачення різних забруднюючих речовин у воді.
Розчинений кисень (DO) : відноситься до концентрації молекулярного кисню, розчиненого у воді. Це критичний оціночний індекс для оцінки здатності водних об’єктів до самоочищення та оцінки стану здоров’я водних екологічних середовищ.
Провідність : опосередковано відображає загальну концентрацію розчинених іонів у воді, що відповідає солоності води та загальній кількості розчинених твердих речовин (TDS). Він може ефективно характеризувати ступінь мінералізації та рівень неорганічного забруднення водойм.
Каламутність : вказує на ступінь блокування світла водойм, спричинений зваженими відкладеннями, водоростями, органічним сміттям та іншими твердими частинками. Це важливий візуальний і фізичний показник для оцінки чистоти води та ступеня забруднення суспензією.
Примітка : конфігурація п’яти традиційних параметрів може бути дещо скоригована для конкретних сценаріїв застосування. Для індивідуальних вимог моніторингу окислювально-відновний потенціал (ОВП) або солоність можуть замінити часткові параметри, тоді як наведені вище п’ять показників залишаються найбільш поширеною та визнаною промисловістю стандартною конфігурацією.
3. Класифікація та принципи оптичних датчиків якості води
Оптичні датчики якості води реалізують визначення параметрів якості води на основі характеристик оптичної взаємодії між водними речовинами та світлом, включаючи поглинання, розсіювання світла, флуоресценцію та фосфоресценцію. Завдяки відсутності споживання реагентів, швидкому відгуку та сильній здатності запобігати електромагнітним перешкодам вони стали основними пристроями моніторингу у високоточному виявленні водного середовища. Нижче наведено основні типи та застосування:
3.1 Сенсори спектру поглинання в ультрафіолетовому та видимому діапазоні (УФ-видимому).
Принцип роботи : відповідно до закону Бір-Ламберта, датчик виявляє інтенсивність поглинання світла зразками води на певних ультрафіолетових і видимих довжинах хвиль і кількісно обчислює концентрацію цільових забруднюючих речовин через лінійне співвідношення між поглинанням і концентрацією речовини.
Основні застосування : Виявлення в режимі реального часу хімічного споживання кисню (COD), нітратного азоту (NO3-N), загального органічного вуглецю (TOC) і характерних органічних забруднюючих речовин, таких як бензольні серії у воді.
3.2 Флуоресцентні датчики
Принцип роботи : опромінюйте зразки води збуджуючим світлом певної довжини хвилі та виявляйте інтенсивність довгохвильового випромінювання світла, створеного збудженням флуоресцентних речовин у воді, щоб реалізувати кількісний моніторинг цільових речовин.
Основні програми
• Датчики хлорофілу-а: оцініть біомасу та щільність водоростей шляхом визначення інтенсивності флуоресценції хлорофілу у воді, забезпечуючи раннє попередження про цвітіння водоростей та евтрофікацію води.
• Датчики CDOM/FDOM: відстежуйте концентрацію кольорової розчиненої органічної речовини (CDOM) і флуоресцентної розчиненої органічної речовини (FDOM), застосовуючи її для відстеження органічного забруднення та екологічної оцінки води.
• Датчики забруднення нафтою: використовуйте унікальні характеристики флуоресценції поліциклічних ароматичних вуглеводнів у нафтових речовинах для реалізації онлайн-моніторингу розливу нафти у воді та забруднення нафтою.
3.3 Датчики каламутності/розсіяного світла
Принцип роботи : визначення інтенсивності розсіювання світла, створюваного зваженими частинками у воді. Для кількісного визначення каламутності води він переважно використовує режими виявлення розсіяного світла 90° або 180° прохідного світла.
Основні сфери застосування : пряме та високоточне вимірювання в режимі реального часу каламутності води в поверхневих водах, побутових та промислових стічних водах.
3.4 Датчики лазерного спектру
Принцип роботи : використовуйте лазер як джерело світла, яке має переваги високої монохроматичності, високої яскравості та низького рівня перешкод. У поєднанні з спектроскопією комбінаційного розсіювання та регульованою діодною лазерною абсорбційною технологією спектроскопії це забезпечує надчутливе виявлення слідів.
Основні сфери застосування : виявлення слідів розчинених газів (метан, вуглекислий газ тощо) і мікрозабруднювачів низької концентрації у воді, що підходить для тонкого моніторингу водного середовища за високими стандартами.
4. Класифікація іонних датчиків якості води
Іонні датчики якості води — це професійні пристрої для виявлення певних іонних речовин у воді. Їхня основна технологія базується на іонселективних електродах і передових принципах електрохімічного чутливості. Вони можуть точно фіксувати активність і концентрацію цільових іонів у зразках води, відрізняючись простою структурою, швидкою реакцією та низькою вартістю, і широко використовуються в стандартному моніторингу іонного індексу якості води.
