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水质在线分析仪器技术与市场的发展前景

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文章来源:北京得利特

全球人口的持续增加和经济的持续发展,带来了用水量增加、水资源短缺以及水环境质量和生态恶化的压力,提出了对水处理工业和水环境保护产业更高的要求和需求,将进一步推动在线水质分析仪器市场的发展。当下处于物联网、大数据和人工智能的时代,也需要更多的数据,在线水质分析仪器作为物联网感知层的重要组成,其数据提供者的需求将被放大,要求出现更多高可靠性、低能耗、低维护、低成本现代在线水质分析仪器。现代在线水质分析仪器技术是在分析化学、材料科学、通信技术、计算机、过程控制理论等多学科发展的基础上产生和发展起来的,这些学科的创新和发展,也将为在线水质分析仪器的创新和进步进一步提供支持。  

另外,随着绿色分析理念的大力推广,绿色分析技术的不断出现,未来的在线水质分析仪器将会尽量减少使用和产生有毒化学品,在设计上也会更加考虑降低仪器的能耗和分析的用水量。

流式细胞术、生物预警技术、核酸酶重金属特异性反应、微流控技术等诸多新的测量原理,已正在或者即将被在线水质分析仪器采用;量子点、石墨烯、碳纳米管、生物芯片、水凝胶等新材料也开始进入水质监测领域;

在仪器数据处理方面,各种新算法及水质模型不断出现, 将提升各种新型在线水质分析仪器的功能及完善数据后处理,提供更多有价值的水质数据和信息不仅是仪器硬件和分析技术,软件和数据处理技术也将成为在线水质分析仪器的重要组成部分。在未来,在线水质分析仪器将成为“硬件+材料+软件+算法”的组合。 

随着新的分析原理、方法的出现和应用,以及各种新材料的采用,传感器对复杂水质的适应性会得到提高;同时,物联网技术的应用,可以实现对和水样直接接触的传感器自身寿命及运行状态进行远程实时监测、管理以提高维护效率、降低维护成本。

还有,伴随3D打印技术的成熟应用,根据待测水样的不同水质情况,实现差异化设计、制造也将成为现实;比如:饮用水和海水、工业废水,即使是测量同一个水质指标,也可选用不同材质、结构和制造工艺来生产传感器,以满足不同水质条件的要求。 

更重要的是,和所有电子产品一样,传感器的成本必然会随着物联网时代大规模的应用出现超出想象力的下降,这时,免维护的一次性在线水质传感器将成为现实。和传感器一样,结构复杂的在线水质分析仪器的成本问题也必然随着大规模的应用得到降低;仪器的维护问题也可以通过设计的优化、新材料以及耐用元器件的采用得到改进,特别是,工业物联网技术的进步,可通过产品在硬件上增加必要的传感器,在测试流程中,获取过程节点的参数指标及变化曲线,智能判断拐点、斜率、峰值、积分面积等指标,转化为对应的数学模型,形成一套用于描述“仪器行为”的监控系统,通过“仪器行为”来评估在线水质分析仪器状态,以实现这种精密设备的远程管理和诊断,进行有针对性的预维护等手段降低维护量及维护费用,从而进一步推动在线水质分析仪器应用规模的扩大。 

从市场发展角度来看,就像其他任何一种新兴技术和行业一样,水质在线分析仪器市场也会经历从市场初期的缓慢增长到高速成长的发展历程。在初期,市场需求受到了两种因素的制约:其中一个主要因素是投入产出分析,相对于过低的水资源费、水价以及废水排放需要支付的费用而言,当时在线分析仪器的投资和运行成本都比较高。还有一个因素是在线水质分析仪器和技术自身的限制,当时在线水质分析仪器的稳定性、可靠性等还不能完全满足市场的要求;可以实现在线分析的水质参数也不是很多;另外,由于水质条件的多样化与复杂性,即使是面对同一个水样,测量不同水质参数时,对仪器测量方式,安装方式的要求都有不同,这对以在线水质监测系统为代表的应用技术也提出了很高的要求。这些因素造成了监管部门和行业的运行管理者以及水处理工程师对采用在线水质分析仪器都持有谨慎的态度,在当时严重制约了在线水质分析仪器的应用与推广。

进入21世纪以来,由于水资源短缺、水环境污染的问题日益严重,行业同时迎来了水资源费上涨、饮用水水质标准提高、废水排放标准更加严格以及用水量及用水人口增加、水价上涨等诸多挑战和机会;在法规的压力和市场的推动下,加强水环境监测、淘汰粗放式的水处理及用水模式,采用更加先进的过程控制系统以提高水处理效率、降低水处理及用水成本就成为了人类社会必然的选择;与此同时,技术的发展使得在线水质分析仪器的稳定性与可靠性有了很大提高、可以实现在线监测的水质参数越来越多、在线水质分析仪器的功能也越来越强大;市场需求的增长和水质在线分析仪器自身的技术进步共同推动了行业的高速发展。

在中国,随着日益严格的环保法规的驱动,特别是以在线监测作为主要技术路线的环境监测技术政策的推动下,监测型在线水质分析仪器将继续保持高速成长。与此同时,石油化工、冶金、火力发电等传统高耗水工业用水效率的提高以及行业自身的技术进步,半导体、生物制药等对水质要求更加严格的新兴行业的快速发展,都会进一步提高对在线水质分析仪器的需求,过程型在线水质分析仪器也将保持持续的增长。物联网、大数据、云计算以及即将到来的5G时代,需要更多的传感器类型的在线水质分析仪器,低功耗、低成本的在线水质分析传感器将会迎来爆发的机会。

在市场需求和技术进步的共同推动下,在线水质分析仪器及其应用技术必将得到快速发展,仪器的稳定性与可靠性会有进一步的提高、可以实现在线监测的水质参数将越来越多、在线水质分析仪器的功能也将越来越强大,市场将会在很长一段时间内保持可持续的增长趋势。


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