分光光度法可適用于在線儀器，是監(jiān)控水和污水處理設(shè)備的重要方法。分光光度法是一種測定分子對光的吸光度的方法，此方法在在線傳感器上的應(yīng)用已越來越準(zhǔn)確和可靠。

WTW IQ SensorNet系列紫外(UV) 和紫外可見(UV Vis)傳感器具有適用于特定污水處理應(yīng)用的內(nèi)置出廠校準(zhǔn)，不僅提高準(zhǔn)確性，還可減少校準(zhǔn)的頻次。內(nèi)置UltraCleanTM超聲波清洗，減少校準(zhǔn)頻次的同時(shí)去除更換損耗品的必要(如試劑或刮刷)，最大限度減輕了維護(hù)工作。本系列傳感器甚至還支持通過單個(gè)傳感器測量多個(gè)不同參數(shù)，如硝酸鹽、亞硝酸鹽、總懸浮物 (TSS)、紫外線透射率(UVT-254)、化學(xué)需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、總有機(jī)碳量 (TOC)和其他碳參數(shù)。

本系列傳感器是水和污水處理設(shè)備的一項(xiàng)重要投資，為操作人員提供極大便利。但是如何選擇合適的傳感器？為確保選擇符合應(yīng)用的傳感器，來看一下選擇紫外可見傳感器時(shí)需要考慮的5個(gè)問題。

紫外和紫外可見傳感器的優(yōu)勢

1、無需試劑，即可在線進(jìn)行硝酸鹽、亞硝酸鹽、COD、BOD、TOC、UVT-254、NOx和TSS測量

2、單個(gè)傳感器最多可測量并顯示五個(gè)參數(shù)

3、UltraClean™超聲波清潔技術(shù)可防止結(jié)垢，維護(hù)較為簡單

4、持久耐用的材質(zhì)：鈦和PEEK(聚醚醚酮)即使在惡劣的條件下仍可保持穩(wěn)定

5、紫外和紫外可見傳感器每次測量可掃描256個(gè)波長，從而實(shí)現(xiàn)更好的準(zhǔn)確度和濁度補(bǔ)償

6、工廠已針對過程中的位置進(jìn)行了校準(zhǔn)(進(jìn)水、二級處理、出水）

7、用戶可自行校準(zhǔn)，從而在應(yīng)用情況不理想時(shí)提高準(zhǔn)確度

參數(shù)

硝酸鹽：來自硝化過程中NH4轉(zhuǎn)化的人類排泄物的生物污染物。

亞硝酸鹽：來自人類排泄物的生物污染物，是硝化過程中NH4和NO3的中間型。

生化需氧量：微生物在分解流水中的有機(jī)廢物時(shí)消耗的氧氣量。被看做是對存在的有機(jī)物的量化，并且排放量受到國家污染排放消除系統(tǒng)(NPDES)的排放限制。

總有機(jī)碳：樣品中有機(jī)結(jié)合的碳量。被認(rèn)為是對存在的有機(jī)物的量化和水質(zhì)指標(biāo)。與BOD或COD相比，該測試通常是表示有機(jī)物的一種更方便直接的方式。

紫外線透射率：在254mm 波長處透射的紫外線百分比。該參數(shù)用于指示水中的有機(jī)物含量，通常與BOD、COD和TOC相關(guān)。該測量值通常用于在消毒過程中自動(dòng)控制紫外線劑量。

總懸浮物固體：水樣中被過濾器捕集的懸浮顆粒的凈重。該參數(shù)通常用作水質(zhì)的指標(biāo)，并用于定量分析活性污泥系統(tǒng)(混合液懸浮物，MLSS)中存在的微生物。

需要測量什么及測量原因

選擇紫外或紫外可見傳感器時(shí)，需要搞清楚的首要問題是測量什么及原因。需要測量什么參數(shù)？應(yīng)用場景是什么？如何使用傳感器？取決于應(yīng)用場景，通過單個(gè)傳感器監(jiān)控多個(gè)參數(shù)可能更為有益。以下是紫外可見傳感器在污水處理中最常見的一些應(yīng)用。

氮

硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮是生物脫氮除磷(BNR)應(yīng)用中常見的測量參數(shù)。硝酸鹽在工藝優(yōu)化中扮演著多種角色，如確保高效地完成硝化、監(jiān)控硝酸鹽去除、控制脫氧區(qū)的碳投加量以及確保出水中的氮含量達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。亞硝酸鹽的使用情況較少，因?yàn)樗窍趸に嚨闹虚g階段。如果污水處理設(shè)備出現(xiàn)亞硝酸鹽積累問題或使用快捷反硝化工藝，監(jiān)控亞硝酸鹽將會(huì)很有用處。

