Các trường hợp ứng dụng của cảm biến nitơ amoniac, nitơ nitrat, nitơ tổng và pH 4 trong 1 tại Philippines

Philippines, một quốc gia quần đảo, sở hữu nguồn tài nguyên nước dồi dào nhưng cũng phải đối mặt với những thách thức đáng kể trong quản lý chất lượng nước. Bài viết này trình bày chi tiết các ứng dụng của cảm biến chất lượng nước 4 trong 1 (giám sát nitơ amoniac, nitơ nitrat, nitơ tổng và độ pH) trong nhiều lĩnh vực khác nhau tại Philippines, bao gồm tưới tiêu nông nghiệp, cấp nước đô thị, ứng phó thảm họa khẩn cấp và bảo vệ môi trường. Bằng cách phân tích các tình huống thực tế này, chúng ta có thể hiểu được cách công nghệ cảm biến tích hợp này giúp Philippines giải quyết các thách thức trong quản lý chất lượng nước, cải thiện hiệu quả giám sát và cung cấp hỗ trợ dữ liệu thời gian thực cho việc ra quyết định.

Bối cảnh và thách thức của việc giám sát chất lượng nước tại Philippines

Là một quốc gia quần đảo bao gồm hơn 7.000 hòn đảo, Philippines tự hào sở hữu nguồn tài nguyên nước đa dạng, bao gồm sông ngòi, hồ, nước ngầm và môi trường biển rộng lớn. Tuy nhiên, quốc gia này đang phải đối mặt với những thách thức đặc thù trong quản lý chất lượng nước. Quá trình đô thị hóa nhanh chóng, hoạt động nông nghiệp thâm canh, phát triển công nghiệp và thiên tai thường xuyên (như bão và lũ lụt) đang đặt ra những mối đe dọa nghiêm trọng đến chất lượng tài nguyên nước. Trong bối cảnh đó, các thiết bị giám sát chất lượng nước tích hợp như cảm biến 4 trong 1 (đo nitơ amoniac, nitơ nitrat, tổng nitơ và độ pH) đã trở thành công cụ thiết yếu cho việc quản lý chất lượng nước tại Philippines.

Các vấn đề về chất lượng nước ở Philippines có sự khác biệt theo vùng. Tại các khu vực thâm canh nông nghiệp, chẳng hạn như Trung Luzon và một số vùng Mindanao, việc sử dụng phân bón quá mức đã dẫn đến nồng độ các hợp chất nitơ (đặc biệt là nitơ amoni và nitơ nitrat) trong các nguồn nước tăng cao. Các nghiên cứu cho thấy tổn thất do bay hơi amoniac từ việc bón urê bề mặt trên các cánh đồng lúa ở Philippines có thể lên tới khoảng 10%, làm giảm hiệu quả sử dụng phân bón và góp phần gây ô nhiễm nước. Tại các khu vực đô thị như Metro Manila, ô nhiễm kim loại nặng (đặc biệt là chì) và ô nhiễm vi sinh vật là những mối lo ngại lớn trong hệ thống nước sạch đô thị. Tại các khu vực bị ảnh hưởng bởi thiên tai như bão Haiyan ở thành phố Tacloban, hệ thống cấp nước bị hư hỏng đã dẫn đến ô nhiễm phân vào nguồn nước uống, gây ra sự gia tăng đột biến các bệnh tiêu chảy.

Các phương pháp giám sát chất lượng nước truyền thống gặp phải nhiều hạn chế ở Philippines. Phân tích trong phòng thí nghiệm đòi hỏi phải thu thập và vận chuyển mẫu đến các phòng thí nghiệm tập trung, tốn kém thời gian và chi phí, đặc biệt là đối với các vùng đảo xa xôi. Ngoài ra, các thiết bị giám sát đơn thông số không thể cung cấp cái nhìn toàn diện về chất lượng nước, trong khi việc sử dụng nhiều thiết bị cùng lúc làm tăng độ phức tạp của hệ thống và chi phí bảo trì. Do đó, các cảm biến tích hợp có khả năng giám sát đồng thời nhiều thông số chính có giá trị đặc biệt đối với Philippines.

