Обґрунтування розробки продукту
Великі водойми по всьому світу — океани й озера — стикаються з різними ступенями забруднення. Це в основному пов’язано з тим, що люди переоцінили здатність цих величезних водних систем до самоочищення, що призвело до незаконних скидів, спричинених хибним почуттям безпеки. У останні роки типові кризи водного забруднення часто виникали на всіх основних континентах.
Австралія — Великий Бар’єрний риф: екологічні дослідження 2025 року виявили важку евтрофікацію. Рівні солей поживних речовин, таких як азот і фосфор, досягли критично високих значень, що спричинило повторні випадки оббілення коралів та спалахи зірок-їжаків. Коралові спільноти на морському дні зазнали значних пошкоджень.
Нігерія – дельта річки Нігер: забруднення нафтою та важкими металами призвело до масового відмирання мангрових лісів. Національна рибна промисловість майже зруйнувалася, а рівень захворювань раком серед місцевого населення значно зріс.
Європа – Балтійське море: забруднення азотом та фосфором щороку викликає масові водоростеві квітіння, що серйозно впливають на рибну промисловість. Однак скидання стічних вод із навколишніх міст залишаються неконтрольованими.
У Китаї такі великі водойми, як озеро Діанчі, озеро Тай та озеро Хун, усі пережили водоростеві квітіння, спричинені евтрофікацією. Південнокитайське море та Східнокитайське море також зазнали серйозного забруднення через скидання стічних вод і нафтопродуктів, що призвело до невимірних економічних втрат у галузях рибальства, екосистем та туризму.
У відповідь на зростаючий попит на моніторинг великих водойм компанія JIDE розробила багатопараметричну онлайн-сенсорну систему, спеціально призначену для океанів та озер. З урахуванням поточних технологічних обмежень такі параметри, як загальний фосфор і загальний азот, досі важко виміряти безпосередньо за допомогою сенсорів. Тому на відкритих океанах та в центрі великих озер система встановлюється на великих буйових станціях.
Вона може вимірювати ключові параметри, зокрема:
• Температуру
• pH
• ОВП (окисно-відновний потенціал)
• Електропровідність/Загальні розчинені речовини (TDS)
• Розчинений кисень
• Забарвлення/Завислі речовини (SS)
• Хлорофіл
• Синьо-зелені водорості
• Йон калію (K⁺)
• Йон амонію (NH₄⁺)
• Йон нітрату (NO₃⁻)
• Йон хлориду (Cl⁻)
• Йон флуориду (F⁻)
Ці вимірювання забезпечують моніторинг у реальному часі та можливість раннього попередження про надмірний рівень поживних речовин, евтрофікацію, цвітіння водоростей та зниження рівня кисню.
JDMPA-6S – найвища конфігурація
Модель JDMPA-6S є найвищою конфігурацією в серії. Основний блок може розмістити до семи датчиків. Датчики працюють на основі електрохімічних, оптичних та фізичних принципів виявлення для вимірювання відповідних параметрів.
Усі порти датчиків на основному пристрої використовують універсальний інтерфейс. Датчики можна встановлювати в будь-який порт, а основний пристрій автоматично розпізнає тип датчика. Основний пристрій JDMPA-6S може зчитувати дані датчиків, налаштовувати параметри датчиків та виконувати калібрувальні операції. Залежно від налаштувань користувача, він може зберігати дані локально, передавати їх на платформу збору даних або безпосередньо надсилати на ПК чи мобільний телефон. Підтримується обидва типи передачі даних: провідна та бездротова (через Bluetooth).
Принципи вимірювання кожного параметра
1. Глибина
JIDE використовує датчик тиску — п’єзорезистивний чутливий елемент, ізольований гофрованою мембраною з нержавіючої сталі, — для вимірювання глибини води. Одна сторона датчика звернена до води, а інша — до вакууму для вимірювання тиску. Глибина обчислюється шляхом віднімання атмосферного тиску від тиску води.
Фактори, що впливають на вимірювання глибини, включають атмосферний тиск, густину води та температуру. Проведення калібрування «нуля» в повітрі забезпечує опорну точку щодо локального атмосферного тиску.
