【应用】地下水硝酸盐实时在线监测 - TriOS NICO 硝酸盐传感器

上海奕枫仪器设备有限公司

2023/07/04 11:25
TA的动态

地下水中广泛存在的硝酸盐污染是全世界饮用水供应的一个主要问题，原因之一便是农业密集使用的氮肥。植物不消耗且未在土壤中分解的氮成分，最终以硝酸盐的形式进入地下水，因此，欧盟饮用水中硝酸盐含量 50 mg/l 的限值越来越频繁地被超出。根据德国联邦环境署的数据，欧洲经济区地下水测量网络中，约17%的测量点硝酸盐含量 > 50 mg/l。


然而，因缺乏硝酸盐浓度的高分辨率、实时在线测量系统，人们对地下水和地表水中硝酸盐污染的确切动态和趋势知之甚少。通过常规的实地取样和实验室测量，只能很少或偶然检测到大雨等事件后硝酸盐短期浓度峰值或稀释效应。


但 TriOS 的 NICO 传感器，作为新型的现代光度计，可以连续、实时、稳定、长期的以高分辨率的方式记录地下水测量点的硝酸盐浓度，并且只需要非常低的维护工作。


TriOS NICO 硝酸盐测量方案

测量方法

NICO传感器基于使用氙灯和光电二极管的微分光学测量，检测并分析测量介质中波长为 212 nm、254 nm 和 360 nm 的吸收率，即可计算硝酸盐浓度，精度高且稳定。且硝酸盐传感器自动补偿水中的有机化合物和/或浊度， 因此对测量精度影响很小或没有影响。


维护和校准

典型的维护周期包括每六个月检查一次传感器（根据实地水质情况可调整） 和每年检查一次硝酸盐传感器的校准情况。光学测量法可提供高精度和无漂移的测量数据，并且只需最少的校准工作。如有必要，可以基于实验室参考值，对传感器进行本地“修正/微调”。由于不消耗试剂或无需更换老化电极，因此运行成本低。可选配自动清洁系统，确保测量窗口没有多余的沉积物（如图 1）。

图 1 带有自动清洁系统的 TriOS NICO 硝酸盐传感器


测量方案

如图2，使用NICO传感器方案野外长期监测地下水硝酸盐。NICO传感器能耗低，使用电池组供电即可长时间运行，必要可搭配太阳能板运行。搭配数据传输系统和天线，可远程实时监测地下水硝酸盐动态变化。

图片2.png

图 2 采用低维护测量技术进行长期连续硝酸盐监测的地下水测量点设计


地下水硝酸盐监测实例

2019 年开始对图林根州Barchfeld 附近Werratal 近地表含水层进行硝酸盐污染监测，在测量点 (GWM) 使用 NICO 光学硝酸盐传感器。

图 3 Bad Salzungen 附近，图林根森林边缘 Werra 山谷的地质块模型

蓝色框出的区域中，多个地下水测量点（GWM）配备了 NICO 硝酸盐传感器


近两年的监测记录显示，硝酸盐浓度始终高于 50 mg/l 的限值，说明该区域地下水持续处于高污染状态，且从中可以看到氮输入影响的动态变化。

例如，硝酸盐含量线显示冬季降水事件后出现多个浓度峰值，有时甚至升至120 mg/l 以上。这说明降雨事件后地下水没有发生稀释效应，硝酸盐浓度反而迅速增加（图 4）。分析原因为，降雨事件在某些区域，会将硝酸盐由含量较高的浅层地下水区域“推”到更深的区域。


图片3.png

图 4 使用 NICO 硝酸盐传感器和压力传感器在 Barchfeld 附近的 Werratal 地下水测量点进行测量（实验室参考值与传感器测量值的偏差约为 1 mg/l）


NICO 传感器在 Barchfeld 地表含水层监测硝酸盐所获得的高分辨率的数据， 被应用到 NiMo4.0 项目中。


NiMo 4.0 – 硝酸盐监测 4.0 项目

该项目是“人工智能灯塔” 资助计划中选定的 15 个灯塔项目之一，该计划由联邦环境、自然保护和核安全部资助。

目的：开发一种借助人工智能准确预测地下水硝酸盐浓度的智能系统。详细准确的数据是预测并制定降低地下水硝酸盐污染措施的基础。

期限：3 年

合作伙伴：卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）负责该项目。合作伙伴包括 Disy Informationssysteme GmbH、弗劳恩霍夫研究所 IOSB 和 DVGW 水技术中心TZW。

项目信息：nimo-projekt.de




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