I. reseña

　　Analizador de oxígeno disuelto en líneaEs una especie deMonitoreo continuo en tiempo real de la concentración de oxígeno disuelto (do, disperso oxigen) en líquidos (generalmente agua o aguas residuales)Instrumentos ampliamente utilizados enTratamiento de aguas residuales, control de procesos industriales, acuicultura, monitoreo ambiental, evaluación de aguas superficiales / subterráneasY otros campos. El oxígeno disuelto (do) es un parámetro clave para medir la capacidad de autopurificación del agua, la actividad de reacción bioquímica y el Estado de salud de la calidad del agua. el monitoreo preciso de su concentración es de gran importancia para garantizar el funcionamiento estable del proceso, optimizar la utilización de los recursos y la protección del medio ambiente.

　　Analizador de oxígeno disuelto en líneaEl contacto directo con el medio medido a través del sensor convierte la concentración de oxígeno disuelto en una señal eléctrica, que se procesa por el transmisor y se emite con una señal digital o analógica, apoyando el registro de datos, la alarma y el monitoreo remoto para satisfacer la demanda de procesos industriales.Monitoreo de alta precisión, alta fiabilidad y continuidadLa demanda.

II. definición e importancia del oxígeno disuelto

1. definición de oxígeno disuelto

El oxígeno disuelto (do) se refiereOxígeno Molecular disuelto en agua u otros líquidos (oš), generalmente conMg / L (mg / l) o ppm (millonésima parte)Indica. Su contenido se ve afectado por factores como la temperatura del agua, la presión, la salinidad y la presión atmosférica:

　　Temperatura del agua: cuanto mayor sea la temperatura, menor será la concentración saturada de oxígeno disuelto en el agua (por ejemplo, el do saturado a 20 ° C es de aproximadamente 9,1 mg / L y se reduce a 7,6 mg / l a 30 ° c);

　　estrés: cuanto mayor sea la altitud (cuanto menor sea la presión atmosférica), más débil será la capacidad de disolución del agua para el oxígeno;

　　Salinidad: el aumento de la sal reduce la solubilización del oxígeno (el do saturado en el agua de mar es aproximadamente un 20% más bajo que el agua dulce);

　　Contacto atmosférico: cuanto más pleno sea el contacto del cuerpo de agua con el aire (como tanques de ventilación, ríos), más cerca estará el oxígeno disuelto del Estado saturado.

2. importancia del oxígeno disuelto

　　Tratamiento de aguas residuales: en el proceso de lodos activos, los microorganismos aeróbicos dependen del oxígeno disuelto para descomponer los compuestos orgánicos (como COD / bod), y la concentración de do afecta directamente la eficiencia del tratamiento y la actividad de los lodos;

　　Procesos industriales: por ejemplo, el agua de suministro de la caldera necesita un do extremadamente bajo (menos0,01 mg / l) para evitar la corrosión por oxígeno de las tuberías metálicas; Las reacciones químicas (como la fermentación y la redox) requieren un control preciso de la concentración de do;

　　Acuicultura: los peces y los organismos acuáticos dependen del oxígeno disuelto para respirar, el bajo do (menosde 3 mg / l) puede causar la muerte por hipoxia, mientras que el Alto do promueve el crecimiento;

　　Monitoreo Ambiental: los niveles de do de ríos y lagos reflejan la capacidad de autopurificación de los cuerpos de agua (por ejemplo, do < 2 mg / l es el signo de "cuerpo de agua negro y maloliente") y son uno de los indicadores centrales de la evaluación de la calidad del agua.

3. principio de funcionamiento del analizador de oxígeno disuelto en línea

El núcleo del analizador de oxígeno disuelto en línea esLa concentración de oxígeno disuelto se convierte en una señal eléctrica medibleLas principales rutas tecnológicas incluyenMétodo electroquímico (método de batería original / método polarográfico)yMétodo óptico (método de fluorescencia)Los principios de los dos tipos de métodos son significativamente diferentes y se aplican a diferentes escenarios.

I) método electroquímico

Se aprueba el método electroquímicoLa reacción química de un electrodo con oxígeno disuelto produce una corriente eléctrica o una diferencia de potencial, dividido enMétodo de batería original (galvanic cell)yMétodo polarográficoLas dos estructuras son similares, pero la forma de conducir es diferente.

1. estructura básica

El sensor electroquímico consta principalmente de las siguientes partes:

　　Película transpirable (película): cubrir la superficie del electrodo, permitir que las moléculas de oxígeno pasen pero bloquear líquidos e impurezas (como suspensión, grasa) y proteger el electrolito interno;

　　Sistema de electrodos: incluyeCátodo (generalmente oro / platino)yánodo (generalmente plata / plomo), así como internamenteElectrolitos (como soluciones kcl)V;

　　Módulo de procesamiento de señales: convertir la corriente / potencial débil emitida por el electrodo en una señal estándar (como 4 a 20 ma, 0 a 10 v).

