การตรวจสอบคุณภาพน้ำแบบหลายพารามิเตอร์แบบออนไลน์สำหรับทะเลสาบและมหาสมุทร

ภูมิหลังของการพัฒนาผลิตภัณฑ์

แหล่งน้ำขนาดใหญ่ทั่วโลก—ทั้งมหาสมุทรและทะเลสาบ—กำลังเผชิญกับมลพิษในระดับต่าง ๆ ซึ่งเกิดขึ้นส่วนใหญ่เพราะมนุษย์ประเมินความสามารถในการฟื้นฟูตนเองของระบบน้ำขนาดใหญ่เหล่านี้ไว้สูงเกินจริง ส่งผลให้มีการปล่อยน้ำเสียผิดกฎหมายโดยอาศัยความมั่นใจที่ผิดพลาด ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา วิกฤตมลพิษทางน้ำแบบคลาสสิกได้เกิดขึ้นบ่อยครั้งทั่วทุกทวีปหลัก

ออสเตรเลีย – เกาะแกรนด์แบร์ริเออร์รีฟ: ผลการสำรวจสิ่งแวดล้อมในปี ค.ศ. 2025 เปิดเผยว่าเกิดภาวะยูโทรฟิเคชันอย่างรุนแรง โดยพบเกลือธาตุอาหาร เช่น ไนโตรเจนและฟอสฟอรัส ในระดับสูงอย่างวิกฤต จนก่อให้เกิดเหตุการณ์ปะการังฟอกขาวซ้ำแล้วซ้ำเล่า และการระบาดของดาวทะเลอย่างรุนแรง ชุมชนปะการังบนพื้นทะเลได้รับความเสียหายอย่างกว้างขวาง

ไนจีเรีย – สามเหลี่ยมปากแม่น้ำไนเจอร์: มลพิษจากน้ำมันและโลหะหนักส่งผลให้ป่าชายเลนมีการตายอย่างกว้างขวาง ภาคประมงของประเทศใกล้จะล่มสลาย และอัตราการเกิดโรคมะเร็งในหมู่ประชาชนท้องถิ่นเพิ่มสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

ยุโรป – ทะเลบอลติก: มลพิษจากไนโตรเจนและฟอสฟอรัสก่อให้เกิดภาวะบานสะพรั่งของสาหร่ายอย่างรุนแรงเกือบทุกปี ซึ่งส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่ออุตสาหกรรมการประมง อย่างไรก็ตาม การปล่อยน้ำเสียจากเมืองต่าง ๆ ที่ล้อมรอบยังไม่ได้รับการควบคุม

ในประเทศจีน แหล่งน้ำหลัก เช่น ทะเลสาบเตี้ยนฉือ ทะเลสาบไท่ และทะเลสาบหง ต่างประสบภาวะบานสะพรั่งของสาหร่ายที่เกิดจากภาวะการอุดมสมบูรณ์เกินไป (Eutrophication) ทั้งทะเลจีนใต้และทะเลจีนตะวันออกยังได้รับผลกระทบจากมลพิษอย่างรุนแรงอันเนื่องมาจากการปล่อยน้ำเสียและเหตุการณ์น้ำมันรั่วไหล ส่งผลให้เกิดความสูญเสียทางเศรษฐกิจที่ประเมินค่ามิได้ต่ออุตสาหกรรมประมง ระบบนิเวศ และการท่องเที่ยว

เพื่อตอบสนองต่อความต้องการที่เพิ่มขึ้นในการตรวจสอบแหล่งน้ำขนาดใหญ่ บริษัท JIDE ได้พัฒนาระบบเซ็นเซอร์แบบออนไลน์หลายพารามิเตอร์ โดยออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับมหาสมุทรและทะเลสาบ เนื่องจากข้อจำกัดของเทคโนโลยีในปัจจุบัน พารามิเตอร์ เช่น ฟอสฟอรัสทั้งหมดและไนโตรเจนทั้งหมด ยังคงยากต่อการวัดโดยตรงด้วยเซ็นเซอร์ ดังนั้น ระบบจึงถูกติดตั้งบนสถานีเรือลอยน้ำขนาดใหญ่ในมหาสมุทรเปิดและบริเวณใจกลางทะเลสาบขนาดใหญ่