Nitơ amoni, nitơ nitrat, tổng nitơ và độ pH là những chỉ số quan trọng để đánh giá chất lượng nước. Nitơ amoni chủ yếu có nguồn gốc từ nước thải nông nghiệp, nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp, với nồng độ cao gây độc trực tiếp cho sinh vật thủy sinh. Nitơ nitrat, sản phẩm cuối cùng của quá trình oxy hóa nitơ, gây ra các nguy cơ sức khỏe như hội chứng trẻ xanh xao khi hấp thụ quá nhiều. Tổng nitơ phản ánh tổng lượng nitơ trong nước và là một chỉ số quan trọng để đánh giá rủi ro phú dưỡng. Trong khi đó, độ pH ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa các dạng nitơ và độ hòa tan của kim loại nặng. Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới của Philippines, nhiệt độ cao làm tăng tốc quá trình phân hủy hữu cơ và chuyển hóa nitơ, do đó việc theo dõi các thông số này theo thời gian thực đặc biệt quan trọng.

Ưu điểm kỹ thuật của cảm biến 4 trong 1 nằm ở thiết kế tích hợp và khả năng giám sát thời gian thực. So với các cảm biến thông thường chỉ có một thông số, các thiết bị này cung cấp dữ liệu đồng thời về nhiều thông số liên quan, cải thiện hiệu quả giám sát và làm rõ mối quan hệ giữa các thông số. Ví dụ, sự thay đổi pH ảnh hưởng trực tiếp đến sự cân bằng giữa các ion amoni (NH₄⁺) và amoniac tự do (NH₃) trong nước, từ đó xác định nguy cơ bay hơi amoniac. Bằng cách giám sát đồng thời các thông số này, có thể đánh giá toàn diện hơn về chất lượng nước và nguy cơ ô nhiễm.

Trong điều kiện khí hậu đặc thù của Philippines, cảm biến 4 trong 1 phải thể hiện khả năng thích ứng môi trường mạnh mẽ. Nhiệt độ và độ ẩm cao có thể ảnh hưởng đến độ ổn định và tuổi thọ của cảm biến, trong khi lượng mưa thường xuyên có thể gây ra những thay đổi đột ngột về độ đục của nước, làm ảnh hưởng đến độ chính xác của cảm biến quang học. Do đó, cảm biến 4 trong 1 được triển khai tại Philippines thường yêu cầu bù nhiệt độ, thiết kế chống bám bẩn sinh học, khả năng chống sốc và chống thấm nước để chịu được môi trường đảo nhiệt đới phức tạp của quốc gia này.

Ứng dụng trong giám sát nước tưới tiêu nông nghiệp

Là một quốc gia nông nghiệp, lúa gạo là cây lương thực quan trọng nhất của Philippines, và việc sử dụng phân đạm hiệu quả là rất quan trọng đối với sản xuất lúa gạo. Việc ứng dụng cảm biến chất lượng nước 4 trong 1 vào hệ thống thủy lợi Philippines cung cấp hỗ trợ kỹ thuật mạnh mẽ cho việc bón phân chính xác và kiểm soát ô nhiễm nguồn không tập trung. Bằng cách theo dõi nitơ amoni, nitơ nitrat, tổng nitơ và độ pH trong nước tưới theo thời gian thực, nông dân và kỹ thuật viên nông nghiệp có thể quản lý việc sử dụng phân bón một cách khoa học hơn, giảm thiểu thất thoát nitơ và ngăn chặn nước thải nông nghiệp gây ô nhiễm các nguồn nước xung quanh.

Quản lý đạm trên ruộng lúa và cải thiện hiệu quả sử dụng phân bón

Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới của Philippines, urê là loại phân đạm được sử dụng phổ biến nhất trên ruộng lúa. Nghiên cứu cho thấy lượng amoniac bay hơi từ urê bón bề mặt trên ruộng lúa Philippines có thể lên tới khoảng 10%, liên quan chặt chẽ đến độ pH của nước tưới. Khi độ pH của nước ruộng lúa tăng trên 9 do hoạt động của tảo, sự bay hơi amoniac trở thành con đường chính gây thất thoát nitơ, ngay cả trong đất chua. Cảm biến 4 trong 1 giúp nông dân xác định thời điểm và phương pháp bón phân tối ưu bằng cách theo dõi độ pH và nồng độ nitơ amoniac theo thời gian thực.