2. subdivisión del principio de funcionamiento

(1) Polarografía

　　Modo de conducción: se necesita una aplicación externaTensión de corriente continua de 0,6 a 0,8 V(tensión de polarización), impulsar obligatoriamente la reacción de reducción de oxígeno;

　　Proceso de reacción:

　　Cátodo (oro / platino): el oxígeno obtiene electrones en el cátodo que se reducen a iones de hidrógeno y oxígeno (condiciones alcalinas) o agua (condiciones ácidas), con la fórmula de reacción:

O2 + 2h2 o + 4E ~ → 4oh ~ (alcalino)

O $o $o 2 + 4H + + 4E + - ¿ derecha Arrow 2H 2o ¿ Quad (¿ texto? ")

- Ácidos (plata) *: la plata se oxida en cloruros de plata (ag + C1 - → agc1 + e -), proporcionando un circuito electrónico; - ~ * * salida de señal *: la velocidad de difusión del oxígeno es proporcional a la concentración de oxígeno disuelto en agua, reflejando la concentración de do a través del tamaño de la corriente de reducción del cátodo (generalmente el nivel na mua).

(2) método de batería original (célula galvanic)

　　Modo de conducción: no se necesita tensión externa, dependeDiferencia de potencial redox espontáneo del material del electrodo(similar al principio de la batería) reacción de conducción;

　　Proceso de reacción:

　　Cátodo (oro): reducción del oxígeno a la raíz de hidrógeno y oxígeno (método de la misma polarografía);

　　ánodo (plomo): el plomo se oxida en óxido de plomo (pb → pb⁺ + 2e⁻ y reacciona con iones en el electrolito para producir materia insoluble (como pbcl⁺ 2);

　　Salida de señal: la corriente generada espontáneamente está linealmente relacionada con la concentración de oxígeno disuelto, sin suministro adicional de energía, pero la velocidad de respuesta es ligeramente más lenta que la polarografía.

3. ventajas y desventajas del método electroquímico

Ventajas	Deficiencias
Tecnología madura, bajo costo y adecuada para la mayoría de los escenarios convencionales	Las películas transpirables son vulnerables a la contaminación (como aceites y algas) y deben mantenerse o reemplazarse regularmente.
Amplio rango de medición (0 a 20 mg / l o más)	Los electrolitos deben complementarse regularmente (método de batería original) o los electrodos son fáciles de envejecer (método polarográfico)
El tiempo de respuesta es más rápido (generalmente de 30 a 60 segundos)	Afectado por la temperatura y la presión atmosférica, es necesario compensar el circuito.

(2) método óptico (método óptico, método de fluorescencia)

El método óptico se basa enInteracción específica entre sustancias fluorescentes y oxígeno disueltoLa medición indirecta de la concentración de do mediante la detección de cambios en la intensidad de la fluorescencia es una nueva tecnología desarrollada en los últimos años, que representa la dirección principal del medidor de oxígeno disuelto en línea.

1. principios básicos (efecto de extinción de fluorescencia)

La superficie de la sonda del sensor está cubierta conTintes fluorescentes (como el complejo de ru (bpy) ru)El tinte emite fluorescencia Roja (unos 600 nm) cuando está estimulado por una longitud de onda específica de luz azul (unos 470 nm);

Cuando la molécula de oxígeno disuelto se difunde cerca de la capa fluorescente, ocurre con los tintes fluorescentes del Estado estimulado.Transferencia de energía no radiante (enfriamiento por fluorescencia), lo que resulta en un debilitamiento de la intensidad de la fluorescencia o una reducción de la vida útil de la fluorescencia;

　　El grado de atenuación de la intensidad o vida útil de la fluorescencia es proporcional a la concentración de oxígeno disuelto.(cuanto más moléculas de oxígeno, más fuerte es el efecto de enfriamiento), el valor do se puede calcular detectando cambios en la señal de fluorescencia.

2. estructura del sensor

　　Fuente de luz (led): emisión de luminiscencia de una longitud de onda específica (generalmente luz azul);

　　Película de inducción fluorescente: recubrimiento de una capa sensible de tintes fluorescentes, contacto directo con el líquido medido;

　　Fotodetector (fotodetector): recibir señales fluorescentes (luz roja) y convertirlas en señales eléctricas;

　　Módulo de compensación: corregir los efectos de la temperatura, la presión del aire y la interferencia óptica (como la compensación en tiempo real del sensor de temperatura incorporado).

3. ventajas y desventajas del método óptico

IV. escenarios de aplicación típicos del analizador de oxígeno disuelto en línea

　　1. Tratamiento de aguas residuales (aplicación central)

　　Proceso de lodos activos: monitorear la concentración de do en el tanque de ventilación (generalmente controlar de 2 a 4 mg / l), garantizar la actividad microbiana aeróbica y evitar "sobreventilación" (desperdicio de energía) o "hipoxia" (disminución de la eficiencia de degradación);

　　Unidad anaeróbica / anóxica: controlar procesos como desnitrificación y Digestión anaeróbica a través de un bajo do ( < 0,5 mg / l) o un ambiente anaeróbico;

　　Monitoreo de salida de agua: garantizar que el agua de descarga do cumpla con los estándares (como los requisitos de las normas de descarga de contaminantes de las plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas ≥ 2 mg / l).