สามารถวัดพารามิเตอร์หลักต่าง ๆ ได้ รวมถึง:

• อุณหภูมิ

• ค่า pH

• ORP (ศักย์ออกซิเดชัน–รีดักชัน)

• การนำไฟฟ้า/ค่า TDS

• ออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำ

• ความขุ่น/สารแขวนลอย (SS)

• คลอโรฟิลล์

• สาหร่ายสีน้ำเงิน–เขียว

• ไอออนโพแทสเซียม (K⁺)

• ไอออนแอมโมเนียม (NH₄⁺)

• ไอออนไนเตรต (NO₃⁻)

• ไอออนคลอไรด์ (Cl⁻)

• ไอออนฟลูออไรด์ (F⁻)

การวัดเหล่านี้ให้ความสามารถในการตรวจสอบแบบเรียลไทม์และแจ้งเตือนล่วงหน้าสำหรับระดับสารอาหารที่สูงเกินไป การเกิดยูโทรฟิเคชัน การบานของสาหร่าย และระดับออกซิเจนที่ลดลง

JDMPA - 6S – รุ่นที่มีสเปกสูงสุด

รุ่น JDMPA - 6S เป็นรุ่นที่มีสเปกสูงสุดในซีรีส์ โดยตัวเครื่องหลักสามารถรองรับเซนเซอร์ได้สูงสุดถึงเจ็ดตัว เซนเซอร์ทำงานตามหลักการตรวจจับแบบไฟฟ้าเคมี แบบแสง และแบบกายภาพ เพื่อวัดพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องแต่ละตัว

พอร์ตเซ็นเซอร์ทั้งหมดบนหน่วยหลักใช้อินเทอร์เฟซแบบสากล สามารถติดตั้งเซ็นเซอร์ลงในพอร์ตใดก็ได้ และหน่วยหลักจะระบุชนิดของเซ็นเซอร์โดยอัตโนมัติ หน่วยหลัก JDMPA - 6S สามารถอ่านข้อมูลจากเซ็นเซอร์ กำหนดค่าพารามิเตอร์ของเซ็นเซอร์ และดำเนินการสอบเทียบได้ ขึ้นอยู่กับการตั้งค่าของผู้ใช้ หน่วยนี้สามารถจัดเก็บข้อมูลไว้ในเครื่อง ถ่ายโอนข้อมูลไปยังแพลตฟอร์มการเก็บรวบรวมข้อมูล หรือส่งข้อมูลโดยตรงไปยังคอมพิวเตอร์หรือสมาร์ทโฟน รองรับการสื่อสารข้อมูลทั้งแบบมีสายและแบบไร้สายผ่านเทคโนโลยีบลูทูธ

หลักการวัดแต่ละพารามิเตอร์

1. ความลึก

JIDE ใช้เซ็นเซอร์วัดความดัน ซึ่งประกอบด้วยองค์ประกอบตรวจจับแบบพีโซเรซิสทีฟ (piezoresistive) ที่แยกออกจากกันด้วยไดอะแฟรมแบบลูกฟูกทำจากสแตนเลส ด้านหนึ่งของเซ็นเซอร์หันเข้าหาผิวน้ำ อีกด้านหนึ่งเปิดสู่สุญญากาศเพื่อวัดความดัน ความลึกคำนวณได้จากการนำค่าความดันของน้ำลบด้วยความดันบรรยากาศ

ปัจจัยที่ส่งผลต่อการวัดความลึก ได้แก่ ความดันบรรยากาศ ความหนาแน่นของน้ำ และอุณหภูมิ การดำเนินการสอบเทียบค่า "ศูนย์" ในอากาศจะให้ค่าอ้างอิงเทียบกับความดันบรรยากาศในพื้นที่นั้น

