Optische Sensoren für gelösten Sauerstoff (ODO-Sensoren), auch bekannt als fluoreszenzbasierte Sensoren, stellen eine moderne Technologie dar, die sich von traditionellen Membran-Elektroden-Methoden (Clark-Zellen) unterscheidet. Ihr Kernmerkmal ist die Nutzung der Fluoreszenzlöschung zur Messung der Konzentration von gelöstem Sauerstoff im Wasser.
Funktionsprinzip:
Die Spitze des Sensors ist mit einer Membran bedeckt, die mit einem fluoreszierenden Farbstoff imprägniert ist. Wird dieser Farbstoff mit blauem Licht einer bestimmten Wellenlänge angeregt, emittiert er rotes Licht. Sind Sauerstoffmoleküle im Wasser vorhanden, kollidieren diese mit den angeregten Farbstoffmolekülen, was zu einer Verringerung der Fluoreszenzintensität und einer Verkürzung der Fluoreszenzlebensdauer führt. Durch Messung dieser Änderung der Fluoreszenzlebensdauer bzw. -intensität lässt sich die Konzentration des gelösten Sauerstoffs präzise berechnen.
Hauptmerkmale:
- Kein Sauerstoffverbrauch, kein Elektrolyt:
- Dies ist der grundlegendste Unterschied zur Membranelektrodenmethode. Optische Sensoren verbrauchen keinen Sauerstoff aus der Probe und liefern daher genauere Ergebnisse, insbesondere in langsam fließenden oder stehenden Gewässern.
- Elektrolyte und Membranen müssen nicht ausgetauscht werden, wodurch der Wartungsaufwand deutlich reduziert wird.
- Geringer Wartungsaufwand, hohe Stabilität:
- Es gibt keine Probleme mit Membranverstopfung, Elektrodenvergiftung oder Elektrolytverunreinigung.
- Lange Kalibrierintervalle, die oft eine Kalibrierung nur alle paar Monate oder sogar noch seltener erfordern.
- Schnelle Reaktionszeit und hohe Genauigkeit:
- Sehr schnelle Reaktion auf Veränderungen des gelösten Sauerstoffs, wodurch dynamische Veränderungen der Wasserqualität in Echtzeit erfasst werden können.
- Die Messungen werden weder durch die Strömungsgeschwindigkeit noch durch Störsubstanzen wie Sulfide beeinflusst und bieten somit eine höhere Genauigkeit und Stabilität im Vergleich zu herkömmlichen Methoden.
- Minimale Langzeitdrift:
- Die Eigenschaften des Fluoreszenzfarbstoffs sind sehr stabil, was zu minimalen Signalabweichungen führt und eine langfristige Messzuverlässigkeit gewährleistet.
- Benutzerfreundlichkeit:
- Typischerweise sofort einsatzbereit, ohne dass nach dem Start eine lange Polarisationszeit erforderlich ist; sofort messbereit.
Nachteile:
- Höhere Anschaffungskosten: In der Regel teurer als herkömmliche Membranelektrodensensoren.
- Fluoreszierende Membranen haben eine begrenzte Lebensdauer: Obwohl sie lange halten (in der Regel 1-3 Jahre), werden sie irgendwann durch Photodegradation abgebaut oder verschmutzt und müssen ersetzt werden.
- Mögliche Verschmutzung durch Öle und Algen: Starke Öl- oder Biofouling-Beläge auf der Sensoroberfläche können die Lichtanregung und -aufnahme beeinträchtigen und eine Reinigung erforderlich machen.
2. Anwendungsszenarien
Aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften finden optische Sensoren für gelösten Sauerstoff breite Anwendung in verschiedenen Bereichen, die eine kontinuierliche und präzise Überwachung des gelösten Sauerstoffs erfordern:
- Kläranlagen:
- Eine entscheidende Anwendung. Sie dient zur Überwachung des gelösten Sauerstoffs in Belüftungsbecken und aeroben/anaeroben Zonen, um die Belüftung zu optimieren und so eine präzise Steuerung für Energieeinsparungen und eine verbesserte Behandlungseffizienz zu ermöglichen.
- Überwachung natürlicher Gewässer (Flüsse, Seen, Stauseen):
- Wird in Umweltüberwachungsstationen eingesetzt, um die Selbstreinigungskapazität eines Gewässers, den Eutrophierungsgrad und das Potenzial für Hypoxie zu beurteilen und liefert Daten für den ökologischen Schutz.
- Aquakultur:
- Sauerstoff ist für die Aquakultur lebenswichtig. Optische Sensoren ermöglichen die kontinuierliche Überwachung von Teichen und Becken. Sie können Alarme auslösen und Belüfter automatisch aktivieren, wenn der Sauerstoffgehalt zu niedrig sinkt, wodurch Fischsterben verhindert und die Produktion gesichert wird.
- Wissenschaftliche Forschung:
- Wird verwendet bei ozeanographischen Untersuchungen, limnologischen Studien und ökotoxikologischen Experimenten, bei denen hochpräzise und störungsarme DO-Daten unerlässlich sind.
