ما هي معايير جودة المياه الأساسية وما أهمية أجهزة استشعار جودة المياه؟

يُعدّ الماء عنصراً أساسياً في محطات توليد الطاقة، وصناعات الأسمدة، والأدوية، والمشروبات، والمعالجة الكيميائية، ومعالجة مياه الصرف الصحي. وقد تختلف متطلبات معايير جودة المياه بين القطاعات الصناعية المختلفة. ويخضع الماء لمعالجات كيميائية وفيزيائية متعددة أثناء مروره عبر مراحل مختلفة داخل هذه الصناعات. لذا، يُعدّ رصد هذه التغيرات أمراً بالغ الأهمية لضمان الامتثال لجميع معايير جودة المياه، مما يستلزم استخدام أجهزة استشعار جودة المياه .

تختلف أجهزة استشعار جودة المياه في معايير الكشف، ونطاقها، وبروتوكول الاتصال الخاص بها، وتصميمها. من الضروري التأكد من أن المعايير الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية تقع ضمن نطاق كشف الجهاز. تُحدد نطاقات هذه المعايير وفقًا للمتطلبات التنظيمية أو القياسية المختلفة. ويؤدي الحفاظ على أقصى قدر من التوافق مع نظامك إلى زيادة الإنتاجية، وكفاءة العملية، والاستجابة السريعة لأي خلل.

لنبدأ بفهم أساسيات معايير جودة المياه، والمعايير الرئيسية التي تكتشفها أجهزة استشعار جودة المياه، ثم نناقش أهمية أجهزة استشعار جودة المياه في التطبيقات المختلفة.

المعايير الأساسية لجودة المياه

يُعدّ الحفاظ على جودة المياه أمرًا بالغ الأهمية للشرب والتطبيقات الصناعية. فانخفاض درجة الحموضة، الذي ترصده أجهزة استشعار جودة المياه، قد يُلحق الضرر بالأنابيب المصنوعة من الفولاذ الكربوني، ويُشكّل خطرًا جسيمًا في بعض العمليات الكيميائية التي تستخدم أنابيب غير معدنية. وبالمثل، قد تحتوي المياه المُخصصة للاستهلاك البشري على ملوثات يُمكن رصدها بواسطة أجهزة استشعار جودة المياه التي تُوفّر بيانات عن العكارة والتوصيل الكهربائي وغيرها من معايير العملية. دعونا نتعمّق في معايير جودة المياه لفهمها بشكل أوسع.

♦ تعريف معيار جودة المياه (WQS)

وفقًا لوكالة حماية البيئة الأمريكية، تعتمد متطلبات جودة المياه على ثلاثة عوامل رئيسية: مستخدم المياه، ومتطلبات المعايير لحماية المستخدم، ومتطلبات مكافحة التدهور لضمان الاستدامة. تشكل هذه المكونات الثلاثة الأساسية معايير جودة المياه. وتعمل منظمات مختلفة على توحيد معايير جودة المياه من خلال تحديد نطاقات معايير التحكم، والتي تتم مراقبتها باستخدام أجهزة استشعار جودة المياه.

♦ الهيئات التنظيمية

تُحدد العديد من الهيئات التنظيمية متطلبات معايير جودة المياه بناءً على التطبيق. فيما يلي المنظمات الرئيسية التي تُعنى بتوحيد معايير جودة المياه:

• وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA)
• الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME)
• إدارة الغذاء والدواء (FDA)
• الجمعية الأمريكية للاختبار والمواد (ASTM)
• دستور الأدوية الأمريكي (USP)

بينما قد تحدد معظم الهيئات التنظيمية معايير جودة المياه لعمليات محددة، فإن وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) تقدم إرشادات شاملة لجميع القطاعات الصناعية. وهي مقسمة إلى عناوين وأجزاء وأقسام لتطبيقات محددة.

