Caractéristiques des capteurs optiques d'oxygène dissous pour la qualité de l'eau

Les capteurs optiques d'oxygène dissous (ODO), également appelés capteurs à fluorescence, constituent une technologie moderne qui se distingue des méthodes traditionnelles à électrodes à membrane (piles de Clark). Leur principe repose sur l'utilisation de l'extinction de fluorescence pour mesurer la concentration d'oxygène dissous dans l'eau.

Principe de fonctionnement :
L'extrémité du capteur est recouverte d'une membrane imprégnée d'un colorant fluorescent. Lorsque ce colorant est excité par une longueur d'onde spécifique de lumière bleue, il émet une lumière rouge. En présence de molécules d'oxygène dans l'eau, celles-ci entrent en collision avec les molécules de colorant excitées, ce qui entraîne une diminution de l'intensité de fluorescence et une réduction de sa durée de vie. La mesure de cette variation d'intensité ou de durée de vie de fluorescence permet de calculer avec précision la concentration d'oxygène dissous.

Caractéristiques principales :

1. Pas de consommation d'oxygène, pas d'électrolyte :
   • C’est là la différence fondamentale avec la méthode des électrodes à membrane. Les capteurs optiques ne consomment pas d’oxygène de l’échantillon, ce qui permet d’obtenir des résultats plus précis, notamment dans les plans d’eau à faible débit ou stagnants.
   • Il n'est pas nécessaire de remplacer les électrolytes ou les membranes, ce qui réduit considérablement la maintenance.
2. Peu d'entretien, grande stabilité :
   • Aucun problème de colmatage de la membrane, d'empoisonnement des électrodes ou de contamination de l'électrolyte.
   • De longs intervalles d'étalonnage, nécessitant souvent un étalonnage tous les quelques mois, voire moins.
3. Réponse rapide et haute précision :
   • Réponse très rapide aux variations de l'oxygène dissous, permettant la capture en temps réel des changements dynamiques de la qualité de l'eau.
   • Les mesures ne sont pas affectées par la vitesse d'écoulement ni par des substances interférentes comme les sulfures, offrant une précision et une stabilité supérieures aux méthodes traditionnelles.
4. Dérive minimale à long terme :
   • Les propriétés du colorant fluorescent sont très stables, ce qui minimise la dérive du signal et garantit la fiabilité des mesures à long terme.
5. Facilité d'utilisation :
   • Généralement prêt à l'emploi, sans long temps de polarisation requis après la mise en marche ; prêt pour la mesure immédiate.

Inconvénients :

• Coût initial plus élevé : généralement plus cher que les capteurs à électrodes à membrane traditionnels.
• La membrane fluorescente a une durée de vie limitée : bien que durable (généralement de 1 à 3 ans), la membrane finira par se photodégrader ou s’encrasser et devra être remplacée.
• Encrassement potentiel par les huiles et les algues : un revêtement épais d’huile ou un encrassement biologique sur la surface du capteur peut interférer avec l’excitation et la réception de la lumière, nécessitant un nettoyage.

2. Scénarios d'application

Grâce à leurs excellentes caractéristiques, les capteurs optiques d'oxygène dissous sont largement utilisés dans divers domaines nécessitant une surveillance continue et précise de l'oxygène dissous :

1. Stations d'épuration des eaux usées :
   • Une application essentielle. Utilisée pour surveiller l'oxygène dissous dans les bassins d'aération et les zones aérobies/anaérobies afin d'optimiser l'aération, permettant un contrôle précis pour des économies d'énergie et une efficacité de traitement améliorée.
2. Surveillance des plans d'eau naturels (rivières, lacs, réservoirs) :
   • Utilisées dans les stations de surveillance environnementale pour évaluer la capacité d'auto-épuration d'un plan d'eau, son état d'eutrophisation et son potentiel d'hypoxie, fournissant ainsi des données pour la protection écologique.
3. Aquaculture :
   • L'oxygène dissous est essentiel à l'aquaculture. Les capteurs optiques permettent une surveillance continue dans les bassins et les étangs. Ils peuvent déclencher des alarmes et activer automatiquement les aérateurs lorsque les niveaux descendent trop bas, évitant ainsi la mortalité des poissons et préservant la production.
4. Recherche scientifique :
   • Utilisé dans les relevés océanographiques, les études limnologiques et les expériences d'écotoxicologie où des données DO de haute précision et à faible interférence sont essentielles.
5. Eau de process industrielle :
   • Dans les systèmes tels que les systèmes de refroidissement des centrales électriques et des usines chimiques, la surveillance de l'oxygène dissous permet de contrôler la corrosion et l'encrassement biologique.

