أولاً - لمحة عامة

　　على الخط محلل الأوكسجين المذابهو نوع منفي الوقت الحقيقي رصد مستمر من تركيز الأوكسجين المذاب في السائل ( عادة ما تكون المياه أو مياه الصرف الصحي )أداة تستخدم على نطاق واسع فيمعالجة مياه الصرف الصحي ، ومراقبة العمليات الصناعية ، وتربية الأحياء المائية ، والرصد البيئي ، والمياه السطحية / تقييم المياه الجوفيةمجالات أخرى . الأكسجين المذاب ( لا ) هو معيار رئيسي لقياس قدرة تنقية المياه ، الكيمياء الحيوية فعل النشاط ونوعية المياه الحالة الصحية . دقة رصد تركيز الأوكسجين المذاب له أهمية كبيرة لضمان عملية مستقرة ، وتحسين استخدام الموارد وحماية البيئة .

　　على الخط محلل الأوكسجين المذابتركيز الأوكسجين المذاب هو تحويلها إلى إشارة كهربائية من خلال الاتصال المباشر مع قياس وسائل الإعلام من خلال أجهزة الاستشعار الرقمية أو التناظرية إشارة خرج بعد معالجتها بواسطة الارسال ، تسجيل البيانات ، والتنبيه ، والرصد عن بعد الدعم .دقة عالية ، وموثوقية عالية ، ورصد مستمرالطلب .

تعريف وأهمية الأكسجين المذاب

1 - تعريف الأوكسجين المذاب

الأكسجين المذاب ( لا )الأكسجين الجزيئي المذاب في الماء أو سوائل أخرىعادةملغم / لتر أو جزء في المليونتمثيل محتوى الماء يتأثر بعوامل مثل درجة حرارة المياه ، الضغط ، الملوحة و الضغط الجوي .

　　درجة حرارة الماءارتفاع درجة الحرارة ، وانخفاض تركيز الأوكسجين المذاب في الماء ( على سبيل المثال ، لا تشبع حوالي 9.1 مغ / لتر في 20 درجة مئوية و 7.6 مغ / لتر في 30 درجة مئوية ) .

　　ضغطأعلى ارتفاع ( انخفاض الضغط الجوي ) ، وضعف القدرة على حل الأكسجين .

　　الملوحةزيادة الملوحة يمكن أن تقلل من ذوبان الأكسجين ( لا المشبعة في مياه البحر حوالي 20 ٪ أقل من المياه العذبة ) ؛

　　الاتصال الجويالمياه والهواء الاتصال الكامل ( مثل خزان التهوية ، نهر ) ، والأكسجين الذائب أقرب إلى التشبع .

2 - أهمية الأوكسجين المذاب

　　معالجة مياه الصرف الصحيفي عملية الحمأة المنشطة ، والكائنات الحية الدقيقة الهوائية تعتمد على الأكسجين المذاب في التحلل من المواد العضوية ( مثل سمك القد / مجلس الادارة ) ، هل التركيز يؤثر بشكل مباشر على كفاءة معالجة الحمأة المنشطة .

　　العمليات الصناعيةعلى سبيل المثال ، لا ( 0.01 مغ / لتر ) يجب أن تكون منخفضة جدا في تغذية المياه المرجل لمنع تآكل الأكسجين من الأنابيب المعدنية . التفاعلات الكيميائية ( على سبيل المثال ، التخمير ، الأكسدة ) تتطلب مراقبة دقيقة لا تركيز .

　　تربية الأحياء المائيةالأسماك والكائنات المائية تعتمد على الأكسجين المذاب في التنفس ، وانخفاض هل ( أقل من 3 مغ / لتر ) يمكن أن يؤدي إلى موت الأكسجين ، وارتفاع لا يمكن أن تعزز النمو .

　　رصد البيئةمستوى لا في الأنهار والبحيرات يعكس قدرة تنقية المياه ( على سبيل المثال ، لا < 2 مغ / لتر هو علامة سوداء ورائحة المياه ) ، هو واحد من المؤشرات الأساسية لتقييم نوعية المياه .

مبدأ العمل على الخط محلل الأوكسجين المذاب

جوهر على الخط محلل الأوكسجين المذابتحويل تركيز الأوكسجين المذاب في إشارة كهربائية قابلة للقياس، بما في ذلك الطرق التقنية الرئيسيةطريقة الكهروكيميائية ( طريقة الخلايا الأولية / قِيَاس اِستِقطَابِيَّة )مع .الأسلوب البصري ( مضان )هناك فرق كبير بين هذين النوعين من أساليب مناسبة لمختلف السيناريوهات .