♦ أمثلة على معايير جودة المياه

1. معايير جودة المياه الصناعية العامة

تُقدّم منظمات مثل منظمة الصحة العالمية (WHO) والمنظمة الدولية للمعايير (ISO) ووكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) إرشادات عامة لاستخدام المياه في الصناعة. وينبغي أن تتضمن هذه الإرشادات ما يلي:

• الرقم الهيدروجيني: 6.5 - 8.5
• العكارة: أقل من 5 وحدة عكارة نفيلومترية
• الأكسجين المذاب (DO): >3 ملغم/لتر (يختلف حسب الصناعة)
• إجمالي المواد الصلبة الذائبة (TDS): <500 ملغم/لتر
• الطلب الكيميائي على الأكسجين (COD): <250 ملغم/لتر
• الطلب البيولوجي على الأكسجين (BOD): <30 ملغم/لتر
• المعادن الثقيلة (الرصاص، الزرنيخ، الزئبق): أقل من 0.01 ملغم/لتر

2. معايير جودة المياه في محطات توليد الطاقة

تُحدد وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) من خلال الجزء 423 من الباب 40 من قانون اللوائح الفيدرالية (40 CFR Part 423) حدود تصريف النفايات السائلة لصناعة توليد الطاقة الكهربائية البخارية. وبالمثل، تُقدم منظمة أكثر تخصصًا، مثل الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME)، مدونة الغلايات وأوعية الضغط (BPVC)، التي تُحدد المتطلبات الخاصة بالتحكم في التركيب الكيميائي لمياه تغذية الغلايات في القسم الأول.

• الرقم الهيدروجيني: 8.5 – 10.5
• الموصلية: <10 ميكروسيمنز/سم (ماء فائق النقاء للغلايات عالية الضغط)
• السيليكا: أقل من 0.02 ملغم/لتر (لمنع الترسبات الكلسية)
• الأكسجين المذاب: <0.007 ملغم/لتر (لتجنب التآكل)
• العسر الكلي: أقل من 0.1 ملغم/لتر من كربونات الكالسيوم

3. معايير جودة المياه في صناعة الأغذية والمشروبات

في حالة المواد الاستهلاكية البشرية، تكون المعايير أكثر صرامة. كما تختلف معايير الرقابة عن متطلبات محطات توليد الطاقة أو صناعة الأدوية. وهذا يعني أيضاً أن أجهزة استشعار جودة المياه يجب أن تكون أكثر دقة وفعالية في الكشف. وتفرض إدارة الغذاء والدواء الأمريكية رقابة صارمة على معايير جودة المياه وفقاً للمعايير التالية:

• الرقم الهيدروجيني: 6.5 - 8.5
• العسر: أقل من 100 ملغم/لتر من كربونات الكالسيوم
• نسبة الكلور المتبقي: 0.2 - 1.0 ملغم/لتر (لضمان التطهير المناسب)
• إجمالي البكتيريا القولونية: 0 وحدة تشكيل مستعمرة/100 مل
• العكارة: أقل من 1 وحدة عكارة نفيلومترية
• النترات والنتريت: أقل من 10 ملغم/لتر (لتجنب المخاطر الصحية)

معايير جودة المياه

في القسم السابق، استعرضنا مختلف المعايير الكيميائية التي ترصدها أجهزة استشعار جودة المياه لضمان جودة المياه المُخرجة. وسواءً كانت المياه مُخصصة للاستهلاك البشري أو لأي عملية صناعية، يجب أن تُراعي ثلاثة معايير أساسية: فيزيائية وكيميائية وبيولوجية.

رغم وجود العديد من المعايير التي يمكن لأجهزة استشعار جودة المياه رصدها، إلا أن هناك بعض المعايير التي تُستخدم في معظم الصناعات. سنركز على المعايير الأكثر شيوعًا واستخدامًا في صيانة جودة المياه:

▪ المعايير الفيزيائية

▶ درجة الحرارة

تُعدّ درجة الحرارة عاملاً حاسماً في معظم التطبيقات الصناعية، إذ تلعب دوراً حيوياً في الحفاظ على التفاعلات الكيميائية أو البيولوجية أو تحسينها. وعادةً ما تكون أجهزة استشعار جودة المياه التي تقيس درجة الحرارة متصلة بالإنترنت وتوفر معلومات مباشرة.

▶ العكارة

تقيس العكارة نقاء الماء. يمكن أن تتسبب الملوثات والمواد الصلبة العالقة في تعكير الماء أو جعله غائماً. تستخدم أجهزة استشعار جودة المياه لقياس العكارة الأشعة تحت الحمراء للكشف عن نقاء الماء.

▶ إجمالي المواد الصلبة العالقة (TSS)

على غرار أجهزة كشف العكارة، تُستخدم الإضاءة أيضاً للكشف عن المواد الصلبة العالقة. يستخدم مستشعر جودة المياه الضوء المار عبر الماء للكشف عن المواد الصلبة العالقة التي تُعدّ بالغة الأهمية في مجالات الأغذية والمشروبات والأدوية وغيرها من المجالات الحيوية.