2. ความสามารถในการนำไฟฟ้า

JIDE ใช้ขั้วไฟฟ้ากราไฟต์จำนวนสี่ขั้วในการวัดความสามารถในการนำไฟฟ้าของสารละลาย โดยขั้วไฟฟ้าสองขั้วทำหน้าที่วัดกระแสไฟฟ้า และอีกสองขั้วทำหน้าที่วัดแรงดันไฟฟ้า ซึ่งค่าความสามารถในการนำไฟฟ้าจะคำนวณจากผลการวัดเหล่านี้ ค่าความสามารถในการนำไฟฟ้าที่ได้จะถูกคูณด้วยค่าคงที่ของเซลล์ (หน่วยเป็น 1/ซม.) เพื่อแปลงให้เป็นหน่วยมิลลิซีเมนส์ต่อเซนติเมตร (mS/cm)

เซนเซอร์แต่ละตัวมีเซนเซอร์วัดอุณหภูมิในตัว อย่างไรก็ตาม ค่าอุณหภูมิที่วัดได้จากเซนเซอร์นี้จะไม่ถูกบันทึกหรือแสดงผล แต่จะใช้เพื่อการชดเชยค่าของเซนเซอร์เท่านั้น การสอบเทียบค่าอุณหภูมิจะอ้างอิงกับเซนเซอร์วัดอุณหภูมิที่ติดตั้งอยู่บนโพรบที่วัดความสามารถในการนำไฟฟ้า

3. ออกซิเจนที่ละลายในน้ำ

เซ็นเซอร์วัดปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำแบบออปติคัลของ JIDE ใช้หลักการของการยับยั้งการเรืองแสง (fluorescence quenching) โดยจะส่งแสงสีฟ้าความยาวคลื่นเฉพาะไปยังวัสดุเรืองแสงที่ถูกตรึงไว้บนพื้นผิวกระจก ทำให้วัสดุนั้นเรืองแสงขึ้น ในกรณีที่ไม่มีออกซิเจน ระยะเวลาการเรืองแสงจะยาวที่สุด แต่เมื่อมีออกซิเจนอยู่บนเยื่อหุ้มเซ็นเซอร์ ระยะเวลาการเรืองแสงจะสั้นลง

เพื่อให้มั่นใจในความแม่นยำและความเสถียร แสงสีแดงจะถูกปล่อยไปยังวัสดุเรืองแสงในแต่ละรอบของการวัด เพื่อใช้เป็นค่าอ้างอิงในการกำหนดระยะเวลาการเรืองแสง

ความเข้มข้นของออกซิเจนแปรผกผันกับระยะเวลาการเรืองแสง ความสัมพันธ์นี้สามารถอธิบายเชิงปริมาณได้ด้วยสมการสเติร์น-โวล์เมอร์ (Stern-Volmer equation)

((T₀/T) – 1) เทียบกับความดันบางส่วนของ O₂

ความสัมพันธ์นี้ไม่ใช่ความสัมพันธ์เชิงเส้นอย่างเคร่งครัด (โดยเฉพาะที่ความดันออกซิเจนสูง) ข้อมูลที่เกี่ยวข้องจำเป็นต้องวิเคราะห์ด้วยการถดถอยแบบไม่เชิงเส้นแบบพหุนาม ลักษณะไม่เชิงเส้นนี้ไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญตามระยะเวลา และจะไม่ส่งผลต่อความแม่นยำของการวัดเป็นเวลานาน

4. pH / ORP / AMMO (แอมโมเนียม) – แบบเลือกได้

ระบบประกอบด้วยอิเล็กโทรดวัดค่า pH และโมดูลวงจรด้านหน้าเพื่อวัดความเป็นกรด-ด่างของน้ำ หรืออิเล็กโทรดวัดค่า ORP และโมดูลวงจรด้านหน้าเพื่อวัดศักย์ออกซิเดชัน-รีดักชัน (Oxidation-Reduction Potential) ค่า ORP เป็นการวัดที่ไม่ใช่ทางเคมี ซึ่งแสดงศักย์รวมของสารทั้งหมดที่ละลายอยู่ในตัวกลาง

