選擇紫外或紫外可見傳感器時需要了解的 5 個問題

分光光度法可適用于在線儀器，是監(jiān)控水和污水處理設備的重要方法。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用已越來越準確和可靠。

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用的內(nèi)置出廠校準，不僅提高準確性，還可減少校準的頻次。內(nèi)置UltraCleanTM超聲波清洗，減少校準頻次的同時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工作。本系列傳感器甚至還支持通過單個傳感器測量多個不同參數(shù)，如硝酸鹽、亞硝酸鹽、總懸浮物 (TSS)、紫外線透射率(UVT-254)、化學需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、總有機碳量 (TOC)和其他碳參數(shù)。

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

紫外和紫外可見傳感器的優(yōu)勢

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

2、單個傳感器最多可測量并顯示五個參數(shù)

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

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個波長，從而實現(xiàn)更好的準確度和濁度補償

6、工廠已針對過程中的位置進行了校準(進水、二級處理、出水）

7、用戶可自行校準，從而在應用情況不理想時提高準確度

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廢物時消耗的氧氣量。被看做是對存在的有機物的量化，并且排放量受到國家污染排放消除系統(tǒng)(NPDES)的排放限制。

總有機碳：樣品中有機結(jié)合的碳量。被認為是對存在的有機物的量化和水質(zhì)指標。與BOD或COD相比，該測試通常是表示有機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，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，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)？應用場景是什么？如何使用傳感器？取決于應用場景，通過單個傳感器監(jiān)控多個參數(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用。

氮

硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮是生物脫氮除磷(BNR)應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到排放標準。亞硝酸鹽的使用情況較少，因為它是硝化工藝的中間階段。如果污水處理設備出現(xiàn)亞硝酸鹽積累問題或使用快捷反硝化工藝，監(jiān)控亞硝酸鹽將會很有用處。

碳

碳參數(shù)在污水處理中同樣具有廣泛應用。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專屬于有機碳。例如，通常會測量二級處理中的COD來監(jiān)控有機物負荷。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碳含量。此外，監(jiān)控污水處理廠收集系統(tǒng)或進水設施中的COD有助于確定重度負荷來源或提供預警探測。

長期以來，這些碳參數(shù)的測定都需要昂貴或耗時的實驗室程序，因此難以實際使用。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)實現(xiàn)原本難以實現(xiàn)的工藝控制和預警檢測。紫外和紫外可見傳感器具有廣泛的應用，在某些情況下，通過單個傳感器獲得多個參數(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。使用單個傳感器監(jiān)控多個參數(shù)可從單個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)和更高的準確性。前面我們一直在談論光譜傳感器，在光譜傳感器中，每次測量時都將掃描256個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“光譜足跡”計算為以 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確度更高，因為物質(zhì)分子會吸收一段波長范圍內(nèi)的光，而并非僅吸收單個波長。附加波長具有許多優(yōu)勢，包括為每個參數(shù)提供更多吸收數(shù)據(jù)、使用一系列波長進行濁度修正，甚至有助于檢測不同形式的有機分子。

紫外可見光譜傳感器掃描的256個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個波長范圍為200-390nm。在這個波長范圍內(nèi)，紫外傳感器將能夠同時測定并區(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都會測量和進行修正的濁度 (Smith, 2019)。

不過，我們?nèi)匀挥袃煞N使用對單個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分子吸收，因此該傳感器對測定飲用水和污水內(nèi)的有機物濃度趨勢非常有用。使用 UVT-254傳感器，可以輸出經(jīng)過準確校準的COD、BOD和TOC相關(guān)值，還會再測一個波長 (550nm) 用于濁度修正。NOx傳感器使用單個波長測量硝酸鹽(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，其準確度和可重復性不佳。使用單波長進行測量和濁度修正時，此類傳感器可能無法檢測到某些形式的有機分子，無法區(qū)分硝酸鹽和亞硝酸鹽，也無法準確補償濁度。

