固废堆场与垃圾填埋场渗沥离子扩散在线监测
时间:2026-04-19
涉川
一、方案介绍
本方案面向生活垃圾卫生填埋场、一般工业固废堆场、危险废物填埋场、飞灰填埋场、封场后填埋场等场景,针对渗沥液渗漏引发的土壤与地下水污染核心风险,采用防爆型工业级离子选择性电极传感技术、三维网格化监测、地下水动力反演、无线物联网与大数据分析技术,构建 **“场区内渗沥液 - 防渗层下渗漏监测 - 周边地下水 - 周边土壤” 四维全覆盖 ** 的渗沥离子扩散监测体系。
方案可实时监测渗沥液特征污染离子的浓度变化,精准识别防渗层破损渗漏事件,快速圈定离子扩散范围、反演定位渗漏点,预测污染扩散趋势,建立多级环境风险预警体系,彻底解决传统人工监测取样周期长、渗漏发现滞后、溯源困难、污染扩散后治理成本极高的行业痛点。方案全程符合《固体废物污染环境防治法》《生活垃圾填埋场污染控制标准》等国家环保法规要求,实现填埋场 / 固废堆场全生命周期的渗沥污染防控,保障周边土壤、地下水生态环境安全,满足环保监管、应急处置、长期运维的全流程需求。

二、监测目标
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特征离子实时监测:24 小时连续监测渗沥液、衬层下、地下水、土壤中的 ** 氨氮、硝态氮、氯离子、硫酸盐、重金属(铅 / 镉 / 铜 / 铬)** 等特征污染离子,以及 pH、电导率(EC)、氧化还原电位(ORP)等辅助指标,全面掌握渗沥污染动态。
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渗漏事件精准识别:通过特征离子浓度突变、空间梯度变化,精准识别防渗层破损、渗沥液渗漏事件,渗漏识别响应时间≤10 分钟,杜绝渗漏事件漏报、迟报。
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渗漏点精准溯源定位:基于网格化监测数据、地下水流向与离子扩散模型,反演定位防渗层破损渗漏点,定位精度可达米级,解决填埋场渗漏点 “找不着、找不准” 的核心难题。
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扩散范围与趋势管控:实时圈定污染离子扩散范围、污染羽分布,基于水动力模型预测离子扩散速度、方向与影响范围,为污染管控提供精准数据支撑。
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多级风险智能预警:建立污染风险四级预警体系,对离子浓度超标、渗漏事件、快速扩散等风险提前预警,预警准确率≥98%,实现污染风险 “早发现、早预警、早处置”。
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全生命周期合规管控:建立填埋场 / 固废堆场建设、运营、封场后全周期渗沥污染监测数据库,数据可追溯、可核查、可直接上报环保监管平台,满足国家环保法规与自行监测要求。
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应急处置决策支撑:渗漏事件发生后,快速输出应急处置、污染阻断、修复治理的精准方案,大幅降低应急处置成本与环境影响。
三、需求分析
3.1 环保法规刚性合规需求
《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008)等法规明确要求,填埋场 / 固废堆场必须对渗沥液、地下水、土壤环境开展定期监测,防渗层渗漏需及时发现与处置;环保部门对渗沥污染事件的处罚力度持续加大,未及时发现渗漏引发的环境污染,将面临高额罚款、停产整治甚至刑事责任,亟需合规、连续、可追溯的在线监测体系。
3.2 传统监测模式的核心痛点
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监测滞后,发现不及时:传统人工取样 + 实验室检测模式,监测频次多为月度 / 季度,从渗漏发生到污染发现往往滞后数月甚至数年,此时污染已大范围扩散,错失最佳处置时机。
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渗漏溯源困难:填埋场库区面积大,防渗层多为几万至几十万平米,传统监测无法精准定位渗漏点,“大面积开挖找漏” 成本极高,且易造成二次污染。
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无法捕捉动态扩散:人工监测无法反映渗沥离子的实时扩散过程,难以预测污染发展趋势,无法支撑精准的污染管控与应急处置。
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作业安全风险高:填埋场库区存在沼气易燃易爆、渗沥液腐蚀有毒等风险,人工频繁取样作业存在极高的安全隐患。
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数据碎片化,溯源性差:人工监测数据碎片化,无法形成连续的时间序列与空间分布数据,难以满足环保监管的全周期溯源要求。
3.3 防渗系统失效防控需求
填埋场防渗层(HDPE 膜)在运营过程中,易因不均匀沉降、机械穿刺、材料老化、施工缺陷等原因发生破损,破损率可达万分之一至千分之一,一旦破损,渗沥液将持续渗漏进入地下,污染土壤与地下水。传统渗漏检测方法(如电火花检测、双电极法)仅能在施工期或空库状态下使用,运营期无法实现连续监测,亟需运营期可实时在线的防渗层渗漏监测技术。
