水質(zhì)在線分析儀器技術(shù)與市場(chǎng)的發(fā)展前景

  全球人口的持續(xù)增加和經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，帶來(lái)了用水量增加、水資源短缺以及水環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)惡化的壓力，提出了對(duì)水處理工業(yè)和水環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)更高的要求和需求，將進(jìn)一步推動(dòng)在線水質(zhì)分析儀器市場(chǎng)的發(fā)展。

  當(dāng)下處于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能的時(shí)代，也需要更多的數(shù)據(jù)，在線水質(zhì)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(hù)、低成本現(xiàn)代在線水質(zhì)分析儀器。

  現(xiàn)代在線水質(zhì)分析儀器技術(shù)是在分析化學(xué)、材料科學(xué)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)、過(guò)程控制理論等多學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的，這些學(xué)科的創(chuàng)新和發(fā)展，也將為在線水質(zhì)分析儀器的創(chuàng)新和進(jìn)步進(jìn)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(shù)的不斷出現(xiàn)，未來(lái)的在線水質(zhì)分析儀器將會(huì)盡量減少使用和產(chǎn)生有毒化學(xué)品,在設(shè)計(jì)上也會(huì)更加考慮降低儀器的能耗和分析的用水量。

  流式細(xì)胞術(shù)、生物預(yù)警技術(shù)、核酸酶重金屬特異性反應(yīng)、微流控技術(shù)等諸多新的測(cè)量原理,已正在或者即將被在線水質(zhì)分析儀器采用;量子點(diǎn)、石墨烯、碳納米管、生物芯片、水凝膠等新材料也開(kāi)始進(jìn)入水質(zhì)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域;

  在儀器數(shù)據(jù)處理方面，各種新算法及水質(zhì)模型不斷出現(xiàn), 將提升各種新型在線水質(zhì)分析儀器的功能及完善數(shù)據(jù)后處理，提供更多有價(jià)值的水質(zhì)數(shù)據(jù)和信息-不僅是儀器硬件和分析技術(shù),軟件和數(shù)據(jù)處理技術(shù)也將成為在線水質(zhì)分析儀器的重要組成部分。在未來(lái)，在線水質(zhì)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(yīng)用，以及各種新材料的采用，傳感器對(duì)復(fù)雜水質(zhì)的適應(yīng)性會(huì)得到提高;同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)和水樣直接接觸的傳感器自身壽命及運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、管理以提高維護(hù)效率、降低維護(hù)成本。

  還有，伴隨3D打印技術(shù)的成熟應(yīng)用，根據(jù)待測(cè)水樣的不同水質(zhì)情況，實(shí)現(xiàn)差異化設(shè)計(jì)、制造也將成為現(xiàn)實(shí);比如：飲用水和海水、工業(yè)廢水，即使是測(cè)量同一個(gè)水質(zhì)指標(biāo)，也可選用不同材質(zhì)、結(jié)構(gòu)和制造工藝來(lái)生產(chǎn)傳感器，以滿足不同水質(zhì)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(huì)隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代大規(guī)模的應(yīng)用出現(xiàn)超出想象力的下降，這時(shí)，免維護(hù)的一次性在線水質(zhì)傳感器將成為現(xiàn)實(shí)。和傳感器一樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的在線水質(zhì)分析儀器的成本問(wèn)題也必然隨著大規(guī)模的應(yīng)用得到降低;儀器的維護(hù)問(wèn)題也可以通過(guò)設(shè)計(jì)的優(yōu)化、新材料以及耐用元器件的采用得到改進(jìn)，特別是，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，可通過(guò)產(chǎn)品在硬件上增加必要的傳感器，在測(cè)試流程中，獲取過(guò)程節(jié)點(diǎn)的參數(shù)指標(biāo)及變化曲線，智能判斷拐點(diǎn)、斜率、峰值、積分面積等指標(biāo)，轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，形成一套用于描述“儀器行為”的監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)“儀器行為”來(lái)評(píng)估在線水質(zhì)分析儀器狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)這種精密設(shè)備的遠(yuǎn)程管理和診斷，進(jìn)行有針對(duì)性的預(yù)維護(hù)等手段降低維護(hù)量及維護(hù)費(fèi)用，從而進(jìn)一步推動(dòng)在線水質(zhì)分析儀器應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大。