( أ ) الطرائق الكهروكيميائية

طريقة تمرير الكهروكيميائيةتفاعل كيميائي بين القطب الكهربائي و الأكسجين المذاب يولد تيار كهربائي أو فرق الجهدمقسمةطريقة الخلايا الأوليةوpolarographic طريقةاثنين من هياكل مماثلة ، ولكن أساليب القيادة المختلفة .

1 - الهيكل الأساسي

أجهزة الاستشعار الكهروكيميائية تتكون أساسا من الأجزاء التالية :

　　تنفس فيلم ( فيلم )تغطي سطح القطب ، مما يسمح جزيئات الأكسجين بالمرور ولكن كتلة السائل والشوائب ( مثل تعليق ، الشحوم ) ، وحماية الداخلية بالكهرباء .

　　نظام كهربائيبما في ذلكالكاثود ( عادة الذهب / البلاتين )والأنود ( عادة الفضة / الرصاص )الداخليةالمنحل بالكهرباء ( مثل ملعقة شاي الحل )ن

　　وحدة معالجة الإشاراتضعف التيار الكهربائي / الجهد الناتج من القطب هو تحويلها إلى إشارة القياسية ( على سبيل المثال ، 4 ~ 20 ما ، 0 ~ 10 الخامس ) .

2 - تقسيم مبدأ العمل

( 1 ) قِيَاس اِستِقطَابِيَّة

　　طريقة القيادةمطلوب تطبيق خارجيالعاصمة الجهد 0.6 ~ 0.8 الخامس( الاستقطاب الجهد ) ، مما اضطر إلى الحد من الأوكسجين .

　　عملية رد الفعلس

　　الكاثود ( الذهب / البلاتين )الأكسجين في القطب السالب للحصول على الإلكترون هو خفض إلى أيونات الهيدروكسيل ( حالة قلوية ) أو الماء ( حالة حمضية ) .

O2 + 2H2 س + 4E → 4OH ( القلوية )

أو $ س 2 + 4 ح ^ + 4 ه ^ - \\ \\ \\ \\ \\ \\ rightarrow 2h u 2o quad ( \\ text { حمض } )

- أنود الفضة * * : يتأكسد الفضة إلى كلوريد الفضة ( AG + CL-AG → AGCL + E ) ، مما يتيح حلقة إلكترونية؛ * إشارة خرج * * : معدل انتشار الأكسجين يتناسب طردياً مع تركيز الأوكسجين المذاب في الماء ، ويعكس تركيز لا ( عادةً مستوى نا μ a ) من خلال تيار التخفيض الكاثودية .

( 2 ) طريقة الخلايا الأولية

　　طريقة القيادة: أي جهد خارجي ، تعتمد علىعفوية الأكسدة والاختزال فرق الجهد الكهربائي الموادرد فعل القيادة ( مثل مبدأ البطارية ) ؛

　　عملية رد الفعلس

　　الكاثود ( الذهب )الحد من الأوكسجين إلى هيدروكسيد ( isopolar الطيف ) ؛

　　الأنود ( الرصاص )الرصاص المؤكسدة في أكسيد الرصاص ( الرصاص → الرصاص ⁺ + 2E ⁻ ) ، يتفاعل مع الأيونات في المنحل بالكهرباء على شكل مادة غير قابلة للذوبان ( مثل pbcl ̀ ) ؛

　　إشارة خرجهناك علاقة خطية بين عفوية الحالية و تركيز الأوكسجين المذاب ، لا إمدادات الطاقة الإضافية المطلوبة ، ولكن سرعة الاستجابة أبطأ قليلا من polarographic الأسلوب .

