Aplikácie plynových senzorov pri monitorovaní a údržbe kvality vody

Abstrakt Priemyselný a populačný rast v posledných desaťročiach zásadne prispel k zhoršovaniu kvality vody. Niektoré plyny unikajúce z čistiarní odpadových vôd sú toxické a horľavé, ktoré je potrebné identifikovať, ako napríklad sírovodík, oxid uhličitý, metán a oxid uhoľnatý. Systémy monitorovania kvality vody musia byť vyvinuté tak, aby spĺňali právne, environmentálne a sociálne požiadavky. Monitorovanie kvality vody je náročné kvôli variabilite, povahe a nízkym koncentráciám kontaminantov, ktoré je potrebné detegovať. Plyn unikajúci z týchto procesov úpravy vody zohráva zásadnú úlohu pri úprave, monitorovaní a riadení vody. Plynové senzory sa môžu použiť ako bezpečnostné zariadenie v procese čistenia vody. Plynové senzory prijímajú vstupné signály v chemických, fyzikálnych a biologických podnetoch a prevádzajú ich na elektrické signály. Plynové senzory sa môžu inštalovať do rôznych procesov čistenia odpadových vôd. V tomto prehľade predstavujeme najmodernejšie pokroky, prelomové vývoje a technologické úspechy, ktoré viedli k vývoju plynových senzorov na hodnotenie kvality vody. V článku sa rozoberá úloha plynových senzorov pri udržiavaní a monitorovaní kvality vody a zhrňujú sa rôzne analyty, ich detekčné technológie a snímacie materiály s uvedením ich výhod a nevýhod. Na záver sa uvádza súhrn a výhľad budúcich smerov plynových senzorov pri monitorovaní a udržiavaní kvality vody.

Kľúčové slová: Plynový senzor/Kvalita vody/Úprava vody/Odpadová voda/Chemická spotreba kyslíka/Biologická spotreba kyslíka

Úvod
Jedným z najvýznamnejších environmentálnych problémov, ktorým ľudstvo čelí, je rastúce globálne znečistenie vodných zdrojov tisíckami prírodných a priemyselných zlúčenín. V posledných desaťročiach sa toto znečistenie ešte viac prejavilo v dôsledku globalizácie, industrializácie a náhleho nárastu populácie. Približne 3,4 miliardy ľudí nemá prístup k čistej pitnej vode, čo súvisí s viac ako 35 % všetkých úmrtí v rozvojových krajinách [1]. Pojem odpadová voda sa používa pre vodu, ktorá obsahuje ľudský odpad, odpad z domácností, živočíšny odpad, tuky, mydlo a chemikálie. Pojem senzor je odvodený od slova „sentio“, latinského slova pre vnímanie alebo pozorovanie. Senzor je zariadenie používané na detekciu sledovaného analytu a reaguje na prítomnosť kontaminantu alebo analytu prítomného v prostredí. V priebehu rokov ľudia vyvinuli pokročilé metódy detekcie kvality vody na identifikáciu baktérií, organických a anorganických chemikálií a ďalších parametrov (napr. pH, tvrdosť (rozpustený Ca a Mg) a zákal). Senzory sa používajú na udržiavanie a monitorovanie kvality vody a ochranu užívateľov vody. Tieto senzory môžu byť umiestnené na vhodných miestach, centrálne v rámci, vo vnútri alebo dokonca v mieste odberu vody v zariadení na úpravu vody. Kvalitu vody je možné monitorovať online alebo offline pomocou senzorov. V súčasnosti sa uprednostňuje online monitorovanie vody kvôli rýchlej odozve týchto typov systémov. Chýbajú vhodné senzory, ktoré by sa dali použiť na správne monitorovanie v reálnom čase na účely údržby a monitorovania kvality vody. Jednou z najpoužívanejších techník úpravy vody sú sekvenčné dávkové reaktory. Ide o systém s aktivovaným kalom, ktorý sa používa na obohatenie kalu organizmami akumulujúcimi fosfáty. Väčšina reaktorov pracuje na základe offline krokov, čo znamená, že vzorkovanie údajov je nízkofrekvenčné a výsledky sú oneskorené. To je prekážkou pre správne riadenie systémov a spôsobuje...