▶ إجمالي المواد الصلبة الذائبة (TDS)

تشير نسبة المواد الصلبة الذائبة المرتفعة إلى احتمال احتواء الماء على معادن ثقيلة أو ملوثات غير مرغوب فيها تتطلب إزالتها. وقد يؤثر ذلك على جودة الحياة المائية في الأنهار والبحيرات، كما أن الماء سيحتفظ بدرجة حرارة أعلى، مما قد يؤثر سلبًا على الحياة البحرية.

▶ الموصلية

تقيس أجهزة استشعار جودة المياه الموصلية الكهربائية لحساب المواد الصلبة الذائبة (الأيونات). ويمكن أن تشير هذه القياسات إلى وجود ملوثات لا تجعل الماء عكراً أو غائماً.

▶ الصلابة

يُحدد قياس كمية الكالسيوم والمغنيسيوم في الماء درجة عسر الماء. يُعد هذا المؤشر بالغ الأهمية لأنه قد يتسبب في تراكم الترسبات الكلسية وإلحاق أضرار أخرى بالمعدات. تستخدم أجهزة استشعار جودة المياه أقطابًا انتقائية للأيونات للكشف عن الكالسيوم والمغنيسيوم.

▶ الملوحة

تُعد كثافة الماء وسعته الحرارية من الخصائص الحيوية. ويمكن لجهاز كشف جودة المياه المزود بقياس التوصيل الكهربائي أن يُظهر ملوحة الماء بشكل مباشر، وهي خاصية بالغة الأهمية في الزراعة لأغراض الري وتربية الماشية.

▪ المعايير الكيميائية

◀ الرقم الهيدروجيني

يُعدّ قياس مستوى الرقم الهيدروجيني (pH) أمرًا بالغ الأهمية في التطبيقات الصناعية والزراعية والبيئية. فانخفاض الرقم الهيدروجيني يدل على أن الماء شديد الحموضة، بينما ارتفاعه يدل على أنه شديد القلوية. وتُحدد التطبيقات القيمة المطلوبة للرقم الهيدروجيني. أما بالنسبة للاستهلاك البشري، فيجب أن تكون أجهزة استشعار جودة المياه قادرة على قياس قيم تتراوح بين 6.5 و 8.5.

◀ جهد الأكسدة والاختزال (ORP)

تُعرف قدرة الماء على الأكسدة أو الاختزال عادةً باسم جهد الأكسدة والاختزال أو ORP. وتوفر أجهزة استشعار الماء التي تكشف عن جهد الأكسدة والاختزال معلومات حول وجود عوامل مثل الأكسجين أو الكلور أو كبريتيد الهيدروجين.

◀ الأكسجين المذاب

بينما يُمكن استخدام تقنية قياس جهد الأكسدة والاختزال (ORP) لقياس مستويات الأكسجين المحتملة، إلا أنه من الضروري الكشف عن مستويات الأكسجين المذاب في المياه الصناعية. فارتفاع نسبة الأكسجين قد يُلحق الضرر بأنابيب الصلب الكربوني والمعدات التي تستخدم معادن مؤكسدة. أما بالنسبة للكائنات المائية، فإن ارتفاع نسبة الأكسجين المذاب يُعدّ ضروريًا لبقائها. وتُستخدم مجسات جودة المياه الكهروكيميائية، التي تحتوي على مهبط (قطب سالب) حيث يُختزل الأكسجين، للكشف عن هذه المستويات.

◀ أيون الأمونيوم

يُعدّ الكشف عن أيونات الأمونيوم والحدّ منها أمرًا بالغ الأهمية في النظم البيئية المائية. إذ يمكن أن تؤدي المستويات المرتفعة من أيونات الأمونيوم إلى انخفاض مستويات الأكسجين، مما يضرّ بالحياة المائية. وتُعتبر أجهزة استشعار جودة المياه المزودة بأقطاب انتقائية للأيونات (ISE) الخيار الأمثل لمعظم تطبيقات الكشف عبر الإنترنت.

◀ أيون النترات

في مياه الشرب، قد تكون أيونات النترات ضارة بصحة الإنسان وتسبب مشاكل صحية مثل متلازمة الطفل الأزرق. وفي المسطحات المائية الكبيرة، قد تُسبب ازدهارًا ضارًا للطحالب، مما يُلحق الضرر بالحياة البحرية. لذا، يُنصح بالحفاظ على مستوياتها منخفضة جدًا، أي أقل من 1 ملغم/لتر، في تطبيقات الاستزراع المائي.