3 . مزايا وعيوب الكهروكيميائية طريقة

مزايا	عيب
التكنولوجيا ناضجة ، منخفضة التكلفة ، ومناسبة لمعظم السيناريوهات التقليدية	نفاذية الهواء غشاء من السهل أن تكون ملوثة ( مثل الشحوم والطحالب ) ، تحتاج إلى صيانة دورية أو استبدال
مجموعة واسعة من القياسات ( 0-20 مغ / لتر أو أعلى )	المنحل بالكهرباء يجب أن تستكمل بانتظام ( طريقة البطارية الأولية ) أو القطب الشيخوخة ( قِيَاس اِستِقطَابِيَّة ) .
وقت الاستجابة السريعة ( عادة 30-60 ثانية )	تتأثر درجة الحرارة والضغط الجوي ، الدائرة تحتاج إلى تعويض

` 2 ` الأساليب البصرية

البصرية على أساس طريقةالتفاعل بين المواد الفلورية و الأكسجين المذابفي السنوات الأخيرة ، وقد تم تطوير تقنية جديدة لقياس تركيز هل مباشرة من خلال الكشف عن كثافة مضان التغيير .

1 - المبادئ الأساسية ( تأثير للتبريد مضان )

مجس استشعار سطح المغلفة معالأصباغ الفلورية ( مثل رو ( bpy ) رو ⁺ ⁺ )صبغة تنبعث مضان أحمر ( حوالي 600 نانومتر ) عندما متحمس من قبل بعض الطول الموجي الأزرق ( حوالي 470 نانومتر ) .

عندما جزيئات الأكسجين المذاب منتشر بالقرب من طبقة الفلورسنت ، وسوف تتفاعل مع الأصباغ الفلورية متحمس للدولة .nonradiative نقل الطاقة ( للتبريد مضان )انخفاض كثافة مضان أو تقصير عمر مضان .

　　توهين كثافة مضان أو عمر يتناسب مع تركيز الأوكسجين المذاب( أكثر من جزيئات الأكسجين ، أقوى تأثير التبريد ) هل يمكن حسابها عن طريق الكشف عن تغيير إشارة الفلورسنت .

2 . هيكل الاستشعار

　　مصدر الضوء ( LED )تنبعث منها موجات محددة من الضوء المنبعث ( عادة الأزرق ) ؛

　　مضان التعريفي غشاءطلاء طبقة حساسة من الأصباغ الفلورية ، الاتصال المباشر مع قياس السائل ؛

　　photodetector ( الثنائي الضوئي ): تلقي إشارة الفلورسنت ( الضوء الأحمر ) ، وتحويلها إلى إشارة كهربائية؛

　　تعويض وحدةتصحيح تأثير درجة الحرارة ، الضغط الجوي والضوء تدخل ( مثل التعويض في الوقت الحقيقي من المدمج في أجهزة استشعار درجة الحرارة ) .

3 - مزايا وعيوب الأساليب البصرية

تطبيق نموذجي على الانترنت محلل الأوكسجين المذاب

　　1. معالجة مياه الصرف الصحي ( التطبيقات الأساسية )

　　عملية الحمأة المنشطةرصد هل التركيز في خزان التهوية ( عادة 2-4 ملغ / لتر ) لضمان النشاط الميكروبي الهوائي ، وتجنب الإفراط في تهوية ( هدر الطاقة ) أو " نقص الأكسجة " ( تدهور الكفاءة ) ؛

　　اللاهوائية / نقص الأكسجة وحدةنزع النتروجين ، الهضم اللاهوائي ، وما إلى ذلك يتم التحكم في انخفاض هل ( 0.5 مغ / لتر ) أو البيئة اللاهوائية .

　　رصد المياهلضمان أن لا تصل إلى مستوى المياه ( على سبيل المثال ، " معايير تصريف الملوثات في محطات معالجة مياه الصرف الصحي في المناطق الحضرية " متطلبات أكثر من 2 ملغ / لتر ) .

　　2. التحكم في العمليات الصناعية

　　المرجل تغذية المياهرصد منفذ deaerator هل ( مطلوب < 0.01 مغ / لتر ) لمنع تآكل الأكسجين المرجل الأنابيب ؛

　　تفاعل كيميائيعلى سبيل المثال ، في عملية التخمير ( هل يجب الحفاظ على 0.5-3 مغ / لتر من أجل تحقيق التوازن بين نشاط البكتيريا ) ، والحد من أكسدة ( دقة التحكم في تركيز الأوكسجين ) ؛

　　الطعام والشرابرصد هل في إنتاج المياه النقية وعصير الفاكهة لتجنب تدهور الأكسدة .

　　3. تربية الأحياء المائية والرصد البيئي

　　تربية الأحياء المائية في الجسمفي الوقت الحقيقي رصد هل ( مجموعة مثالية من 5 إلى 8 مغ / لتر ) في أحواض السمك والروبيان لمنع نقص الأكسجة تطفو .