3.4 封场后长期监测需求
生活垃圾填埋场、危废填埋场封场后,渗沥液产生周期长达数十年,防渗层老化破损风险持续存在,封场后仍需开展长期环境监测。传统人工监测模式运维成本高、连续性差,亟需低功耗、免维护、长期稳定运行的在线监测系统,满足封场后数十年的长期监测需求。
3.5 应急处置与污染治理需求
渗沥液渗漏事件发生后,传统模式下无法快速掌握污染扩散范围、渗漏强度,应急处置与修复治理方案缺乏精准数据支撑,易出现 “过度治理” 或 “治理不到位” 的问题,亟需可实时反馈污染动态的监测体系,为应急处置、修复效果评估提供全流程数据支撑。
四、监测方法
4.1 核心监测指标
基于填埋场 / 固废堆场渗沥液的污染特征,分为三大类监测指标,覆盖渗沥污染识别、扩散监测、风险评估全流程:
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监测类别
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核心监测指标
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监测目的
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|---|---|---|
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渗沥特征污染离子
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氨氮、硝态氮、氯离子、硫酸盐、总氮
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渗沥液渗漏的核心示踪离子,快速识别渗漏事件,圈定扩散范围
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特征重金属离子
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铅(Pb²⁺)、镉(Cd²⁺)、铜(Cu²⁺)、六价铬(Cr⁶⁺)、锌(Zn²⁺)
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危废 / 工业固废堆场重点监测指标,评估重金属污染风险,满足地下水质量标准管控要求
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辅助综合指标
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电导率(EC)、pH 值、氧化还原电位(ORP)、地下水水位、土壤含水率、温度
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EC 作为综合污染指标,快速反映渗沥液渗漏;pH/ORP 评估污染物迁移转化规律;水位 / 含水率分析离子扩散动力条件
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4.2 四维网格化布点方法
遵循 **“源头控制、过程监测、边界防控、精准溯源”的原则,构建“场区内渗沥液 - 防渗层下 - 周边地下水 - 周边土壤”** 四维监测网络,布点严格符合《地下水环境监测技术规范》《生活垃圾填埋场防渗系统工程技术规范》要求:
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第一维度:场区内渗沥液源头监测点
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布设位置:渗沥液调节池、集液池、导排主管网末端;
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布设密度:每个集液池 / 调节池至少 1 个监测点;
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监测目的:掌握渗沥液原液离子浓度基线,为渗漏识别提供参照基准。
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第二维度:防渗层下渗漏监测网格
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布设位置:防渗层(HDPE 膜)下的导流层、渗漏检测层,沿填埋场边坡、库底均匀布设;
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布设密度:常规区域按50m×50m网格布点,填埋年限久、荷载大、防渗薄弱区加密至 25m×25m;
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监测目的:第一时间捕捉防渗层破损渗漏事件,通过浓度梯度精准定位渗漏点。
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第三维度:周边地下水监测井网
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布设规则:
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背景对照井:填埋场地下水流向上游,至少 1 口,监测背景值;