碳

碳參數(shù)在污水處理中同樣具有廣泛應(yīng)用。COD、BOD和TOC是量化樣品內(nèi)碳含量的常見測量參數(shù)，其中BOD和TOC專屬于有機(jī)碳。例如，通常會(huì)測量二級處理中的COD來監(jiān)控有機(jī)物負(fù)荷。在二級處理中，COD可指示一級或二級處理的效率，或量化需要碳源(反硝化和除磷)的生物處理工藝中的有機(jī)碳含量。此外，監(jiān)控污水處理廠收集系統(tǒng)或進(jìn)水設(shè)施中的COD有助于確定重度負(fù)荷來源或提供預(yù)警探測。

長期以來，這些碳參數(shù)的測定都需要昂貴或耗時(shí)的實(shí)驗(yàn)室程序，因此難以實(shí)際使用。如今，借助在線紫外可見傳感器，我們便可以利用這些參數(shù)實(shí)現(xiàn)原本難以實(shí)現(xiàn)的工藝控制和預(yù)警檢測。紫外和紫外可見傳感器具有廣泛的應(yīng)用，在某些情況下，通過單個(gè)傳感器獲得多個(gè)參數(shù)將對操作人員有所助益。

例如，TSS是曝氣池的常見測量參數(shù)，指示微生物濃度(MLSS –混合液懸浮物)。利用包括 TSS與COD組合的傳感器，操作人員即可獲得用于監(jiān)控食料與微生物比(F/M 比)的必要信息。使用單個(gè)傳感器監(jiān)控多個(gè)參數(shù)可從單個(gè)傳感器獲得更多有用數(shù)據(jù)，從而帶來附加值。

單波長傳感器和光譜傳感器有什么不同？

一些制造商僅生產(chǎn)單波長傳感器，而其他像WTW一樣的制造商除單波長傳感器外還生產(chǎn)光譜傳感器，后者可提供更多參數(shù)和更高的準(zhǔn)確性。前面我們一直在談?wù)摴庾V傳感器，在光譜傳感器中，每次測量時(shí)都將掃描256個(gè)波長的紫外光和可見光以獲得所需參數(shù)的濃度。此類傳感器通過測量每種波長處的吸光率來生成“光譜足跡"。然后，根據(jù)傳感器中編制的算法將每個(gè)“光譜足跡"計(jì)算為以 mg/L 為單位的濃度(Smith, 2019)。

相比于單波長傳感器，光譜測量的精度和準(zhǔn)確度更高，因?yàn)槲镔|(zhì)分子會(huì)吸收一段波長范圍內(nèi)的光，而并非僅吸收單個(gè)波長。附加波長具有許多優(yōu)勢，包括為每個(gè)參數(shù)提供更多吸收數(shù)據(jù)、使用一系列波長進(jìn)行濁度修正，甚至有助于檢測不同形式的有機(jī)分子。

紫外可見光譜傳感器掃描的256個(gè)波長跨越紫外和可見光范圍，從200至720nm(圖1)。紫外光譜傳感器掃描的256個(gè)波長范圍為200-390nm。在這個(gè)波長范圍內(nèi)，紫外傳感器將能夠同時(shí)測定并區(qū)分硝酸鹽和亞硝酸鹽。硝酸鹽和亞硝酸鹽通常吸收短波長紫外光(<250nm)，有機(jī)分子的吸收峰主要出現(xiàn)在250-350nm的紫外波長范圍內(nèi)。380 - 720nm范圍內(nèi)的光吸收來自每次測量時(shí)都會(huì)測量和進(jìn)行修正的濁度 (Smith, 2019)。

不過，我們?nèi)匀挥袃煞N使用對單個(gè)波長的吸收率來確定特定參數(shù)濃度的單波長傳感器。UVT-254傳感器（或 SAC-254）測量 254nm 波長處的透光率或吸光度(%)。254nm的紫外光能夠被有機(jī)分子吸收，因此該傳感器對測定飲用水和污水內(nèi)的有機(jī)物濃度趨勢非常有用。使用 UVT-254傳感器，可以輸出經(jīng)過準(zhǔn)確校準(zhǔn)的COD、BOD和TOC相關(guān)值，還會(huì)再測一個(gè)波長 (550nm) 用于濁度修正。NOx傳感器使用單個(gè)波長測量硝酸鹽(NO3-N)和亞硝酸鹽 (NO2-N) 的總和，這足以滿足一些生物脫氮除磷應(yīng)用中的氮監(jiān)控需求。

