水質在線分析儀器技術與市場的發(fā)展前景

  全球人口的持續(xù)增加和經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，帶來了用水量增加、水資源短缺以及水環(huán)境質量和生態(tài)惡化的壓力，提出了對水處理工業(yè)和水環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)更高的要求和需求，將進一步推動在線水質分析儀器市場的發(fā)展。

  當下處于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能的時代，也需要更多的數(shù)據(jù)，在線水質分析儀器作為物聯(lián)網(wǎng)感知層的重要組成，其數(shù)據(jù)提供者的需求將被放大，要求出現(xiàn)更多高可靠性、低能耗、低維護、低成本現(xiàn)代在線水質分析儀器。

  現(xiàn)代在線水質分析儀器技術是在分析化學、材料科學、通信技術、計算機、過程控制理論等多學科發(fā)展的基礎上產(chǎn)生和發(fā)展起來的，這些學科的創(chuàng)新和發(fā)展，也將為在線水質分析儀器的創(chuàng)新和進步進一步提供支持。

  另外，隨著綠色分析理念的大力推廣，綠色分析技術的不斷出現(xiàn)，未來的在線水質分析儀器將會盡量減少使用和產(chǎn)生有毒化學品,在設計上也會更加考慮降低儀器的能耗和分析的用水量。

  流式細胞術、生物預警技術、核酸酶重金屬特異性反應、微流控技術等諸多新的測量原理,已正在或者即將被在線水質分析儀器采用;量子點、石墨烯、碳納米管、生物芯片、水凝膠等新材料也開始進入水質監(jiān)測領域;

  在儀器數(shù)據(jù)處理方面，各種新算法及水質模型不斷出現(xiàn), 將提升各種新型在線水質分析儀器的功能及完善數(shù)據(jù)后處理，提供更多有價值的水質數(shù)據(jù)和信息-不僅是儀器硬件和分析技術,軟件和數(shù)據(jù)處理技術也將成為在線水質分析儀器的重要組成部分。在未來，在線水質分析儀器將成為“硬件+材料+軟件+算法”的組合。

  隨著新的分析原理、方法的出現(xiàn)和應用，以及各種新材料的采用，傳感器對復雜水質的適應性會得到提高;同時，物聯(lián)網(wǎng)技術的應用，可以實現(xiàn)對和水樣直接接觸的傳感器自身壽命及運行狀態(tài)進行遠程實時監(jiān)測、管理以提高維護效率、降低維護成本。

  還有，伴隨3D打印技術的成熟應用，根據(jù)待測水樣的不同水質情況，實現(xiàn)差異化設計、制造也將成為現(xiàn)實;比如：飲用水和海水、工業(yè)廢水，即使是測量同一個水質指標，也可選用不同材質、結構和制造工藝來生產(chǎn)傳感器，以滿足不同水質條件的要求。

  更重要的是，和所有電子產(chǎn)品一樣，傳感器的成本必然會隨著物聯(lián)網(wǎng)時代大規(guī)模的應用出現(xiàn)超出想象力的下降，這時，免維護的一次性在線水質傳感器將成為現(xiàn)實。和傳感器一樣，結構復雜的在線水質分析儀器的成本問題也必然隨著大規(guī)模的應用得到降低;儀器的維護問題也可以通過設計的優(yōu)化、新材料以及耐用元器件的采用得到改進，特別是，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術的進步，可通過產(chǎn)品在硬件上增加必要的傳感器，在測試流程中，獲取過程節(jié)點的參數(shù)指標及變化曲線，智能判斷拐點、斜率、峰值、積分面積等指標，轉化為對應的數(shù)學模型，形成一套用于描述“儀器行為”的監(jiān)控系統(tǒng)，通過“儀器行為”來評估在線水質分析儀器狀態(tài)，以實現(xiàn)這種精密設備的遠程管理和診斷，進行有針對性的預維護等手段降低維護量及維護費用，從而進一步推動在線水質分析儀器應用規(guī)模的擴大。

  從市場發(fā)展角度來看，就像其他任何一種新興技術和行業(yè)一樣，水質在線分析儀器市場也會經(jīng)歷從市場初期的緩慢增長到高速成長的發(fā)展歷程。

  在初期，市場需求受到了兩種因素的制約：其中一個主要因素是投入產(chǎn)出分析，相對于過低的水資源費、水價以及廢水排放需要支付的費用而言，當時在線分析儀器的投資和運行成本都比較高。

  還有一個因素是在線水質分析儀器和技術自身的限制，當時在線水質分析儀器的穩(wěn)定性、可靠性等還不能完全滿足市場的要求;可以實現(xiàn)在線分析的水質參數(shù)也不是很多;另外，由于水質條件的多樣化與復雜性，即使是面對同一個水樣，測量不同水質參數(shù)時，對儀器測量方式，安裝方式的要求都有不同，這對以在線水質監(jiān)測系統(tǒng)為代表的應用技術也提出了很高的要求。

  這些因素造成了監(jiān)管部門和行業(yè)的運行管理者以及水處理工程師對采用在線水質分析儀器都持有謹慎的態(tài)度，在當時嚴重制約了在線水質分析儀器的應用與推廣。

  進入21世紀以來，由于水資源短缺、水環(huán)境污染的問題日益嚴重，行業(yè)同時迎來了水資源費上漲、飲用水水質標準提高、廢水排放標準更加嚴格以及用水量及用水人口增加、水價上漲等諸多挑戰(zhàn)和機會;在法規(guī)的壓力和市場的推動下，加強水環(huán)境監(jiān)測、淘汰粗放式的水處理及用水模式，采用更加先進的過程控制系統(tǒng)以提高水處理效率、降低水處理及用水成本就成為了人類社會必然的選擇;與此同時，技術的發(fā)展使得在線水質分析儀器的穩(wěn)定性與可靠性有了很大提高、可以實現(xiàn)在線監(jiān)測的水質參數(shù)越來越多、在線水質分析儀器的功能也越來越強大;市場需求的增長和水質在線分析儀器自身的技術進步共同推動了行業(yè)的高速發(fā)展。

  在中國，隨著日益嚴格的環(huán)保法規(guī)的驅動，特別是以在線監(jiān)測作為主要技術路線的環(huán)境監(jiān)測技術政策的推動下，監(jiān)測型在線水質分析儀器將繼續(xù)保持高速成長。與此同時，石油化工、冶金、火力發(fā)電等傳統(tǒng)高耗水工業(yè)用水效率的提高以及行業(yè)自身的技術進步，半導體、生物制藥等對水質要求更加嚴格的新興行業(yè)的快速發(fā)展，都會進一步提高對在線水質分析儀器的需求，過程型在線水質分析儀器也將保持持續(xù)的增長。物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算以及即將到來的5G時代，需要更多的傳感器類型的在線水質分析儀器，低功耗、低成本的在線水質分析傳感器將會迎來爆發(fā)的機會。

  在市場需求和技術進步的共同推動下，在線水質分析儀器及其應用技術必將得到快速發(fā)展，儀器的穩(wěn)定性與可靠性會有進一步的提高、可以實現(xiàn)在線監(jiān)測的水質參數(shù)將越來越多、在線水質分析儀器的功能也將越來越強大，市場將會在很長一段時間內(nèi)保持可持續(xù)的增長趨勢。