▪ المعايير البيولوجية

▶ تركيز الكلوروفيل

يمثل هذا تكوّن الطحالب والبكتيريا الزرقاء في المسطحات المائية. وتكشف أجهزة استشعار جودة المياه عن هذه التراكيز للإشارة إلى النمو المفرط للطحالب أو التلوث بالمغذيات. وعندما تُثار جزيئات الكلوروفيل بطول موجي محدد من الضوء، فإنها تُصدر ضوءًا.

▶ إجمالي الكوليفورم والإشريكية القولونية

يُعدّ هذا المؤشر الرئيسي لتلوث المياه بالبراز، الأمر الذي قد يضر بصحة الإنسان ويؤدي إلى أمراض تنتقل عبر المياه. ويُعدّ الكشف عنه أمراً بالغ الأهمية في صناعات الأغذية والمشروبات ومعالجة مياه الصرف الصحي ومياه الشرب.

▶ الطلب البيولوجي على الأكسجين

يُعدّ رصد الطلب البيولوجي على الأكسجين باستخدام أجهزة استشعار جودة المياه أمرًا بالغ الأهمية لضمان مستوى مُتحكّم به من التلوث العضوي. فارتفاع الطلب البيولوجي على الأكسجين قد يُقلّل من الأكسجين المُتاح للحياة البحرية. وتُراقب صناعات الورق والنسيج والأغذية هذه المؤشرات عن كثب.

كيفية قياس جودة المياه؟

يتطلب قياس جودة المياه استخدام أجهزة استشعار متصلة بالإنترنت أو تقنيات تحليل غير متصلة بالإنترنت. ولكل منهما مزايا وعيوب. فيما يلي تقنيتا الاختبار:

★ الاختبارات المعملية

ستمتلك جميع الصناعات مرافق اختبار معملية، لأنها توفر قيمًا أكثر دقة ووضوحًا، وهو أمر بالغ الأهمية لمعايرة الأجهزة ومقارنة النتائج. هذه المرافق ضرورية للوفاء بالمتطلبات التنظيمية. مع ذلك، فهي أبطأ وأكثر تكلفة عند أخذ عينات بكميات كبيرة.

★ الاختبارات الميدانية

تُعدّ هذه التقنية من أكثر التقنيات شيوعًا وقبولًا للكشف عن جودة المياه. ويمكن استخدام أنواع مختلفة من أجهزة استشعار جودة المياه لضمان مراقبة دقيقة أثناء العملية. وتُنتج هذه التقنية السريعة والموثوقة نتائج دقيقة إلى حدٍّ معقول للتحكم في المعايير. إلا أن دقتها متوسطة.

أهمية أجهزة استشعار جودة المياه في مختلف التطبيقات

لا يمكن التقليل من أهمية أجهزة الاستشعار لجودة المياه في مجالات الزراعة، والصناعات الكيميائية، ومعالجة مياه الصرف الصحي، والتحلل البيولوجي، والأنهار، والخزانات، والآبار، ومعالجة المياه، ومحطات توليد الطاقة، وغيرها الكثير. سواءً كان التطبيق صناعيًا أو بيئيًا، فإن استخدام أجهزة استشعار جودة المياه سيؤدي إلى نتائج أفضل وجودة أعلى.

✔ زراعي

في التطبيقات الزراعية، تُعدّ أجهزة استشعار جودة المياه ضرورية للبيوت الزجاجية، والري، وإدارة التربة، وتربية الماشية، والزراعة المائية، والزراعة المائية المتكاملة مع تربية الأحياء المائية، وإدارة الأسمدة، وإدارة المغذيات. وتُعتبر معايير مثل الملوحة، ودرجة الحرارة، والمواد الصلبة العالقة، والتوصيل الكهربائي، ووجود الأيونات، ودرجة الحموضة، والأكسجين المذاب، والطلب البيولوجي على الأكسجين، بالغة الأهمية لصحة الماشية والمحاصيل والبيئة. كما أن التحكم في هذه المعايير يُسهم في زيادة غلة المحاصيل وتقليل الفاقد.

