在线水质分析仪器的发展现状及未来展望

2021-01-11 11:37:44

在线水质分析仪器

　　监测型主要用于单纯的水质监测，以判断水质是否达到法规的要求，以及环境水质和饮用水质的预警。水质参数主要是COD、氨氮、总磷、总氮和重金属等。同时对于数据的准确度要求更高。

　　过程型水质监测仪器主要用于水处理工艺或者用水过程中的水质监测，所测量的水质参数参与过程控制，以实现优化水处理工艺，提升水处理效率的目的。过程型在线水质监测仪对于仪器的可靠性和稳定性要求更高，它要求仪器能够可靠的反映水质变化趋势，为水处理过程控制提供依据。另外，对过程型分析仪器响应时间的要求也明显高于监测型仪器。

　　过程型水质分析仪器的6个典型应用领域

　　目前，在我国过程型在线水质分析仪的典型应用有：石油化工行业，在线TOC分析仪已经成为凝结水回用所采用的标准配置；在自来水行业，采用氯及氯胺工艺的水厂采用在线消毒剂分析仪，如余氯、氯胺分析仪，从而实现节省水处理化学品，降低运行费用。制药工业，在线TOC分析仪的使用也成为了制药用水有机杂质监测和控制的重要手段；在市政污水处理行业及水产养殖行业，溶解氧的在线监测降低了能耗和运行费用，同时保证了水质的达标；目前营养盐在线分析仪器也逐步开始应用，以帮助污水处理厂实现除磷脱氯工艺的优化控制，提升污水排放标准；另外还有在线硬度、在线钠离子分析仪用于优化锅炉的进水处理工艺。

　　目前国内在线水质分析仪的主要问题

　　中国在线水质分析仪器市场发展迅速，政府的巨大投入使得监测型在线水质分析仪器得到了快速的发展。过程型在线水质分析仪器开始大量采用，为水工业的产业升级、水处理工艺优化控制、降低能耗提供技术支撑。但目前也存在不少问题，如：在线水质分析仪目前主要采用传统分析原理，新测量原理应用较少，监测型仪器所获得的数据是各自独立的，关联性不强；基础水质数据库的建立刚刚起步，数据的后处理和分析缺失，使得数据的价值没有得到充分体现，无法为水环境预测预警提供支持。单纯的依靠监测型分析技术，对数据造假缺乏更有效的手段，在线水质分析仪器的价值没有得到充分的体现。

　　在线水质分析仪发展动力

　　新测量原理、新材料、新算法等的出现也推动者水质分析仪器的发展。如新的测量原理：LIBS(激光诱导击穿光谱)、HMA(混合多光谱分析)、MWDXRF(单波长色散X射线荧光分析)，生物技术等逐渐被在线水质分析仪器采用，因而将出现更多能够实现在线分析的水质参数。

　　石墨烯、纳米材料、生物芯片等新材料也为新测量原理在线水质分析仪器的应用提供了物质支撑。化学计量学将会在水质分析中得到越来越多的应用；各种新算法及水质模型的出现，也将提升各种新型在线水质分析仪器的功能及完善数据后处理，提供更多的有价值的水质信息和数据。

　　在线水质分析仪的发展趋势

　　关于水质分析仪器未来的发展，智能化将成为在线水质分析仪控制器的主流，将具有网络功能，具有更多人机互动方式，如手势、语音控制；通过云计算可实现仪器间数据共享和数据再处理。

　　其传感器将主要朝小型化、低成本化发展，将可实现数据直接传输，更多的水质参数可以实现在线监测。软件方面，除了仪器本身的控制软件和数据分析软件，各种通讯、数据分析及处理的应用软件出现，水质识别软件将成为现实。

　　此外，在线水质分析仪器将具有自学习和自我管理、自适应功能，能够根据环境和操作者的变化，以及仪器自身状态做出主动调整或预警；仪器能够记录和提醒各种使用维护信息，引导仪器使用人员做好仪器主动维护、备品备件管理以及仪器使用寿命预测等工作，提高工作效率。

　　软件和数据处理技术也将是在线水质分析仪器的重要组成部分。随着，大数据技术和云计算的出现，将改变以前分布在不同部门、不同个体的数据管理和信息的使用方式；来自于在线水质分析仪器的大量数据可以迅速得到处理和分析，建立区域或流域水质基线，建立目标地区的水质基础数据库；构建以水质预测以及安全预警为目的的算法和数学模型，指导政府水务管理和人们的用水行为。

　　移动分析作为一种“非连续实时分析技术”，在未来将成为传统在线水质分析技术的补充和发展。移动水质分析设备包括便携式分析仪器和预制试剂。在仪器小型化的基础上，移动水质分析设备还会增加无线通讯以及GPS等功能，各种数据处理分析及传输的APP会大量出现，为大数据处理中心提供更多的数据信息。现有的移动终端会增加水质分析功能，实现移动水质分析技术的民用化。

　　移动互联网的普及和云计算的出现，使得移动水质分析的数据共享成为现实；在适当的移动载体支持下，可以获得区域范围内大量的实时水质数据；移动分析可以比传统固定式在线分析提供成本更低、覆盖范围更广、信息量更大的数据。由于大数据和云计算的出现，能够由非专业分析人员提供非传统意义的水质相关数据，对水质综合评估会变得越来越有价值。

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