Các nhà nghiên cứu nông nghiệp Philippines đã sử dụng cảm biến 4 trong 1 để phát triển "công nghệ bón phân đạm sâu bằng nước". Kỹ thuật này cải thiện đáng kể hiệu quả sử dụng đạm bằng cách kiểm soát khoa học điều kiện nước đồng ruộng và phương pháp bón phân. Các bước chính bao gồm: ngừng tưới nước vài ngày trước khi bón phân để đất hơi khô, bón urê lên bề mặt, sau đó tưới nhẹ để đạm thấm sâu vào lớp đất. Dữ liệu cảm biến cho thấy kỹ thuật này có thể cung cấp hơn 60% đạm urê vào lớp đất, giảm thất thoát khí và nước chảy tràn, đồng thời tăng hiệu quả sử dụng đạm lên 15–20%.

Các thử nghiệm thực địa ở Trung Luzon sử dụng cảm biến 4 trong 1 đã cho thấy động lực học nitơ dưới các phương pháp bón phân khác nhau. Với phương pháp bón phân bề mặt truyền thống, các cảm biến ghi nhận sự gia tăng đột biến nồng độ nitơ amoniac 3-5 ngày sau khi bón phân, sau đó giảm nhanh chóng. Ngược lại, việc bón phân sâu cho phép giải phóng nitơ amoniac chậm hơn và kéo dài hơn. Dữ liệu pH cũng cho thấy độ pH của lớp nước dao động nhỏ hơn khi bón phân sâu, giúp giảm nguy cơ bay hơi amoniac. Những phát hiện theo thời gian thực này đã cung cấp hướng dẫn khoa học để tối ưu hóa các kỹ thuật bón phân.

Đánh giá tải lượng ô nhiễm thoát nước tưới tiêu

Các vùng nông nghiệp thâm canh ở Philippines đang phải đối mặt với những thách thức đáng kể về ô nhiễm nguồn không tập trung, đặc biệt là ô nhiễm nitơ từ hệ thống thoát nước ruộng lúa. Các cảm biến 4 trong 1 được triển khai trong các mương thoát nước và nguồn tiếp nhận liên tục theo dõi sự biến động nitơ để đánh giá tác động môi trường của các phương pháp canh tác khác nhau. Trong một dự án giám sát ở tỉnh Bulacan, mạng lưới cảm biến đã ghi nhận tổng lượng nitơ trong hệ thống thoát nước tưới tiêu cao hơn 40–60% trong mùa mưa so với mùa khô. Những phát hiện này đã cung cấp thông tin cho các chiến lược quản lý dinh dưỡng theo mùa.

Cảm biến 4 trong 1 cũng đóng vai trò quan trọng trong các dự án khoa học cộng đồng tại các cộng đồng nông thôn Philippines. Trong một nghiên cứu tại Barbaza, tỉnh Antique, các nhà nghiên cứu đã hợp tác với nông dân địa phương để đánh giá chất lượng nước từ các nguồn khác nhau bằng cảm biến 4 trong 1 di động. Kết quả cho thấy mặc dù nước giếng đáp ứng các tiêu chuẩn về độ pH và tổng chất rắn hòa tan, nhưng ô nhiễm nitơ (chủ yếu là nitơ nitrat) đã được phát hiện, liên quan đến các hoạt động bón phân gần đó. Những phát hiện này đã thúc đẩy cộng đồng điều chỉnh thời điểm và tỷ lệ bón phân, giúp giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm nước ngầm.

*Bảng: So sánh các ứng dụng cảm biến 4 trong 1 trong các hệ thống nông nghiệp khác nhau của Philippines

Chúng tôi cũng có thể cung cấp nhiều giải pháp khác nhau cho
1. Máy đo cầm tay đo chất lượng nước đa thông số
2. Hệ thống phao nổi cho chất lượng nước đa thông số
3. Bàn chải làm sạch tự động cho cảm biến nước đa thông số
4. Bộ máy chủ và mô-đun không dây phần mềm hoàn chỉnh, hỗ trợ RS485 GPRS / 4g / WIFI / LORA / LORAWAN

Để biết thêm thông tin về cảm biến nước,
Vui lòng liên hệ với Công ty TNHH Công nghệ Honde.
Email: info@hondetech.com
Trang web công ty: www.hondetechco.com
Điện thoại: +86-15210548582