2. Електропровідність
JIDE використовує чотири графітові електроди для вимірювання електропровідності розчину. Два електроди вимірюють струм, а два інші — напругу; електропровідність обчислюється на основі цих вимірювань. Отримане значення електропровідності множиться на константу клітини (у 1/см), щоб перетворити його в електропровідність у міллісіменсах на сантиметр (мСм/см).
Кожен датчик має вбудований температурний датчик. Однак значення температури, виміряне цим датчиком, не фіксується та не відображається; воно використовується виключно для компенсації показань датчика. Калібрування температурних значень здійснюється відносно температурного датчика на зонді електропровідності.
3. Розчинений кисень
Оптичний сенсор розчиненого кисню JIDE ґрунтується на принципі гасіння флуоресценції. Світло синього кольору певної довжини хвилі спрямовується на флуоресцентний матеріал, закріплений на скляній підкладці, що викликає випромінювання флуоресценції. За відсутності кисню тривалість флуоресценції є максимальною. У присутності кисню на мембрані сенсора тривалість флуоресценції скорочується.
Для забезпечення точності та стабільності під час кожного циклу вимірювання червоне світло випромінюється у напрямку флуоресцентного матеріалу як опорний сигнал для визначення тривалості флуоресценції.
Концентрація кисню обернено пропорційна тривалості флуоресценції. Цей зв’язок кількісно описується рівнянням Штерна–Вольмера:
((T₀/T) – 1) у залежності від парціального тиску O₂.
Це не є строго лінійним співвідношенням (особливо при вищих тисках кисню); для аналізу відповідних даних потрібен поліноміальний нелінійний регресійний аналіз. Ця нелінійна характеристика з часом не змінюється суттєво й протягом тривалого періоду не впливає на точність вимірювань.
4. pH / ORP / AMMO (амоній) – за бажанням
Система складається з електрода pH та модуля переднього каскаду для вимірювання кислотності/лужності води або з електрода ORP та модуля переднього каскаду для вимірювання окисно-відновного потенціалу. ORP — це нехімічне вимірювання, яке відображає сумарний потенціал усіх розчинених у середовищі речовин.
Альтернативно можна вибрати датчик амонію (NH₄⁺). Він складається з амонієвого електрода та модуля переднього каскаду. Коли амонієвий електрод використовується разом із електродом порівняння, він вимірює напругу в мілівольтах, яка потім перетворюється в концентрацію іонів за допомогою спеціального розрахункового методу.
Для полегшення технічного обслуговування датчик має унікальну конструкцію, що дозволяє замінювати електрод або кришку мембрани безпосередньо на місці. Роз’єм розташований між верхнім модулем схеми та електродом. Щоб замінити електрод, просто відкрутіть старий електрод і встановіть новий — додаткові дії не потрібні.
5. Забарвленість
Забарвленість — це непряме вимірювання концентрації завислих твердих частинок у воді. Датчик забарвленості випромінює інфрачервоне світло в пробу й вимірює світло, розсіяне частинками у воді. Забарвленість є як важливим показником якості води, так і базовим параметром для оцінки екологічних змін. Завислі тверді частинки у природних водоймах походять із широкого спектра невизначених джерел (наприклад, пилу, глини, осаду, водоростей та органічної речовини), однак усі ці частинки впливають на пропускання світла й створюють сигнал забарвленості.
6. Загальна кількість водоростей
Загальний датчик водоростей використовує збудження двома довжинами хвилі для одночасного вимірювання концентрацій хлорофілу та синьо-зелених водоростей.
• Молекули хлорофілу флуоресцюють під впливом синього світла; інтенсивність флуоресценції використовується для розрахунку концентрації хлорофілу.
• Фікоціанін (пігмент у синьо-зелених водоростей) флуоресцює під впливом помаранчевого світла; інтенсивність флуоресценції використовується для розрахунку концентрації синьо-зелених водоростей.
Впровадження на місці
Онлайн-аналізатори серії JDMPA компанії JIDE зараз широко використовуються в океанах та великих озерах по всій Китаю. Інженери цінують міцне й довговічне корпусне виконання, відкритий протокол зв’язку MODBUS, що спрощує мережеве підключення, а також модульну конструкцію, яку легко обслуговувати та замінювати. Ці характеристики зробили серію JDMPA улюбленим вибором фахівців у галузі.
EN