✔ معالجة المياه

تتطلب محطات معالجة المياه رصد المعايير البيولوجية والكيميائية والفيزيائية باستخدام أجهزة استشعار جودة المياه، مما يضمن الالتزام بالمتطلبات التنظيمية. ويمكن لهذه المحطات توفير مياه شرب نظيفة ومعالجة مياه الصرف الصحي، أو المياه للاستخدام الصناعي. ويؤدي التحكم في معايير المياه، مثل الأكسجين المذاب، والكشف عن بكتيريا القولون، والطلب البيولوجي على الأكسجين، ودرجة الحموضة، ومستويات الكلور، والنترات، والأمونيوم، وجهد الأكسدة والاختزال، والمواد الصلبة الذائبة الكلية، والمواد الصلبة العالقة الكلية، والعكارة، إلى تحسين الكفاءة، وتقليل الهدر، وزيادة الإنتاج.

✔ مصانع المعالجة

تتطلب المنشآت الصناعية، مثل محطات توليد الطاقة والمصانع الكيميائية ومصافي النفط، مراقبة دقيقة لجودة المياه لضمان كفاءة التشغيل والسلامة والامتثال للوائح البيئية. تُستخدم أجهزة استشعار جودة المياه المتصلة بالإنترنت لضمان التشغيل الفعال وتجنب تلف المعدات. تساعد مراقبة معايير مثل الرقم الهيدروجيني، وجهد الأكسدة والاختزال، والكلور، والأمونيوم، والنترات على الحد من عملية التلف وضمان موثوقية المعدات.

✔ بيئي

سواءً تعلق الأمر بالبحيرات أو الخزانات أو مياه الآبار أو مياه الصرف الصحي الحضرية أو أي تطبيق بيئي آخر، فإن استخدام أجهزة استشعار جودة المياه المتصلة بالإنترنت يوفر بيانات آنية تُسهم في الحد من تلوث المياه، وتحقيق التوازن البيئي، وضمان الامتثال للوائح. تُعدّ المعايير الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية جميعها بالغة الأهمية لرصد الأثر البيئي. فالمواد الصلبة العالقة الكلية (TSS) والعكارة ودرجة الحرارة تُساعد في تقييم حالة الحياة المائية. بينما تُشير المواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS) والملوحة والتوصيل الكهربائي إلى مستويات التلوث في المناطق الصناعية. وبالمثل، يُساعد التحكم في درجة الحموضة (pH) وإمكانية الأكسدة والاختزال (ORP) والنترات والأمونيوم والأكسجين المذاب (DO) في الحفاظ على صحة الكائنات المائية. كل هذه العوامل حيوية للبيئة واستدامتها.

خاتمة

هل يمكننا ضمان جودة المياه دون استخدام أجهزة استشعار حديثة متصلة بالإنترنت؟ الإجابة هي لا. أصبحت أجهزة استشعار جودة المياه جزءًا لا يتجزأ من جميع التطبيقات الصناعية والبيئية. فهي توفر تفاصيل دقيقة عن العملية وتضمن منتجات عالية الجودة خاضعة للرقابة. يكمن هدفها في توفير مراقبة سريعة عبر الإنترنت للمستخدم لتشجيعه على تحديد المشكلات وتصحيحها فورًا. كما تضمن الامتثال للوائح لتجنب أي إجراءات قانونية محتملة.

سواءً كان الأمر يتعلق بقياس المواد الصلبة العالقة الكلية، أو المواد الصلبة الذائبة الكلية، أو درجة الحرارة، أو الملوحة، أو الموصلية، أو العكارة، أو الأكسجين المذاب، أو تركيزات الأيونات، أو الرقم الهيدروجيني، أو جهد الأكسدة والاختزال، أو أي معايير أخرى، كما ذكرنا في الأقسام السابقة، فإن أجهزة استشعار جودة المياه المتصلة بالإنترنت تؤدي المهمة بدقة عالية وكفاءة جيدة. نأمل أن تكونوا قد اكتسبتم فهمًا أفضل لمعايير جودة المياه وأجهزة الاستشعار وأهميتها.

إذا كنت تبحث عن أجهزة استشعار عالية الجودة، تدوم طويلاً، وبأسعار معقولة، ودقيقة لقياس جودة المياه عبر الإنترنت، فقم بزيارة موقع Rika Sensor الإلكتروني. لديهم خبرة تزيد عن عشر سنوات في تطوير أجهزة الاستشعار لتطبيقات متنوعة.