  從市場(chǎng)發(fā)展角度來(lái)看，就像其他任何一種新興技術(shù)和行業(yè)一樣，水質(zhì)在線分析儀器市場(chǎng)也會(huì)經(jīng)歷從市場(chǎng)初期的緩慢增長(zhǎng)到高速成長(zhǎng)的發(fā)展歷程。

  在初期，市場(chǎng)需求受到了兩種因素的制約：其中一個(gè)主要因素是投入產(chǎn)出分析，相對(duì)于過(guò)低的水資源費(fèi)、水價(jià)以及廢水排放需要支付的費(fèi)用而言，當(dāng)時(shí)在線分析儀器的投資和運(yùn)行成本都比較高。

  還有一個(gè)因素是在線水質(zhì)分析儀器和技術(shù)自身的限制，當(dāng)時(shí)在線水質(zhì)分析儀器的穩(wěn)定性、可靠性等還不能完全滿足市場(chǎng)的要求;可以實(shí)現(xiàn)在線分析的水質(zhì)參數(shù)也不是很多;另外，由于水質(zhì)條件的多樣化與復(fù)雜性，即使是面對(duì)同一個(gè)水樣，測(cè)量不同水質(zhì)參數(shù)時(shí)，對(duì)儀器測(cè)量方式，安裝方式的要求都有不同，這對(duì)以在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為代表的應(yīng)用技術(shù)也提出了很高的要求。

  這些因素造成了監(jiān)管部門(mén)和行業(yè)的運(yùn)行管理者以及水處理工程師對(duì)采用在線水質(zhì)分析儀器都持有謹(jǐn)慎的態(tài)度，在當(dāng)時(shí)嚴(yán)重制約了在線水質(zhì)分析儀器的應(yīng)用與推廣。

  進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，由于水資源短缺、水環(huán)境污染的問(wèn)題日益嚴(yán)重，行業(yè)同時(shí)迎來(lái)了水資源費(fèi)上漲、飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)提高、廢水排放標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格以及用水量及用水人口增加、水價(jià)上漲等諸多挑戰(zhàn)和機(jī)會(huì);在法規(guī)的壓力和市場(chǎng)的推動(dòng)下，加強(qiáng)水環(huán)境監(jiān)測(cè)、淘汰粗放式的水處理及用水模式，采用更加先進(jìn)的過(guò)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(huì)必然的選擇;與此同時(shí)，技術(shù)的發(fā)展使得在線水質(zhì)分析儀器的穩(wěn)定性與可靠性有了很大提高、可以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)的水質(zhì)參數(shù)越來(lái)越多、在線水質(zhì)分析儀器的功能也越來(lái)越強(qiáng)大;市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)和水質(zhì)在線分析儀器自身的技術(shù)進(jìn)步共同推動(dòng)了行業(yè)的高速發(fā)展。

  在中國(guó)，隨著日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)的驅(qū)動(dòng)，特別是以在線監(jiān)測(cè)作為主要技術(shù)路線的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)政策的推動(dòng)下，監(jiān)測(cè)型在線水質(zhì)分析儀器將繼續(xù)保持高速成長(zhǎng)。與此同時(shí)，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(shù)進(jìn)步，半導(dǎo)體、生物制藥等對(duì)水質(zhì)要求更加嚴(yán)格的新興行業(yè)的快速發(fā)展，都會(huì)進(jìn)一步提高對(duì)在線水質(zhì)分析儀器的需求，過(guò)程型在線水質(zhì)分析儀器也將保持持續(xù)的增長(zhǎng)。物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算以及即將到來(lái)的5G時(shí)代，需要更多的傳感器類型的在線水質(zhì)分析儀器，低功耗、低成本的在線水質(zhì)分析傳感器將會(huì)迎來(lái)爆發(fā)的機(jī)會(huì)。

  在市場(chǎng)需求和技術(shù)進(jìn)步的共同推動(dòng)下，在線水質(zhì)分析儀器及其應(yīng)用技術(shù)必將得到快速發(fā)展，儀器的穩(wěn)定性與可靠性會(huì)有進(jìn)一步的提高、可以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)的水質(zhì)參數(shù)將越來(lái)越多、在線水質(zhì)分析儀器的功能也將越來(lái)越強(qiáng)大，市場(chǎng)將會(huì)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)保持可持續(xù)的增長(zhǎng)趨勢(shì)。