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

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

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

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

Các vấn đề về chất lượng nước ở Philippines có sự khác biệt giữa các vùng. Tại các khu vực nông nghiệp thâm canh, như miền Trung Luzon và một phần 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 amoni từ urê bón trên bề mặt ruộng lúa ở Philippines có thể lên tới khoảng 10%, làm giảm hiệu quả sử dụng phân bón và góp phần gây ô nhiễm nguồn 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 cấp nước đô thị. Tại các vùng bị ảnh hưởng bởi thiên tai như cơn bão Haiyan ở thành phố Tacloban, hệ thống cấp nước bị hư hại đã dẫn đến ô nhiễm phân trong nguồn nước uống, gây ra sự gia tăng các bệnh tiêu chảy.

Các phương pháp giám sát chất lượng nước truyền thống ở Philippines gặp phải nhiều hạn chế. Phân tích trong phòng thí nghiệm đòi hỏi việc thu thập và vận chuyển mẫu đến các phòng thí nghiệm tập trung, điều này tốn thời gian và chi phí, đặc biệt là đối với các khu vực 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 nhiều thông số quan trọng cùng lúc có giá trị đặc biệt đối với Philippines.

Nitơ amoniac, nitơ nitrat, tổng nitơ và độ pH là những chỉ số quan trọng để đánh giá sức khỏe nguồn nước. Nitơ amoniac chủ yếu bắt nguồn từ nước thải nông nghiệp, nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp, với nồng độ cao có thể gây độc trực tiếp cho sinh vật thủy sinh. Nitơ nitrat, sản phẩm cuối cùng của quá trình oxy hóa nitơ, gây ra các rủi ro về sức khỏe như hội chứng trẻ sơ sinh xanh tím khi ăn phải với lượng lớn. Tổng nitơ phản ánh tổng lượng nitơ trong nước và là một chỉ số quan trọng để đánh giá nguy cơ phú dưỡng. Trong khi đó, độ pH ảnh hưởng đến sự 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 đẩy nhanh quá trình phân hủy hữu cơ và chuyển hóa nitơ, khiến việc giám sát các thông số này theo thời gian thực trở nên 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 đơn thông số truyền thống, 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 tương hỗ giữa các thông số. Ví dụ, sự thay đổi độ pH ảnh hưởng trực tiếp đến sự cân bằng giữa ion amoni (NH₄⁺) và amoni tự do (NH₃) trong nước, từ đó quyết định nguy cơ bay hơi amoni. 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, các 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, ảnh hưởng đến độ chính xác của các cảm biến quang học. Do đó, các cảm biến 4 trong 1 được triển khai tại Philippines thường yêu cầu khả năng bù nhiệt độ, thiết kế chống bám bẩn sinh học và khả năng chống sốc và xâm nhập 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 bón nitơ 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 của Philippines cung cấp hỗ trợ kỹ thuật mạnh mẽ cho việc bón phân chính xác và kiểm soát ô nhiễm nguồn phân tán. Bằng cách giám sát 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 thất thoát nitơ và ngăn chặn dòng chảy nông nghiệp gây ô nhiễm các nguồn nước xung quanh.

Quản lý nitơ trong ruộng lúa và nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón

Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới của Philippines, urê là loại phân bón nitơ được sử dụng phổ biến nhất trong các ruộng lúa. Nghiên cứu cho thấy tổn thất do bay hơi amoniac từ urê bón trên bề mặt ruộng lúa ở 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 lên 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 trong 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 giúp cải thiện đáng kể hiệu quả sử dụng đạm bằng cách kiểm soát khoa học các điều kiện nước trên đồng ruộng và phương pháp bón phân. Các bước chính bao gồm: ngừng tưới nước vài ngày trước khi bón phân để đất khô nhẹ, bón urê lên bề mặt, sau đó tưới nhẹ để giúp đạm thấm sâu vào lớp đất. Dữ liệu từ cảm biến cho thấy kỹ thuật này có thể đưa hơn 60% lượng đạm từ urê vào lớp đất, giảm thiểu thất thoát do khí và dòng chảy, đồng thời tăng hiệu quả sử dụng đạm lên 15-20%.

Các thử nghiệm thực địa ở miền Trung Luzon sử dụng cảm biến 4 trong 1 đã cho thấy động lực của nitơ dưới các phương pháp bón phân khác nhau. Trong phương pháp bón phân bề mặt truyền thống, cảm biến ghi nhận sự tăng đột biến nồng độ nitơ amoni trong 3-5 ngày sau khi bón phân, sau đó giảm nhanh chóng. Ngược lại, phương pháp bón sâu dẫn đến sự giải phóng nitơ amoni dần dần và kéo dài hơn. Dữ liệu pH cũng cho thấy sự dao động nhỏ hơn về pH tầng nước khi bón sâu, làm giảm nguy cơ bay hơi amoni. 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 từ hệ thống thoát nước tưới tiêu

Các vùng nông nghiệp thâm canh ở Philippines phải đối mặt với những thách thức đáng kể về ô nhiễm nguồn phân tán, đặc biệt là ô nhiễm nitơ từ nước thải ruộng lúa. Các cảm biến 4 trong 1 được triển khai trong các mương thoát nước và nguồn nước tiếp nhận liên tục giám sát sự biến động của nitơ để đánh giá tác động môi trường của các phương pháp canh tác khác nhau. Trong một dự án giám sát tại tỉnh Bulacan, mạng lưới cảm biến đã ghi nhận tổng lượng nitơ trong nước thải 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 ở các vùng 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 cách sử dụng cảm biến 4 trong 1 di động. Kết quả cho thấy, trong khi nước giếng đáp ứng các tiêu chuẩn về độ pH và tổng chất rắn hòa tan, thì ô nhiễm nitơ (chủ yếu là nitrat nitơ) 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 gian và liều lượng bón phân, giảm nguy cơ ô nhiễm nước ngầm.

*Bảng: So sánh 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 đa thông số chất lượng nước
2. Hệ thống phao nổi để đo 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 phần mềm không dây hoàn chỉnh, hỗ trợ RS485 GPRS /4G/WIFI/LORA/LORAWAN

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