盡管單波長傳感器可以提供有用的數(shù)據(jù)和趨勢，但與光譜傳感器相比，其準(zhǔn)確度和可重復(fù)性不佳。使用單波長進(jìn)行測量和濁度修正時(shí)，此類傳感器可能無法檢測到某些形式的有機(jī)分子，無法區(qū)分硝酸鹽和亞硝酸鹽，也無法準(zhǔn)確補(bǔ)償濁度。

單波長和光譜傳感器各有優(yōu)勢，所以哪種更適合您的應(yīng)用呢？使用單波長傳感器能夠以適中的價(jià)格獲得有機(jī)物或氮氧化物的趨勢數(shù)據(jù)，并且甚至有些應(yīng)用專門需要用到單波長傳感器，例如紫外線消毒需要UVT-254。然而，光譜傳感器已針對特定應(yīng)用（進(jìn)水、二級處理、出水）進(jìn)行校準(zhǔn)，并且由于此類傳感器掃描256個(gè)波長，從而準(zhǔn)確性、可靠性都比單波長傳感器更高，濁度修正也更準(zhǔn)確。

測量光程是什么？為什么很重要？

測量光程是指光源和探測器之間的距離，在分光光度法測量中非常重要。測量光程(又稱狹縫寬度)是根據(jù)比爾-朗伯定律計(jì)算光吸收率時(shí)的一個(gè)計(jì)算因子，并且受樣品水濁度的影響極大。因此，紫外可見傳感器通常具有固定的測量光程，并針對特定應(yīng)用提供不同的狹縫。

IQ SensorNet紫外可見傳感器有2種測量光程可供選擇：1mm和5mm(圖 2)。1mm狹縫用于監(jiān)控未經(jīng)處理的污水和二級處理，因?yàn)檫@些應(yīng)用通常濁度較高。5mm狹縫用于監(jiān)控處理后的出水、低濁度污水，有時(shí)還可用于監(jiān)控一些地表水或飲用水應(yīng)用。取決于應(yīng)用類型，其他制造商可能還會(huì)提供10-50mm的測量光程。選擇YSI紫外可見傳感器時(shí)，注意701型號(hào)傳感器為 1mm測量光程(適用于未經(jīng)處理的污水或活性污泥)，705型號(hào)傳感器為5mm 測量光程(適用于低濁度的處理后出水)。

如何安裝紫外可見傳感器？

紫外可見傳感器一般比其他在線傳感器更大、更沉，因此在確定安裝選項(xiàng)時(shí)應(yīng)特別考慮。與所有在線傳感器相同，應(yīng)基于安全性和可達(dá)性來選擇安裝位置和方式。要確保可以輕松接觸到傳感器，以便偶爾進(jìn)行維護(hù)，因此有足夠的操作空間非常重要。

傳感器的安裝位置應(yīng)符合要求的扶手和過道安全標(biāo)準(zhǔn)。同樣，紫外可見傳感器的安裝也應(yīng)易于使用，并使傳感器易于操作。最后一點(diǎn)，由于傳感器可能比較沉，安裝的穩(wěn)固性也非常重要，必須能夠承受相應(yīng)重量，尤其是對于存在堵塞問題的污水設(shè)備。

紫外可見傳感器在污水中最常見的安裝方式為浸入式安裝。浸入式安裝通過將傳感器直接浸入集水池或水流中，直接測量過程用水。WTW紫外可見傳感器提供兩種沉浸式安裝選項(xiàng)：剛性安裝或擺動(dòng)/鏈條安裝。剛性安裝包括將紫外可見傳感器固定至一個(gè)金屬桿上，然后將金屬桿安裝至護(hù)欄或墻壁上。當(dāng)需要較穩(wěn)固的解決方案，如水比較湍急或水中有堵塞時(shí)，這種安裝類型是選擇。對于一般的沉浸式安裝應(yīng)用，擺動(dòng)和鏈條安裝更具優(yōu)勢。使用這種安裝，傳感器將更容易操作，因?yàn)閭鞲衅鲬覓煸阪湕l末端，通過鏈條便可輕松地在集水池中進(jìn)行升降。擺動(dòng)臂將傳感器伸出集水池外面，但是也可容易接近，只需將傳感器擺動(dòng)至靠近護(hù)欄的位置就能夠拆下傳感器進(jìn)行維護(hù)。