單波長和光譜傳感器各有優(yōu)勢，所以哪種更適合您的應用呢？使用單波長傳感器能夠以適中的價格獲得有機物或氮氧化物的趨勢數(shù)據(jù)，并且甚至有些應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用（進水、二級處理、出水）進行校準，并且由于此類傳感器掃描256個波長，從而準確性、可靠性都比單波長傳感器更高，濁度修正也更準確。

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-朗伯定律計算光吸收率時的一個計算因子，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，因為這些應用通常濁度較高。5mm狹縫用于監(jiān)控處理后的出水、低濁度污水，有時還可用于監(jiān)控一些地表水或飲用水應用。取決于應用類型，其他制造商可能還會提供10-50mm的測量光程。選擇YSI紫外可見傳感器時，注意701型號傳感器為 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時應特別考慮。與所有在線傳感器相同，應基于安全性和可達性來選擇安裝位置和方式。要確?？梢暂p松接觸到傳感器，以便偶爾進行維護，因此有足夠的操作空間非常重要。

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

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：剛性安裝或擺動/鏈條安裝。剛性安裝包括將紫外可見傳感器固定至一個金屬桿上，然后將金屬桿安裝至護欄或墻壁上。當需要較穩(wěn)固的解決方案，如水比較湍急或水中有堵塞時，這種安裝類型是選擇。對于一般的沉浸式安裝應用，擺動和鏈條安裝更具優(yōu)勢。使用這種安裝，傳感器將更容易操作，因為傳感器懸掛在鏈條末端，通過鏈條便可輕松地在集水池中進行升降。擺動臂將傳感器伸出集水池外面，但是也可容易接近，只需將傳感器擺動至靠近護欄的位置就能夠拆下傳感器進行維護。

對于像處理后的污水出水、污水回用或飲用水等清水應用，流通池可能是選擇。在這些應用中，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，紫外可見傳感器將采用壁掛式安裝，流通池會形成一個腔體讓水流經(jīng)光學窗口。水流持續(xù)運送至傳感器進行測量，然后排出。無論將WTW紫外可見傳感器用于清水還是污水應用，選擇安裝選項都非常重要，這樣既能夠確保傳感器正常運行，還可將維修工作量保持在限度。

如何維護？

盡管紫外可見傳感器的維護要求不高，且不需要試劑，但仍然需要偶爾進行保養(yǎng)以優(yōu)化運行。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清潔系統(tǒng)，這可有效降低傳感器總的維護時間。WTW提供兩種類型的自動清潔系統(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)輕微振動傳感器的光學窗口，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用中非常成功，WTW的ViSolid(TSS)和VisoTurb(濁度)傳感器中同樣也應用了此技術(shù)。WTW紫外可見傳感器的另一個自動清潔選項是空氣清潔系統(tǒng)。

該系統(tǒng)使用空氣壓縮機定期向光學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行編程控制，根據(jù)所需時間間隔進行清潔。兩種自動清潔系統(tǒng)都能使傳感器在廢水應用中保持數(shù)周的準確讀數(shù)。

自動清潔系統(tǒng)非常有助于減少整體維護時間，但是為了達到最佳性能，仍然需要偶爾進行手動清潔。每兩周從測量環(huán)境中取出紫外可見傳感器進行一次手動清潔，可大大減少潛在的測量問題。手動清潔非常簡捷，整個過程只需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，還應保持日常維護以確保傳感器清潔。

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

應根據(jù)需要進行校準，例如當傳感器安裝、移動到新位置或傳感器對參考樣品的測量不準確時。WTW紫外可見傳感器具有雙通道測量系統(tǒng)，其中一個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，防止任何潛在校準漂移。這樣可免去常規(guī)校準的麻煩，但是仍建議使用實驗室參考樣品對傳感器測量值進行常規(guī)驗證，以確保傳感器的準確性。