　　المياه السطحية / الجوفيةتقييم القدرة على التنظيف الذاتي من الأنهار والبحيرات ( هل ≥ 5 ملغ / لتر هو هيئة المياه الصحية ) ، ورصد مخاطر المياه بالمغذيات ( انخفاض هل قد تترافق مع تفشي الطحالب ) .

　　4. مشاهد أخرى

　　حمام سباحة / سباالسيطرة على القيام به لمنع نمو الكائنات الحية الدقيقة ( عادة أكثر من 4 ملغ / لتر ) ؛

　　استكشاف المحيطاترصد توزيع هل في أعماق البحار أو المياه القطبية ، ودراسة التكيف البيئي .

اختيار واستخدام الاحتياطات

　　1. اختيار البارامترات الرئيسية

　　قياس مدىمياه الصرف الصحي التقليدية ( 0 ~ 20 مغ / لتر ) ، عالية الدقة ( 0 ~ 2 مغ / لتر أو 0 ~ 0.1 مغ / لتر ) ؛

　　نوع التقنيةالطريقة الكهروكيميائية ( الاقتصادية والعملية ، وصيانة متكررة ) مقابل الطريقة البصرية ( عالية الدقة ، وانخفاض الصيانة ، ومناسبة على المدى الطويل على الخط رصد ) ؛

　　إشارة خرج4 ~ 20 ما ( المعايير الصناعية ) ، RS485 ( الاتصالات الرقمية ) ، هارت البروتوكول ( التكوين عن بعد ) ؛

　　مستوى الحماية: IP65 ( مكافحة سبلاش ) و IP68 ( غوص نوع المستخدمة في بئر عميق / خزان التهوية ) ؛

　　درجة الحرارة / الضغط على التكيفارتفاع في درجة الحرارة ( > 60 درجة مئوية ) أو الضغط العالي ( > 1 بار ) المشهد يتطلب تصميم خاص .

　　2. النقاط الرئيسية في استخدام وصيانة

　　طريقة الكهروكيميائيةتنظيف الهواء نفاذية الأغشية بانتظام ( مسح بقطعة قماش ناعمة لتجنب الخدش ) ، تجديد المنحل بالكهرباء ( طريقة البطارية الأولية ) أو استبدال الأقطاب ( بعد الشيخوخة ) ؛

　　طريقة بصريةتجنب الضوء الساطع ، معايرة بانتظام ( عادة كل 3-6 أشهر مع الهواء المشبع بالماء أو الأكسجين السائل صفر المعايرة ) ؛

　　الاضطرابات البيئيةتجنب المجالات الكهرومغناطيسية القوية ، فقاعة منطقة مضطربة أثناء التثبيت ، وضمان استقرار عمق الغمر من أجهزة الاستشعار .

　　معايرةاستخدامالهواء والمياه المشبعة ( ما يقرب من 100 ٪ تشبع )وصفر الأوكسجين الحل ( مثل كبريتات الصوديوم الحل )معايرة نقطتين لتحسين دقة .

سادساً - ملخص

على الخط محلل الأوكسجين المذاب هو أداة أساسية لرصد نوعية المياه ومراقبة العملية الصناعية .الطريقة الكهروكيميائية ( الخلية الأولية / قِيَاس اِستِقطَابِيَّة )والأسلوب البصري ( مضان )في الوقت الحقيقي قياس دقيق من تركيز الأوكسجين المذاب يتحقق . من بينها :

　　طريقة الكهروكيميائيةمع تكنولوجيا ناضجة ومنخفضة التكلفة ، فإنه ينطبق على معالجة مياه الصرف الصحي التقليدية والصناعية المشهد .

　　طريقة بصريةعلى الرغم من أن الاستثمار الأولي هو أعلى ، على المدى الطويل تشغيل وصيانة أكثر اقتصادا .

المستقبلمايكرو نانو تكنولوجيا الاستشعار ، إنترنت الأشياء والذكاء الاصطناعيعلى الخط محلل الأوكسجين المذاب سوف تقدم المزيد منالتصغير ، ذكي ( التشخيص التلقائي ، الصيانة التنبؤية ) ، متعدد المعلمة التكامل ( مثل قياس الوقت لا / الرقم الهيدروجيني / التعكر )من أجل توفير المزيد من الدعم التقني القوي في إدارة الموارد المائية ، والإنتاج الصناعي الأخضر وحماية البيئة .