3. Étude de cas d'application aux Philippines

Pays archipelagique, l'économie des Philippines repose fortement sur l'aquaculture et le tourisme, tout en étant confrontée à des problèmes de pollution de l'eau liés à l'urbanisation. Par conséquent, la surveillance de la qualité de l'eau, notamment du taux d'oxygène dissous, est cruciale.

Étude de cas : Système intelligent de surveillance et d'aération de l'oxygène dissous dans les zones aquacoles de la Laguna de Bay

Arrière-plan:
Le lac Laguna de Bay est le plus grand des Philippines, et ses environs sont essentiels à l'aquaculture, notamment pour l'élevage du tilapia et du chanos (Bangus). Cependant, le lac est menacé par l'eutrophisation. Durant les chauds mois d'été, la stratification de l'eau peut entraîner une hypoxie dans les couches profondes, provoquant souvent des mortalités massives de poissons et des pertes économiques considérables pour les aquaculteurs.

Solution d'application :
Le Bureau des pêches et des ressources aquatiques (BFAR), en collaboration avec les gouvernements locaux, a promu l'utilisation d'un système intelligent de surveillance et de contrôle de la qualité de l'eau basé sur des capteurs optiques d'oxygène dissous dans les grandes fermes commerciales et les zones clés du lac.

Composants du système et flux de travail :

1. Points de surveillance : Des bouées multiparamètres de mesure de la qualité de l’eau, équipées de capteurs optiques d’oxygène dissous, ont été déployées à différents endroits des étangs piscicoles (notamment dans les zones les plus profondes) et à des emplacements clés du lac. Ces capteurs ont été choisis pour les raisons suivantes :
   • Faible maintenance : Leur longue durée de fonctionnement sans entretien est idéale pour les zones disposant d'un personnel technique limité.
   • Résistance aux interférences : Moins sujet aux défaillances dues à l'encrassement dans les eaux d'aquaculture riches en matières organiques et turbides.
   • Données en temps réel : Capable de fournir des données chaque minute, permettant la détection rapide des baisses soudaines de DO.
2. Transmission des données : Les données des capteurs sont transmises en temps réel via des réseaux sans fil (par exemple, GPRS/4G ou LoRa) à une plateforme cloud et aux applications mobiles des agriculteurs.
3. Contrôle intelligent et alerte précoce :
   • Côté plateforme : La plateforme cloud est configurée avec des seuils d'alarme DO (par exemple, en dessous de 3 mg/L).
   • Côté utilisateur : les agriculteurs reçoivent des alertes sonores/visuelles, des SMS ou des notifications d’application.
   • Contrôle automatique : le système peut activer automatiquement les aérateurs jusqu’à ce que les niveaux d’oxygène dissous soient rétablis à un niveau sûr.

Résultats :

• Réduction de la mortalité des poissons : les alertes précoces et l’aération automatique ont permis d’éviter plusieurs épisodes de mortalité massive de poissons causés par des niveaux d’oxygène dissous extrêmement bas pendant la nuit ou tôt le matin.
• Amélioration de l'efficacité agricole : Les agriculteurs peuvent gérer l'alimentation et l'aération de manière plus scientifique, réduisant ainsi les coûts d'électricité (en évitant le fonctionnement 24h/24 et 7j/7 des aérateurs) et améliorant les taux de conversion alimentaire et les taux de croissance des poissons.
• Données pour la gestion environnementale : Les stations de surveillance du lac fournissent au BFAR des données spatio-temporelles à long terme sur l’oxygène dissous, contribuant à analyser les tendances de l’eutrophisation et à formuler des politiques de gestion lacustre plus scientifiques.

Résumé:
Dans les pays en développement comme les Philippines, où l'aquaculture est confrontée à des risques élevés et où les infrastructures peuvent être fragiles, les capteurs optiques d'oxygène dissous se sont révélés être un outil technologique idéal pour une aquaculture de précision et une gestion environnementale intelligente, grâce à leur durabilité, leur faible maintenance et leur grande fiabilité. Ils aident non seulement les aquaculteurs à atténuer les risques et à accroître leurs revenus, mais fournissent également des données précieuses pour la protection des écosystèmes aquatiques des Philippines.

Nous pouvons également proposer diverses solutions pour

1. Appareil de mesure portable pour la qualité de l'eau multiparamètres

2. Système de bouées flottantes pour l'analyse multiparamètres de la qualité de l'eau

3. Brosse de nettoyage automatique pour capteur d'eau multiparamètres

4. Ensemble complet de serveurs et module logiciel sans fil, compatible RS485 GPRS/4G/Wi-Fi/LoRa/LoRaWAN

Pour plus d'informations sur les capteurs information,

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