位于亚琛的弗劳恩霍夫激光技术研究所(Fraunhofer Institute for Laser Technology, ILT)正在与工业合作伙伴和用户一起测试一种新型激光浸没式探头，它可能为污水处理厂水处理过程的连续在线监测铺平道路。
二维荧光测量法直接在澄清池现场生成光谱数据。与智能评估软件相结合，这一过程是能源和资源高效的水处理的关键。
它将在IFAT 2024上首次向公众展示，IFAT 2024是在慕尼黑举行的世界领先的水、污水、废物和原材料管理贸易展览会。
为了监测污水处理厂的水处理过程，操作人员迄今为止依赖于24小时复合样品。这些数据全天连续收集，然后在实验室中分析总参数，如有机碳总量(TOC)、溶解有机碳(DOC)或生物物质完全好氧降解所消耗的氧气量(生物需氧量;BOD)。
然而，鉴于城市地区人口密度的增加和废水成分的变化，这种24小时网格正在达到极限。更密切的监测不仅对处理过的废水的质量是可取的。
在生产过程中，对能源和昂贵的操作材料的需求通常对环境有害，如果操作人员能够跟踪在持续处理过程中总和参数的测量值如何变化，则可以显着减少对能源和昂贵操作材料的需求。因此，他们可以根据这些实时数据更有效地控制他们的工厂。
新型浸入式探针检测废水中荧光团的排放
弗劳恩霍夫工业技术研究所的一个研究小组目前正在为使这种基于数据的水处理成为现实奠定技术基础。其核心是一种新型的基于激光的浸入式探针，它将实验室的水分析直接转移到澄清器中。
“我们使用的现象是，与水质有关的物质在受到特定波长的光激发时发出荧光。我们的浸入式探针在紫外和可见光谱范围内以不同波长激发这些荧光团，并检测发出的荧光信号，”生物分析专家Christoph Janzen博士解释说，他负责Fraunhofer ILT的研究项目。
在线二维荧光分析的目标包括氨基酸色氨酸(TRP)、酪氨酸(TYR)、苯丙氨酸(PHE)和腐植酸群(HS)。由于它们的激发波长范围从260纳米的PHE到350纳米的HS，研究小组将探针与可调谐光源耦合在一起。
“这可以用它们的特定波长激发所有目标物质。如果它们存在于废水中，就会发出它们特有的长波荧光信号，”他说。当使用灵敏的光谱仪时，可以记录每个激发波长的荧光光谱。
这就产生了二维地图，记录了激发波长和相应的光发射。这些所谓的激发-发射矩阵将检测到的荧光信号可视化，并为操作员提供处理过程中每个阶段废水中有机污染负荷的精确信息。
“这种二维荧光测量使得在处理过程中直接在线记录废水的特征和参数成为可能。到目前为止，传统的工艺只能在实验室离线完成。
Janzen解释说:“市售的用于确定sum参数的内联探头通常只在有限的参数范围内可靠，如果废水的成分变化很大，则提供不正确的测量数据。”
为了验证测量结果，除了荧光数据外，还可以用浸入式探针记录透射光谱。
复杂的集成在一个方便的潜水探针
项目团队以Fraunhofer ILT广泛的光学设计和测量技术专业知识为基础，以方便的浸入式探头的形式实现复杂的在线测量过程。到目前为止，测量通常是在实验室设备中离线进行的。
激光点燃的氙气等离子体灯具有高亮度和低热损失的特点。使用单色器从光中滤出所需的波长，并通过光纤传输到浸入式探头。在那里，它被一个透镜准直，并通过非球面光学聚焦在测量点上。
同样的光学系统通过第二个准直透镜将受欢迎物质的荧光信号耦合到另一根光纤中，该光纤将荧光信号传输到基于ccd的光谱仪。该团队在与工业界和研究界合作伙伴的联合研究项目中开发的软件用于评估和可视化测量数据。
亚琛研究小组在与一家中型测量技术供应商、一家水管理研究所和一家地区水务局合作的“用于在线水和废水监测的Fluo-Monitor-2D荧光探针”项目中自行开发了探针。目前的项目AIX-Watch将继续开发二维荧光测量方法，并在实际条件下进行测试。
“中期目标是利用连续在线测量优化污水处理厂的控制和调节，”Janzen说。操作人员必须检查并记录他们的设备是否符合总参数的限值，如TOC, DOC和BOD。新的二维荧光过程不直接记录这些。然而，记录的氨基酸和腐植酸与总和参数相关。
“已经有数学模型可以从这些相关性中推断出总和参数的值。如果这些模型能够处理由我们的潜水探头提供的连续收集的在线测量数据，那么未来分析的准确性将继续提高，”Janzen解释说。这将使运营商能够在线访问其水处理过程的状态，并使他们能够相应地调整其操作策略。
智能，自适应水处理与人工智能和在线传感器
这将使激光浸没式探针成为智能水处理的基础技术。当它与内联传感器技术和人工智能相结合时，尽管废水成分波动，但用户可以只使用符合法律限制所需的能量和昂贵的操作材料，如臭氧。
Janzen强调说:“由于我们在这里使用数学模型，我们仍然需要用传统的离线分析来支持它。”然而，学习模型是一种很有前途的自适应污水处理方法，它基于在线测量，并将其操作策略定位于水的实际状态及其当前成分。
为了使该工艺能够广泛应用，弗劳恩霍夫工业技术研究所的研究小组正在继续并行开发探针。根据Janzen的说法，一种方法是使用更具成本效益的led代替可调谐氙气等离子体光源。这是因为在数据挖掘和人工智能的背景下，快速扩展数据库尤为重要。
更具成本效益的浸入式探针是接近这一目标的一种方法。“我们诚挚地邀请感兴趣的各方在IFAT 2024的弗劳恩霍夫联合展位(B3馆338号展位)了解更多关于新的二维荧光测量过程及其未来潜力的信息，”Janzen解释说。
由弗劳恩霍夫研究所<s:1>激光技术研究所ILT提供 引用一种用于智能内联mo的激光浸没探头 水和废水监测(2024年，5月2日)2024年5月4日检索自https://techxplore.com/news/2024-05-laser-immersion-probe-smart-inline.html本文档 作品受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。的有限公司 内容仅供参考之用。
