A água é a fonte da vida e a base da ecologia. De rios, lagos e mares às torneiras de milhares de residências, a segurança da qualidade da água está diretamente relacionada à segurança ecológica, à saúde das pessoas e ao desenvolvimento econômico e social sustentável. No passado, monitorar a qualidade da água era uma tarefa tediosa e demorada, que exigia amostragem manual e análise laboratorial. Além de ineficiente, apresentava problemas como defasagem de dados e baixa representatividade. Hoje em dia, com o rápido desenvolvimento da tecnologia, um "olho inteligente" que integra múltiplas funções – um sensor multiparâmetros de qualidade da água – está mudando completamente a forma como percebemos e entendemos o mundo aquático.

1、 O que é um sensor multiparâmetro de qualidade da água?

O sensor multiparâmetro de qualidade da água é um dispositivo de monitoramento inteligente altamente integrado que pode medir simultaneamente, continuamente e in situ vários indicadores físicos, químicos e biológicos importantes na água usando tecnologia de detecção avançada.

Seu principal atrativo reside na integração de "múltiplos parâmetros". Nos métodos tradicionais, a medição do valor de pH, oxigênio dissolvido (OD), condutividade (SDT), turbidez, etc., requer diferentes instrumentos e reagentes. Os sensores multiparâmetros integram engenhosamente vários módulos de sensores independentes em uma sonda ou sistema compacto, permitindo a obtenção de um conjunto completo de dados de qualidade da água em apenas uma implantação, melhorando significativamente a eficiência e a conveniência do monitoramento.

Os parâmetros de monitoramento essenciais comuns incluem:

• Indicadores físicos: temperatura, turbidez, condutividade (sólidos dissolvidos totais TDS podem ser calculados).

• Indicadores químicos: Valor de pH, potencial de oxidação-redução (ORP), oxigênio dissolvido (OD).

• Indicadores abrangentes: demanda química de oxigênio (DQO), nitrogênio amoniacal (NH3-N), nitrato (NO3-), clorofila-a, algas verde-azuladas, etc. (módulos sensores específicos são necessários).

2、 Princípios e vantagens da tecnologia central

A base tecnológica dos sensores multiparâmetros são várias tecnologias avançadas de detecção, como detecção fotoelétrica, detecção eletroquímica, detecção ultrassônica, etc.

Sensor de pH: Normalmente, o método do eletrodo de vidro é usado para medir a concentração de íons de hidrogênio medindo a diferença de potencial em ambos os lados do filme de vidro.

Sensor de oxigênio dissolvido: O método mais comum é a extinção de fluorescência (método óptico). A substância fluorescente na superfície do sensor é excitada por luz de um comprimento de onda específico, e a concentração de oxigênio na água afeta a intensidade e a vida útil da fluorescência. Medindo essas mudanças nas propriedades ópticas, o teor de oxigênio dissolvido pode ser calculado com precisão. Este método não requer eletrólito, requer manutenção mínima e possui alta estabilidade.

Sensor de turbidez: Ele frequentemente usa o princípio da luz espalhada em 90° ou 180° para emitir um feixe de luz e medir a intensidade da luz espalhada por partículas suspensas na água, determinando assim o grau de turbidez da água.

Sensor de condutividade: Com base na lei de Ohm, sua condutividade é calculada medindo-se a resistência da água entre dois eletrodos.

Suas vantagens significativas residem em:

• Tempo real e continuidade: fornece um fluxo de dados ininterrupto 24 horas por dia, 7 dias por semana, que pode capturar mudanças anormais transitórias e repentinas na qualidade da água, que não podem ser comparadas à amostragem manual.

• Monitoramento in situ: Os sensores são colocados diretamente no corpo d'água testado, evitando possíveis alterações qualitativas que podem ocorrer durante o transporte e armazenamento da amostra, resultando em dados mais autênticos e representativos.

• Alta eficiência e baixo custo: uma máquina pode ser usada para múltiplas finalidades, economizando o custo e o tempo de coletas frequentes de amostras e análises laboratoriais extensas. A longo prazo, os benefícios abrangentes são extremamente altos.

• Integração e inteligência: profundamente integrados à moderna tecnologia de Internet das Coisas (IoT), os dados podem ser transmitidos em tempo real para plataformas de nuvem por meio de tecnologias sem fio, como 4G/5G, LoRa, NB IoT, etc., permitindo monitoramento remoto, análise de big data e alertas inteligentes.