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污染监测井:填埋场地下水流向下游,沿水流方向布设 3-5 口,重点监测污染扩散;
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扩散边界井:填埋场周边 50-300m 范围,沿垂直地下水流向布设,圈定污染扩散边界;
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分层监测:监测井按潜水层、承压含水层分层布设,重点监测浅层地下水;
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监测目的:掌握渗沥离子在地下水中的扩散动态,评估地下水污染风险。
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第四维度:周边土壤监测点
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布设位置:填埋场周边防护带、下游污染扩散路径上的土壤剖面;
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布设密度:每 100m 布设 1 个监测点,重点区域加密;
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监测深度:0-20cm、20-50cm、50-100cm 分层监测;
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监测目的:监测渗沥离子对周边土壤的污染扩散情况。
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4.3 数据采集模式
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常规监测模式:默认15-30 分钟 / 次采集频率,可远程调整,满足日常运维与环保监测要求。
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事件触发加密模式:当检测到离子浓度、EC 值突变超过阈值时,自动触发加密采集,采集频率提升至1 分钟 / 次,完整记录渗漏事件全过程,为溯源分析提供高密度数据。
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应急监测模式:渗漏事件发生后,可远程手动设置秒级采集频率,实时跟踪污染扩散动态,支撑应急处置。
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长期低功耗模式:封场后填埋场可切换至1-2 小时 / 次采集频率,配合太阳能供电,实现 5 年以上免维护运行。
4.4 数据传输与防爆设计
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传输方式:
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近距离:RS485 总线(MODBUS RTU 协议)+ LoRa 无线组网,适配填埋场大范围、无遮挡场景;
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远距离:4G/NB-IoT/ 光纤传输,数据加密上传至云平台,支持直接对接环保监管平台;
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本地存储:采集终端本地数据存储≥1 年,断网后自动补传,确保数据不丢失。
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防爆防腐设计:
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所有现场设备均采用Ex d II BT4/BT6 防爆等级设计,适配填埋场沼气易燃易爆环境;
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传感器与设备外壳采用 316L 不锈钢、防腐 PVC 材质,IP68 防水防尘,适配渗沥液高腐蚀、高潮湿环境。
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五、应用原理
5.1 渗沥离子扩散核心机理
填埋场 / 固废堆场产生的渗沥液含有高浓度的氨氮、氯离子、重金属等特征离子,当防渗层发生破损时,渗沥液会在水头差作用下渗漏进入防渗层下的土壤与地下水,通过对流、弥散、吸附、解析等水文地球化学作用发生扩散,形成污染羽。特征离子的浓度分布与渗漏点位置、渗漏强度、地下水流向、介质特性直接相关,浓度从渗漏点向外围呈梯度递减,通过网格化监测浓度梯度,可精准反演渗漏点位置与扩散范围。
5.2 核心传感测量原理
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离子浓度测量原理:采用离子选择性电极(ISE) 技术,电极膜对目标离子(氨氮、硝态氮、氯离子、铅 / 镉 / 铜重金属离子)产生特异性电位响应,依据能斯特方程,电位差与离子活度的对数呈线性关系,通过测量电位差精准计算出离子浓度;内置温度自动补偿、离子强度校正算法,消除环境干扰,测量精度可达 ±3% FS。