對于像處理后的污水出水、污水回用或飲用水等清水應(yīng)用，流通池可能是選擇。在這些應(yīng)用中，由于缺乏合適的位置或因NSF要求，不能使用沉浸式安裝。使用流通池時(shí)，紫外可見傳感器將采用壁掛式安裝，流通池會(huì)形成一個(gè)腔體讓水流經(jīng)光學(xué)窗口。水流持續(xù)運(yùn)送至傳感器進(jìn)行測量，然后排出。無論將WTW紫外可見傳感器用于清水還是污水應(yīng)用，選擇安裝選項(xiàng)都非常重要，這樣既能夠確保傳感器正常運(yùn)行，還可將維修工作量保持在限度。

如何維護(hù)？

盡管紫外可見傳感器的維護(hù)要求不高，且不需要試劑，但仍然需要偶爾進(jìn)行保養(yǎng)以優(yōu)化運(yùn)行。相比于其他在線傳感器，WTW紫外可見傳感器具有所需維護(hù)工作量最少的巨大優(yōu)勢。本系列傳感器具有內(nèi)置的自動(dòng)超聲波清洗系統(tǒng)UltraCleanTM技術(shù)。該系統(tǒng)不僅有助于保持測試窗口長久清潔，而且整個(gè)系統(tǒng)都置于傳感器內(nèi)部，所以沒有需要更換的密封件或掛刷。

保持紫外可見傳感器清潔對傳感器性能至關(guān)重要。因此，紫外可見傳感器通常帶有自動(dòng)清潔系統(tǒng)，這可有效降低傳感器總的維護(hù)時(shí)間。WTW提供兩種類型的自動(dòng)清潔系統(tǒng)：一種是所有傳感器中都已內(nèi)置的UltraClean；另一種是空氣清潔系統(tǒng)。UltraClean超聲波清潔系統(tǒng)輕微振動(dòng)傳感器的光學(xué)窗口，清除堆積的固體。這種技術(shù)已被證明在具有較多固體的污水應(yīng)用中非常成功，WTW的ViSolid(TSS)和VisoTurb(濁度)傳感器中同樣也應(yīng)用了此技術(shù)。WTW紫外可見傳感器的另一個(gè)自動(dòng)清潔選項(xiàng)是空氣清潔系統(tǒng)。

該系統(tǒng)使用空氣壓縮機(jī)定期向光學(xué)窗口上噴放壓縮空氣，清除任何可能干擾測量的固體。WTW空氣清潔系統(tǒng)直接與傳感器相連，并且可以通過控制器進(jìn)行編程控制，根據(jù)所需時(shí)間間隔進(jìn)行清潔。兩種自動(dòng)清潔系統(tǒng)都能使傳感器在廢水應(yīng)用中保持?jǐn)?shù)周的準(zhǔn)確讀數(shù)。

自動(dòng)清潔系統(tǒng)非常有助于減少整體維護(hù)時(shí)間，但是為了達(dá)到最佳性能，仍然需要偶爾進(jìn)行手動(dòng)清潔。每兩周從測量環(huán)境中取出紫外可見傳感器進(jìn)行一次手動(dòng)清潔，可大大減少潛在的測量問題。手動(dòng)清潔非常簡捷，整個(gè)過程只需1分鐘，包括用清水沖洗測量狹縫、使用清洗液清洗、用軟布擦亮鏡片然后沖洗干凈。此外，還應(yīng)保持日常維護(hù)以確保傳感器清潔。

維護(hù)的另一方面是校準(zhǔn)和驗(yàn)證。WTW紫外可見傳感器使用實(shí)驗(yàn)室參照樣品進(jìn)行校準(zhǔn)，用于調(diào)整傳感器的原始信號(hào)與實(shí)驗(yàn)室濃度值相關(guān)聯(lián)的斜率。如前文所述，光譜傳感器已針對特定應(yīng)用進(jìn)行出廠校準(zhǔn)，但也可以自行校準(zhǔn)，使傳感器的測量適應(yīng)過程用水。單波長傳感器也可對主要參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，但相關(guān)值(BOD、TSS、TOC 等)必須根據(jù)實(shí)驗(yàn)室測量值進(jìn)行準(zhǔn)確校準(zhǔn)。

應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行校準(zhǔn)，例如當(dāng)傳感器安裝、移動(dòng)到新位置或傳感器對參考樣品的測量不準(zhǔn)確時(shí)。WTW紫外可見傳感器具有雙通道測量系統(tǒng)，其中一個(gè)相同的參比通道用于監(jiān)控并校正光源燈或探測器的老化，防止任何潛在校準(zhǔn)漂移。這樣可免去常規(guī)校準(zhǔn)的麻煩，但是仍建議使用實(shí)驗(yàn)室參考樣品對傳感器測量值進(jìn)行常規(guī)驗(yàn)證，以確保傳感器的準(zhǔn)確性。