3、 Cenários amplamente aplicáveis

Este 'Olho da Sabedoria' desempenha um papel crucial em vários setores:

• Monitoramento ambiental e proteção ecológica: usado para monitoramento ecológico de longo prazo de rios, lagos, reservatórios, oceanos e outros corpos d'água, avaliando riscos ambientais como eutrofização e proliferação de algas e fornecendo suporte de dados para decisões de governança.

• Cidade Inteligente e Gestão de Água: Instalado na entrada, unidade de tratamento de processo e saída de estações de tratamento de água para obter monitoramento de circuito fechado da qualidade da água durante todo o processo, garantindo a segurança da água potável; Usado para monitorar a entrada e saída de redes de drenagem urbana e estações de tratamento de esgoto para melhorar a eficiência operacional.

• Aquicultura: Em tanques de aquicultura de alta densidade, parâmetros-chave relacionados à sobrevivência dos peixes, como pH e oxigênio dissolvido, são monitorados em tempo real. Em caso de anomalias, um alarme é imediatamente acionado e equipamentos como aeradores podem ser conectados para evitar riscos e reduzir perdas econômicas de forma eficaz.

• Monitoramento de processos e emissões industriais: em indústrias como alimentícia, farmacêutica e química, monitore a qualidade da água usada nos processos de produção; ao mesmo tempo, o monitoramento rigoroso da descarga de águas residuais das saídas de esgoto da empresa para garantir a conformidade com os padrões é a "sentinela da linha de frente" da supervisão da proteção ambiental.

• Pesquisa científica e engenharia hidráulica: fornecimento de dados brutos de alta frequência e alta precisão para pesquisa científica em áreas como hidrologia, geologia e meio ambiente; usado para garantir a qualidade e a segurança da água em projetos de transferência de água de larga escala, como o Projeto de Desvio de Água do Sul para o Norte.

4、 Desafios e Perspectivas Futuras

• Apesar de suas vantagens excepcionais, os sensores multiparâmetros também enfrentam alguns desafios: a bioincrustação pode afetar a precisão do sensor, exigindo materiais antipoluição avançados ou dispositivos de limpeza automática; o complexo ambiente aquático impõe maiores demandas à estabilidade de longo prazo e à capacidade antiinterferência dos sensores; enquanto isso, o alto investimento inicial e os requisitos de manutenção profissional também limitaram, até certo ponto, sua popularidade.

• Olhando para o futuro, o desenvolvimento de sensores multiparâmetros de qualidade da água apresentará as seguintes tendências:

• Miniaturização e menor consumo de energia: Sensores baseados na tecnologia MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) serão menores e mais eficientes em termos de energia, adequados para plataformas de monitoramento móvel, como drones e robôs subaquáticos, bem como cenários não tripulados de longo prazo.

• Maior integração e mais parâmetros: No futuro, um sensor poderá integrar dezenas de funções de monitoramento, incluindo até mesmo indicadores difíceis de medir, como metais pesados e poluentes orgânicos.

• Autolimpeza e autocalibração: A aplicação de materiais inteligentes e novas tecnologias resolverá efetivamente o problema da poluição biológica e alcançará o autodiagnóstico e a calibração automática dos sensores, reduzindo significativamente os custos de manutenção.

• Integração profunda da inteligência artificial: combinando algoritmos de IA, os sensores podem não apenas fornecer dados, mas também realizar previsões de tendências, rastreamento de poluição e diagnóstico inteligente, passando da "percepção" para a "cognição" e "tomada de decisão".

Conclusão

O sensor multiparâmetro de qualidade da água, o "olho inteligente" que observa o mundo aquático, tornou-se uma infraestrutura essencial indispensável para a construção da gestão digital da água e da proteção ambiental inteligente. Ele torna as mudanças antes invisíveis na qualidade da água claras, visíveis, gerenciáveis e controláveis. Com a evolução contínua da tecnologia e a redução contínua dos custos, ele inevitavelmente se integrará de forma mais profunda e ampla em nossas vidas, proporcionando um impulso sem precedentes para a proteção dessa água limpa e a garantia da segurança hídrica global.