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综合指标测量原理:
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电导率(EC):采用四电极法测量,通过溶液导电能力间接反映总离子浓度,作为渗沥液渗漏的快速综合示踪指标;
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pH/ORP:采用玻璃电极与贵金属电极,测量溶液中氢离子活度与氧化还原电位,评估污染物的迁移转化特性;
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水位 / 含水率:采用压力式水位计、频域反射法(FDR)测量地下水水位与土壤含水率,分析离子扩散的水动力条件。
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5.3 渗漏识别与溯源原理
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渗漏事件识别:通过实时监测数据与背景基线对比,当特征离子浓度、EC 值出现显著突变且超出阈值时,系统自动判定为渗漏事件,响应时间≤10 分钟。
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渗漏点精准溯源:基于网格化监测的离子浓度空间分布数据,结合地下水流向、防渗层结构、介质渗透系数,通过时间序列反演算法、浓度梯度定位算法、地下水溶质运移模型,精准反演渗漏点的位置、渗漏量与渗漏时长,定位精度可达米级。
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扩散趋势预测:基于 MODFLOW/MT3DMS 地下水溶质运移模型,结合实时监测的离子浓度、水位、流速数据,预测未来 7 天、30 天、90 天的污染离子扩散范围、扩散速度与峰值浓度,为污染管控提供预判依据。
5.4 系统整体工作流程
现场防爆传感器采集离子浓度、EC、pH、水位等数据→防爆多通道采集终端完成数据预处理与本地存储→LoRa/4G 无线网络加密传输至云平台→平台完成数据校验、存储与智能分析→渗漏事件识别、渗漏点溯源、扩散趋势预测→多级风险预警与应急处置指令下发→环保监管报表自动生成与上报,形成 “监测 - 分析 - 预警 - 处置 - 评估” 的全闭环管控。
六、功能特点
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四维全覆盖监测,无死角防控渗漏构建 “渗沥液源头 - 防渗层下 - 地下水 - 土壤” 四维监测网络,覆盖渗沥液从产生、渗漏到扩散的全路径,彻底解决传统监测 “覆盖不全、盲区多” 的问题。
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实时在线监测,渗漏事件秒级响应24 小时连续在线监测,渗漏事件识别响应时间≤10 分钟,相比传统人工监测,将污染发现时间从数月缩短至分钟级,牢牢把握最佳处置时机。
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智能溯源定位,精准锁定渗漏点内置专业渗漏溯源算法,通过浓度梯度与水动力模型,精准定位防渗层破损渗漏点,定位精度达米级,无需大面积开挖,大幅降低找漏、补漏成本。
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扩散趋势智能预测,提前管控风险基于地下水溶质运移模型,预测污染离子扩散趋势与影响范围,提前制定污染阻断方案,从 “被动治理” 转向 “主动防控”。
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多级智能预警,全流程闭环管控建立四级污染风险预警体系,支持平台弹窗、短信、微信、声光报警、环保平台联动等多渠道预警推送,内置应急处置流程,实现预警 - 处置 - 销号全闭环管理。
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防爆防腐设计,适配恶劣场景所有现场设备均满足 Ex d II BT4 防爆等级,IP68 防水防腐,可在填埋场易燃易爆、高腐蚀、高潮湿的恶劣环境下长期稳定运行。
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低功耗免维护,适配长期监测支持太阳能 + 锂电池供电,低功耗设计,封场后场景可实现 5 年以上免维护运行,大幅降低长期运维成本。
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合规性强,满足环保监管要求系统设计严格遵循国家环保法规与标准,数据自动生成符合监管要求的自行监测报告,可无缝对接生态环境部门监管平台,满足排污许可、环保验收、日常监管的全流程合规要求。
-
可视化管理,操作简单便捷平台提供污染分布热力图、扩散趋势模拟图、历史变化曲线、设备状态全景展示,无需专业水文地质知识,即可直观掌握填埋场污染防控全局。
七、硬件清单
本清单以 ** 中型生活垃圾填埋场(库区面积 10 万㎡)** 为基准配置,可根据堆场 / 填埋场规模、风险等级灵活调整。
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序号
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设备名称