- Industrielles Prozesswasser:
- In Systemen wie dem Kühlwasser von Kraftwerken und Chemieanlagen wird der gelöste Sauerstoff überwacht, um Korrosion und Biofouling zu kontrollieren.
3. Anwendungsfallstudie auf den Philippinen
Als Inselstaat ist die philippinische Wirtschaft stark von Aquakultur und Tourismus abhängig und steht gleichzeitig vor der Herausforderung der Wasserverschmutzung durch die Urbanisierung. Daher ist die Überwachung der Wasserqualität, insbesondere des gelösten Sauerstoffs, von entscheidender Bedeutung.
Fallstudie: Intelligentes Sauerstoffüberwachungs- und Belüftungssystem in Aquakulturzonen der Laguna de Bay
Hintergrund:
Der Laguna de Bay ist der größte See der Philippinen, und die umliegenden Gebiete sind von entscheidender Bedeutung für die Aquakultur, insbesondere für Tilapia und Milchfische (Bangus). Der See ist jedoch durch Eutrophierung bedroht. In den heißen Sommermonaten kann die Schichtung des Wassers in tieferen Schichten zu Sauerstoffmangel führen, was häufig massives Fischsterben zur Folge hat und den Züchtern erhebliche wirtschaftliche Verluste verursacht.
Anwendungslösung:
Das Bureau of Fisheries and Aquatic Resources (BFAR) förderte in Zusammenarbeit mit den lokalen Regierungen den Einsatz eines intelligenten Wasserqualitätsüberwachungs- und -kontrollsystems auf Basis optischer Sensoren für gelösten Sauerstoff in großen kommerziellen Fischzuchtbetrieben und wichtigen Bereichen des Sees.
Systemkomponenten und Arbeitsablauf:
- Überwachungsknoten: An verschiedenen Stellen in Fischteichen (insbesondere in tieferen Bereichen) und an wichtigen Standorten im See wurden Mehrparameter-Wasserqualitätsbojen mit optischen Sauerstoffsensoren eingesetzt. Diese Sensoren wurden aus folgenden Gründen ausgewählt:
- Geringer Wartungsaufwand: Dank ihres langen, wartungsfreien Betriebs eignen sie sich ideal für Bereiche mit begrenztem technischem Personal.
- Widerstandsfähigkeit gegen Störungen: Weniger anfällig für Ausfälle durch Ablagerungen in organisch reichen und trüben Aquakulturgewässern.
- Echtzeitdaten: Liefert Daten im Minutentakt und ermöglicht so die schnelle Erkennung plötzlicher Sauerstoffabfälle.
- Datenübertragung: Sensordaten werden in Echtzeit über drahtlose Netzwerke (z. B. GPRS/4G oder LoRa) an eine Cloud-Plattform und mobile Apps der Landwirte übertragen.
- Intelligente Steuerung und Frühwarnung:
- Plattformseitig: Die Cloud-Plattform ist mit DO-Alarmschwellenwerten konfiguriert (z. B. unter 3 mg/L).
- Nutzerseite: Landwirte erhalten akustische/visuelle Warnmeldungen, SMS oder App-Benachrichtigungen.
- Automatische Steuerung: Das System kann die Belüfter automatisch aktivieren, bis der Sauerstoffgehalt wieder in einem sicheren Bereich liegt.
Ergebnisse:
- Verringerte Fischsterblichkeit: Frühwarnungen und automatische Belüftung verhinderten erfolgreich mehrere Fischsterben aufgrund kritisch niedriger Sauerstoffwerte in der Nacht oder am frühen Morgen.
- Verbesserte Effizienz in der Landwirtschaft: Landwirte können Fütterung und Belüftung wissenschaftlicher steuern, wodurch die Stromkosten gesenkt werden (da der 24/7-Betrieb von Belüftern vermieden wird) und die Futterverwertungsrate sowie die Wachstumsraten der Fische verbessert werden.
- Daten für das Umweltmanagement: Die Überwachungsstationen im See liefern dem BFAR langfristige räumlich-zeitliche DO-Daten, die dazu beitragen, Eutrophierungstrends zu analysieren und wissenschaftlichere Richtlinien für das Seemanagement zu formulieren.
Zusammenfassung:
In Entwicklungsländern wie den Philippinen, wo die Aquakultur hohen Risiken ausgesetzt ist und die Infrastruktur oft unzureichend ist, haben sich optische Sauerstoffsensoren aufgrund ihrer Langlebigkeit, Wartungsarmut und hohen Zuverlässigkeit als ideales technologisches Werkzeug für die Präzisionsaquakultur und ein intelligentes Umweltmanagement erwiesen. Sie helfen Landwirten nicht nur, Risiken zu minimieren und ihr Einkommen zu steigern, sondern liefern auch wertvolle Daten zum Schutz der wertvollen aquatischen Ökosysteme der Philippinen.
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Für weitere Informationen zu Sensoren Information,
Bitte wenden Sie sich an Honde Technology Co., LTD.
Email: info@hondetech.com
Unternehmenswebsite:www.hondetechco.com
Tel.: +86-15210548582
Veröffentlichungsdatum: 30. Oktober 2025