นอกจากนี้ ยังสามารถเลือกใช้เซนเซอร์วัดแอมโมเนียม (NH₄⁺) ได้ ซึ่งประกอบด้วยอิเล็กโทรดวัดแอมโมเนียมและโมดูลวงจรด้านหน้า เมื่ออิเล็กโทรดวัดแอมโมเนียมใช้งานร่วมกับอิเล็กโทรดอ้างอิง จะวัดแรงดันไฟฟ้าเป็นมิลลิโวลต์ จากนั้นจึงแปลงค่าแรงดันนี้เป็นค่าความเข้มข้นของไอออนโดยใช้วิธีการคำนวณเฉพาะ

เพื่ออำนวยความสะดวกในการบำรุงรักษา เซ็นเซอร์นี้มีการออกแบบพิเศษที่ช่วยให้สามารถเปลี่ยนขั้วไฟฟ้าหรือฝาครอบเมมเบรนได้ในสถานที่จริง โดยมีขั้วต่ออยู่ระหว่างโมดูลวงจรด้านบนกับขั้วไฟฟ้า เพื่อเปลี่ยนขั้วไฟฟ้า ให้คลายขั้วไฟฟ้าเก่าออกด้วยการหมุนแบบถอดเกลียว แล้วติดตั้งขั้วไฟฟ้าใหม่เข้าไป—ไม่จำเป็นต้องดำเนินการเพิ่มเติมใดๆ

5. ความขุ่น

ความขุ่นเป็นการวัดค่าโดยอ้อมของความเข้มข้นของของแข็งที่ลอยตัวอยู่ในน้ำ เซ็นเซอร์วัดความขุ่นจะปล่อยแสงอินฟราเรดเข้าสู่ตัวอย่าง แล้ววัดปริมาณแสงที่ถูกกระจายโดยอนุภาคในน้ำ ความขุ่นเป็นตัวบ่งชี้คุณภาพน้ำที่สำคัญมาก และยังเป็นพารามิเตอร์พื้นฐานสำหรับประเมินการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อม ของแข็งที่ลอยตัวในแหล่งน้ำธรรมชาติมีต้นกำเนิดจากแหล่งที่หลากหลายและไม่แน่นอน (เช่น ตะกอนดิน ดินเหนียว ตะกอน สาหร่าย และสารอินทรีย์) แต่อนุภาคทั้งหมดเหล่านี้ล้วนมีผลต่อการส่งผ่านแสง และสร้างสัญญาณความขุ่น

6. สาหร่ายรวม

เซ็นเซอร์วัดสาหร่ายรวมใช้การกระตุ้นด้วยแสงสองความยาวคลื่นเพื่อวัดความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์และสาหร่ายสีน้ำเงิน-เขียวพร้อมกัน

• โมเลกุลคลอโรฟิลล์จะเรืองแสงเมื่อสัมผัสกับแสงสีน้ำเงิน โดยความเข้มของการเรืองแสงจะถูกใช้ในการคำนวณความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์

• ไฟโคไซยานิน (สารสีที่พบในสาหร่ายสีน้ำเงิน-เขียว) จะเรืองแสงเมื่อสัมผัสกับแสงสีส้ม โดยความเข้มของการเรืองแสงจะถูกใช้ในการคำนวณความเข้มข้นของสาหร่ายสีน้ำเงิน-เขียว

การนำไปใช้งานจริงในภาคสนาม

เครื่องวิเคราะห์แบบออนไลน์รุ่น JDMPA ของบริษัท JIDE กำลังได้รับการใช้งานอย่างแพร่หลายในมหาสมุทรและทะเลสาบขนาดใหญ่ทั่วประเทศจีน วิศวกรชื่นชมตัวเรือนที่แข็งแรงและทนทาน โปรโตคอลการสื่อสารแบบเปิด MODBUS ซึ่งช่วยให้เชื่อมต่อเครือข่ายได้อย่างง่ายดาย และการออกแบบแบบโมดูลาร์ที่สามารถบำรุงรักษาและเปลี่ยนชิ้นส่วนได้อย่างสะดวก คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้ซีรีส์ JDMPA เป็นทางเลือกอันเป็นที่นิยมของผู้เชี่ยวชาญในภาคสนาม