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规格型号
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单位
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基准数量
|
核心用途
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|---|---|---|---|---|---|
|
1
|
防爆型多参数水质离子传感器
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氨氮 / 硝氮 / 氯离子 /pH/EC/ORP 一体化,Ex d II BT4,RS485
|
台
|
12
|
渗沥液调节池、地下水监测井离子监测
|
|
2
|
防爆型重金属离子传感器
|
铅 / 镉 / 铜 / 铬一体化,离子选择性电极,Ex d II BT4,RS485
|
台
|
8
|
危废 / 工业固废堆场地下水、渗沥液重金属监测
|
|
3
|
土壤离子传感器
|
EC/pH/ 含水率 / 温度 / 铵氮 / 硝氮,IP68,RS485
|
台
|
40
|
防渗层下、周边土壤网格化监测
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|
4
|
防爆型地下水水位传感器
|
投入式压力式,Ex d II BT4,量程 0-20m,精度 ±0.2% FS
|
台
|
8
|
地下水监测井水位监测
|
|
5
|
防爆型多通道数据采集终端
|
16 路 RS485 输入,4G/LoRa 传输,Ex d II BT4,本地存储≥1 年
|
台
|
6
|
现场数据采集、预处理、传输
|
|
6
|
LoRa 无线网关
|
传输距离≥3km,8 路并发,IP65
|
台
|
2
|
库区大范围设备无线组网
|
|
7
|
防爆太阳能供电套装
|
60W/100Ah 磷酸铁锂电池,Ex d II BT4,IP67,阴雨续航≥30 天
|
套
|
6
|
现场无市电区域设备供电
|
|
8
|
防爆接线与防护套件
|
防爆接线箱、316L 不锈钢保护套管、防雷模块、防腐线缆
|
套
|
40
|
设备接线、防护、防雷、防腐
|
|
9
|
声光报警器
|
防爆型,Ex d II BT4,联动预警
|
台
|
2
|
现场渗漏事件声光报警
|
|
10
|
填埋场渗沥污染监测云平台
|
专属版,含溯源分析、扩散预测、预警管控、环保报表模块
|
套
|
1
|
数据存储、智能分析、可视化管理、监管对接
|
八、硬件参数(量程、精度)
8.1 核心水质离子传感器参数
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监测指标
|
测量量程
|
测量精度
|
分辨率
|
输出接口
|
|---|---|---|---|---|
|
氨氮
|
0.1~1000 mg/L
|
±3% FS
|
0.1 mg/L
|
RS485/MODBUS RTU
|
|
硝态氮
|
0.1~14000 ppm
|
±3% FS
|
0.1 ppm
|
RS485/MODBUS RTU
|
|
氯离子
|
0.5~35500 ppm
|
±3% FS
|
0.5 ppm
|
RS485/MODBUS RTU
|
|
硫酸盐
|
0.1~48000 ppm
|
±3% FS
|
0.1 ppm
|
RS485/MODBUS RTU
|
|
铅离子(Pb²⁺)
|
0.1~20700 ppm
|
±3% FS
|
0.1 ppm
|
RS485/MODBUS RTU
|
|
镉离子(Cd²⁺)
|
0.1~11200 ppm
|
±3% FS
|
0.1 ppm
|
RS485/MODBUS RTU
|
|
铜离子(Cu²⁺)
|
0.04~39000 ppm
|
±3% FS
|
0.01 ppm
|
RS485/MODBUS RTU
|
|
pH 值
|
0~14 pH
|
±0.05 pH
|
0.01 pH
|
RS485/MODBUS RTU
|
|
电导率(EC)
|
0~20000 μS/cm
|
±1% FS
|
1 μS/cm
|
RS485/MODBUS RTU
|
|
氧化还原电位(ORP)
|
-2000~+2000 mV
|
±5 mV
|
1 mV
|
RS485/MODBUS RTU
|
8.2 土壤与辅助设备参数
|
设备名称
|
核心技术参数
|
|---|---|
|
土壤离子传感器
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铵氮 / 硝氮量程 0~2000mg/kg,精度 ±3% FS;EC 量程 0~20000μS/cm,精度 ±1% FS;含水率量程 0~100% Vol,精度 ±1% FS;IP68 防护,RS485 输出
|
|
地下水水位传感器
|
量程 0~20m(可定制),精度 ±0.2% FS,过载能力 2 倍满量程,Ex d II BT4 防爆,IP68 防护,RS485 输出
|
|
防爆采集终端
|
16 路 RS485 输入,8 路继电器输出,4G/LoRa 双模式传输,本地存储≥1 年,DC 12V 供电
|
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