　　2. Control de procesos industriales

　　Agua de suministro de calderas: monitorear la salida del desoxidante do (necesidad inferior a 0,01 mg / l) para evitar la corrosión por oxígeno de la tubería de la caldera;

　　Reacción química: como el proceso de fermentación (do debe mantenerse en 0,5 a 3 mg / L para equilibrar la actividad de la cepa), la reacción redox (control preciso de la concentración de oxígeno);

　　Alimentos y bebidas: monitorear do en la producción de agua pura y jugo para evitar el deterioro oxidativo del producto.

　　3. Acuicultura y monitoreo ecológico

　　Agua de cría: Monitoreo en tiempo real de do en estanques de peces y estanques de camarones (rango ideal de 5 a 8 mg / l) para prevenir la cabeza flotante anóxica;

　　Aguas superficiales / subterráneas: evaluar la capacidad de autopurificación de ríos y Lagos (do ≥ 5 mg / l es un cuerpo de agua saludable) y monitorear el riesgo de eutrofización (bajo do puede acompañar brotes de floración de algas).

　　4. Otros escenarios

　　Piscina / Spa: controlar do para inhibir la reproducción microbiana (generalmente ≥ 4 mg / l);

　　Exploración marina: monitorear la distribución de do de aguas profundas o polares y estudiar la adaptabilidad ecológica.

V. precauciones para la selección y el uso

　　1. Selección de parámetros clave

　　Alcance de la medición: aguas residuales convencionales (0 a 20 mg / l), escenarios de alta precisión (0 a 2 mg / L O 0 a 0,1 mg / l);

　　Tipo de tecnología: método electroquímico (económico y práctico, mantenimiento frecuente) vs método óptico (alta precisión, bajo mantenimiento, adecuado para monitoreo en línea a largo plazo);

　　Señal de salida: 4 a 20 ma (estándar industrial), rs485 (comunicación digital), Protocolo Hart (configuración remota);

　　Nivel de protección: ip65 (a prueba de salpicaduras), ip68 (tipo sumergible, para pozos profundos / tanques de ventilación);

　　Adaptabilidad temperatura / presión: las escenas de alta temperatura (> 60 ° c) o alta presión (> 1 bar) requieren un diseño especial.

　　2. Puntos clave de uso y mantenimiento

　　Método electroquímico: limpiar regularmente la película transpirable (limpiar con un paño blando para evitar arañazos), complementar el electrolito (método de batería original) o reemplazar el electrodo (después del envejecimiento);

　　Método óptico: evitar la luz fuerte que brilla directamente sobre la sonda y calibrarla regularmente (generalmente calibrada con agua saturada de aire o líquido de oxígeno cero cada 3 a 6 meses);

　　Interferencia ambiental: evite el campo magnético eléctrico fuerte y la zona de turbulencia de la burbuja durante la instalación para garantizar que la profundidad de inmersión del sensor sea estable;

　　calibración: usoAgua saturada de aire (cerca del 100% de saturación)ySolución de oxígeno cero (como la solución de sulfito de sodio)Realice una calibración de dos puntos para mejorar la precisión.

VI. Resumen

El analizador de oxígeno disuelto en línea es la herramienta central para el monitoreo de la calidad del agua y el control de procesos industriales.Método electroquímico (batería original / polarografía)yMétodo óptico (método de fluorescencia)Dos tipos de tecnologías para lograr una medición precisa y en tiempo real de la concentración de oxígeno disuelto. Entre ellos:

　　Método electroquímicoCon tecnología madura y bajo costo, es adecuado para el tratamiento convencional de aguas residuales y escenarios industriales, pero debe prestar atención a la contaminación por membrana y los costos de mantenimiento;

　　Método ópticoCon un diseño sin película, alta antiinterferencia y estabilidad a largo plazo, se ha convertido en una aplicación (como el monitoreo de agua pura farmacéutica y semiconductora), aunque la inversión inicial es alta, la operación y el mantenimiento a largo plazo son más económicos.

En el futuro, conTecnología de sensores micro y nano, Internet de las cosas (iot) e inteligencia artificialCon el desarrollo del analizador de oxígeno disuelto en línea, el analizador de oxígeno disuelto en línea irá más allá.Miniaturización, inteligencia (diagnóstico automático, mantenimiento predictivo), integración de múltiples parámetros (como medición de tiempo do / ph / turbidez)La evolución de la dirección proporciona un apoyo técnico más fuerte para la gestión de los recursos hídricos, la producción verde industrial y la protección ecológica.