高频通量微型光谱法硝态氮与有机污染物监测传感技术

1. 项目概况

有机污染物和硝态氮是水污染防治和市政水厂的主要监测指标。传统的化学法和监测设备，存在设备体积大、成本高、功耗高的缺点，难以满足智慧水务对高时空分辨率监测的需求。因此亟需发展一种灵敏、快速、低成本、低功耗、微型化和免试剂的水质检测技术。

本项目基于紫外吸收和荧光光谱原理，以宽禁带半导体发光和探测器件为核心，研制了在线水质监测探头，可实现对有机污染物（或化学需氧量COD）、硝态氮等重要水质指标的快速分析检测。

2. 关键技术

（1）深紫外LED体积小、寿命长、功耗低。本项目通过多波长LED光源的时序复用，替代传统全光谱氙灯光源复杂的分光系统，具有灵敏、快速、低成本、低功耗、微型化和易维护等优点。

（2）VUV响应宽禁带半导体光电二极管无需滤光片，即可消除日光和深紫外LED的伴生光干扰，实现对紫外光强的高信噪比探测，以保证监测的稳定性和精确度。

图1. 探头式硝态氮检测器产品设计图

图2. 光谱法硝态氮与有机污染物检测原理示意图

（1）水环境污染溯源

本项目产品检测的实时性和准确性解决了传统污染物检测方法测量周期长的问题，可采用岸边立杆、无线锂电监测终端等方式，为分布式网格化污染溯源提供监测手段。本项目产品低功耗、低成本、轻量级的特点便于实现大量部署，实现对污染的时空监测，高效锁定水体污染源。

图3. 排污口监管溯源物联应用

（2）饮用水水质安全保障

本项目产品用于饮用水水厂处理工艺（如混凝加药和消毒等）的实时在线水质监测，可缩短感知预警的响应时间，进而避免药剂浪费，减少人力物力消耗。

（3）污水节能高效处理

本项目产品灵敏快捷，对城镇污水处理过程中的硝态氮和有机污染物（或COD）进行实时监测预测，可提供及时灵活的数据反馈，以精确控制碳源的投加，助力高效脱氮，提高污水处理效率。硝态氮监测技术已在某大型水务集团污水厂中稳定应用。

图4. 硝态氮传感器获得某大型水务集团技术投资和应用