Intelligente Überwachung der Abwasserqualität in der Entwässerung: Anwendung von Wasserqualitätssensoren

Mit der zunehmenden Urbanisierung wächst auch der Umfang städtischer Entwässerungssysteme stetig, und die Bedeutung ihres stabilen Betriebs und der Wasserqualität für eine nachhaltige Stadtentwicklung wird immer deutlicher. Als Schlüsselelement im städtischen Wassermanagement wird die intelligente Überwachung der Entwässerungswasserqualität zunehmend in die Planung und den Betrieb städtischer Infrastruktur integriert. Die Sensortechnik hat sich aufgrund ihrer Vorteile hinsichtlich zeitlicher Auflösung und räumlicher Abdeckung zu einem wichtigen technischen Mittel für die intelligente Überwachung der Entwässerungswasserqualität entwickelt und liefert die Datengrundlage für ein optimiertes Management städtischer Entwässerungssysteme.

Die Bedeutung der Sensormethode bei der intelligenten Überwachung der Abwasserqualität in der Entwässerung

Herkömmliche Methoden zur Überwachung der Wasserqualität, wie manuelle Probenahme und Laboranalysen, stoßen aufgrund ihrer begrenzten Probenahmehäufigkeit und Analysezyklen an ihre Grenzen und können dynamische Veränderungen der Wasserqualität nicht zeitnah erfassen. In städtischen Entwässerungssystemen können rasche Veränderungen der Wasserqualität Probleme wie Korrosion im Rohrnetz und Betriebsstörungen von Kläranlagen verursachen. Die Sensormethode ermöglicht die kontinuierliche Überwachung von Wasserqualitätsparametern wie pH-Wert, gelöstem Sauerstoff (DO), elektrischer Leitfähigkeit (EC), chemischem Sauerstoffbedarf (CSB), Ammoniakstickstoff (NH₃-N) usw. im Minuten- oder sogar Sekundentakt. Sie liefert den zuständigen Behörden für die städtische Entwässerung Echtzeitdaten, sodass diese frühzeitig auf Wasserqualitätsstörungen reagieren und Maßnahmen ergreifen können, um den stabilen Betrieb des Entwässerungssystems und die Sicherheit der Gewässer zu gewährleisten.

Funktionsprinzip und Eigenschaften von Geräten zur Überwachung der Immersionswasserqualität

Basierend auf dem Prinzip der In-situ-Überwachung integriert das Tauchwasserqualitätsüberwachungsgerät Multiparameter-Sensoren in einem wasserdichten Gehäuse und taucht diese direkt ins Wasser ein. Am Beispiel des pH-Sensors lässt sich verdeutlichen, dass dessen Funktionsprinzip auf der Änderung der Potenzialdifferenz zwischen Glaselektrode und Referenzelektrode mit der Änderung der Wasserstoffionenkonzentration im Wasser beruht. Das Potenzialsignal wird mithilfe der Nernst-Gleichung in den pH-Wert umgerechnet. Sensoren für gelösten Sauerstoff nutzen meist Polarographie oder Fluoreszenz, um den Gehalt an gelöstem Sauerstoff zu bestimmen. Dies geschieht durch die Reduktionsreaktion von Sauerstoffmolekülen an der Elektrodenoberfläche oder durch den Quenching-Effekt fluoreszierender Substanzen. Die Sensoren übertragen die Messdaten in Echtzeit über Datenübertragungsmodule wie RS485 oder 4G-Funk an das Datenerfassungsterminal. Durch den direkten Kontakt mit dem Wasser reagiert das Tauchgerät schnell auf Veränderungen der Wasserqualität. Die Reaktionszeit liegt üblicherweise im Sekunden- bis Minutenbereich, wodurch die Überwachung deutlich beschleunigt wird.

Funktionsweise und Vorteile der Geräte zur Überwachung der Wasserqualität an Uferstationen

Die Wasserqualitätsüberwachungsanlage an der Uferstation nutzt eine Wasserpumpe zur Entnahme von Wasserproben. Nach der Vorbehandlung gelangen die Proben in den Kreislaufbehälter, wo sie mit einer bestimmten Durchflussrate verschiedene Sensoren passieren und analysiert werden. Die Vorbehandlung umfasst Filtration, Temperatur- und pH-Wert-Anpassung, um die optimalen Betriebsbedingungen der Sensoren zu gewährleisten und Störungen der Messergebnisse durch Verunreinigungen in den Wasserproben zu minimieren. Im Vergleich zur Probenentnahme kann die Uferstation mit komplexeren Analysegeräten wie Atomabsorptionsspektrometern und Gaschromatographen-Massenspektrometern ausgestattet werden, um Spurenstoffe wie Schwermetalle und organische Schadstoffe präzise zu analysieren. Gleichzeitig lassen sich Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Messdaten durch die Vor- und Nachbehandlung der Wasserproben deutlich verbessern.

Zukünftiger Entwicklungstrend der intelligenten Überwachung der Abwasserqualität in der Entwässerung

Mit dem kontinuierlichen Fortschritt in der Sensor-, Kommunikations- und Datenanalysetechnologie wird die intelligente Überwachung der Abwasserqualität einen Entwicklungstrend hin zu Intelligenz, Miniaturisierung und Multifunktionalität aufweisen. Im Hinblick auf die Intelligenz werden große Mengen historischer Daten mithilfe von Algorithmen des maschinellen Lernens analysiert, um ein Vorhersagemodell für die Wasserqualität zu erstellen, Trends bei Wasserqualitätsänderungen vorherzusagen und eine Frühwarnfunktion zu realisieren. Im Hinblick auf die Miniaturisierung ermöglicht der Einsatz von Nanotechnologie und mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) kleinere und energieeffizientere Sensoren, wodurch deren Einsatz in komplexen Umgebungen erleichtert wird. Bezüglich der Multifunktionalität ermöglichen neue Sensoren die gleichzeitige Überwachung mehrerer Schadstoffe, beispielsweise integrierte Sensoren, die gleichzeitig verschiedene Schwermetallionen, organische Schadstoffe und Mikroorganismen nachweisen können. Darüber hinaus wird die tiefe Integration von Big Data, Cloud Computing und künstlicher Intelligenz die Verarbeitungskapazität und Analysegenauigkeit der Wasserqualitätsdaten weiter verbessern und eine stärkere technische Grundlage für das intelligente Management städtischer Entwässerungssysteme schaffen.