Gassensoranwendungen bei der Überwachung und Aufrechterhaltung der Wasserqualität

Zusammenfassung: Das industrielle und demografische Wachstum der letzten Jahrzehnte hat maßgeblich zur Verschlechterung der Wasserqualität beigetragen. Einige der aus Wasseraufbereitungsanlagen austretenden Gase sind giftig und brennbar und müssen identifiziert werden, wie etwa Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid, Methan und Kohlenmonoxid. Es müssen Systeme zur Überwachung der Wasserqualität entwickelt werden, um gesetzliche, ökologische und gesellschaftliche Anforderungen zu erfüllen. Die Überwachung der Wasserqualität ist aufgrund der Variabilität, der Art und der geringen Konzentrationen der zu erkennenden Schadstoffe schwierig. Die aus diesen Aufbereitungsprozessen austretenden Gase spielen eine wesentliche Rolle bei der Wasseraufbereitung, -überwachung und -kontrolle. Gassensoren können als Sicherheitsvorrichtung im Wasserreinigungsprozess eingesetzt werden. Die Gassensoren empfangen Eingangssignale in Form chemischer, physikalischer und biologischer Reize und wandeln sie in elektrische Signale um. Die Gassensoren können in verschiedenen Abwasseraufbereitungsprozessen installiert werden. In diesem Bericht stellen wir aktuelle Fortschritte, bahnbrechende Entwicklungen und technologische Errungenschaften vor, die zur Entwicklung von Gassensoren zur Bewertung der Wasserqualität geführt haben. Die Rolle von Gassensoren bei der Aufrechterhaltung und Überwachung der Wasserqualität wird diskutiert. Verschiedene Analyten, ihre Detektionstechnologien und Sensormaterialien werden mit ihren Vor- und Nachteilen zusammengefasst. Abschließend werden eine Zusammenfassung und ein Ausblick auf die zukünftige Entwicklung von Gassensoren bei der Überwachung und Aufrechterhaltung der Wasserqualität gegeben.

Schlüsselwörter Gassensor/Wasserqualität/Wasseraufbereitung/Abwasser/Chemischer Sauerstoffbedarf/Biologischer Sauerstoffbedarf

Einführung
Eines der größten Umweltprobleme der Menschheit ist die weltweit zunehmende Verschmutzung der Wasserversorgung durch Tausende von natürlichen und industriellen Verbindungen. Aufgrund der Globalisierung, Industrialisierung und des plötzlichen Bevölkerungswachstums hat dieses Problem in den letzten Jahrzehnten an Bedeutung gewonnen. Rund 3,4 Milliarden Menschen haben keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser, was mit über 35 % aller Todesfälle in Entwicklungsländern in Zusammenhang steht [1]. Der Begriff Abwasser wird für Wasser verwendet, das menschliche Abfälle, Haushaltsabfälle, tierische Abfälle, Fette, Seife und Chemikalien enthält. Der Begriff Sensor leitet sich vom lateinischen Wort „sentio“ für Wahrnehmung oder Beobachtung ab. Ein Sensor ist ein Gerät zur Erkennung eines zu untersuchenden Analyten und reagiert auf das Vorhandensein von Schadstoffen oder Analyten in der Umwelt. Im Laufe der Jahre wurden Methoden zur Bestimmung der Wasserqualität weiterentwickelt, um Bakterien, organische und anorganische Chemikalien sowie andere Parameter (z. B. pH-Wert, Härte (gelöstes Ca und Mg) und Trübung) zu identifizieren. Sensoren dienen der Aufrechterhaltung und Überwachung der Wasserqualität und dem Schutz der Wassernutzer. Diese Sensoren können an geeigneten Stellen, zentral innerhalb oder sogar direkt an der Entnahmestelle einer Wasseraufbereitungsanlage, platziert werden. Die Wasserqualität kann mithilfe von Sensoren online oder offline überwacht werden. Heutzutage wird die Online-Überwachung des Wassers aufgrund der schnellen Reaktion dieser Art von Systemen bevorzugt. Es mangelt an geeigneten Sensoren, die für eine ordnungsgemäße Echtzeitüberwachung zur Wartung und Überwachung der Wasserqualität eingesetzt werden können. Eine der am häufigsten verwendeten Wasseraufbereitungstechniken sind Sequencing-Batch-Reaktoren. Dabei handelt es sich um ein Belebtschlammsystem, das zur Anreicherung des Schlamms mit phosphatakkumulierenden Organismen verwendet wird. Die meisten Reaktoren werden offline betrieben, was bedeutet, dass die Daten selten erhoben werden und die Ergebnisse verzögert vorliegen. Dies ist ein Hindernis für die ordnungsgemäße Verwaltung von Systemen und macht