أفضل أجهزة استشعار الرقم الهيدروجيني لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي

هل تعلم كمية المياه المهدرة دون معالجة؟ وفقًا لتقرير اليونسكو لعام 2023، يتم تصريف أكثر من 80% من مياه الصرف الصحي دون معالجة، مما يزيد من التلوث البيئي. وتركز أهداف التنمية المستدامة 6 و13 و14 على المياه النظيفة والبيئة والحياة البحرية، ولا يمكن تحقيق ذلك إلا بمعالجة مياه الصرف الصحي قبل إعادة استخدامها أو تصريفها في الأنهار والبحار.

في الدول المتقدمة التي تطبق لوائح بيئية صارمة، تُجمع المياه الملوثة من مصادر مختلفة كالمنازل والمصانع في خزانات، ثم تُرسل إلى محطات معالجة مياه الصرف الصحي، حيث تُعالج قبل تصريفها. ووفقًا لوكالة حماية البيئة الأمريكية، يجب مراقبة العديد من المؤشرات بعد معالجة مياه الصرف الصحي وقبل تصريفها في البيئة، ومن أهمها خمسة مؤشرات: الطلب الكيميائي على الأكسجين (COD)، والطلب البيولوجي على الأكسجين (BOD)، والمواد الصلبة العالقة الكلية (TSS)، والأمونيا، ودرجة الحموضة (pH).

يُعدّ الرقم الهيدروجيني (pH) معيارًا حيويًا يُقاس في نقاط مختلفة من محطة المعالجة، لذا فإنّ مراقبته باستخدام مستشعر الرقم الهيدروجيني أمر بالغ الأهمية. ستشرح هذه المقالة بالتفصيل مبدأ عمل مستشعر الرقم الهيدروجيني ، وأنواعه، واستخداماته الشائعة وتطبيقاته في محطات معالجة مياه الصرف الصحي.

مقدمة عن أجهزة استشعار الرقم الهيدروجيني لمعالجة مياه الصرف الصحي

1.1 كيف تعمل أجهزة استشعار الرقم الهيدروجيني

عند استخدام مصطلح الرقم الهيدروجيني (pH) في حياتنا اليومية، هل نفكر فيما يدل عليه؟ إنه تركيز أيونات الهيدروجين (H+) في المحلول. عندما يكون الرقم الهيدروجيني 7، فهذا يعني أن الماء متعادل/نقي. وعندما يكون أقل من 7، فهذا يعني أنه حمضي (تركيز عالٍ من أيونات الهيدروجين)، بينما عندما يكون أكبر من 7، فهذا يعني أنه قاعدي (تركيز منخفض من أيونات الهيدروجين). في محطات معالجة المياه، يتراوح الرقم الهيدروجيني بين 5 و9 في مراحل مختلفة.

يعتمد مبدأ عمل مستشعر الرقم الهيدروجيني للماء على الكيمياء الكهربائية. يتكون هذا المستشعر من قطب مرجعي مصنوع من الفضة أو كلوريد الفضة، موصول بقطب زجاجي (مغطى بهلام مائي). يعمل القطب الزجاجي كعنصر استشعار، حيث يسمح لأيونات الهيدروجين بالتفاعل مع الهلام عند دخولها المحلول. يُولّد هذا التفاعل فرق جهد كهربائي (PD) نتيجةً لاختلاف تركيز أيونات الهيدروجين في العينة وبين القطب المرجعي وعنصر الاستشعار. يعكس فرق الجهد هذا تركيز أيونات الهيدروجين، ويُترجم إلى قيمة الرقم الهيدروجيني باستخدام معادلة نرنست.

يُعدّ الرقم الهيدروجيني (pH) أحد العوامل التي تُحدد خصائص الماء، لذا من الضروري مراقبته. في محطات معالجة مياه الصرف الصحي، تعتمد عمليات مثل التخثير والترسيب على الرقم الهيدروجيني. كما يؤثر على معدل النشاط الميكروبي في المعالجة البيولوجية. وتتأثر الأنابيب والمعدات المعدنية في الصناعات بتركيز أيونات الهيدروجين؛ فالتركيز المنخفض يزيد من احتمالية التكلس والانسداد، بينما قد يؤدي التركيز العالي إلى التآكل.

1.2 الاستخدامات الشائعة في مراقبة مياه الصرف الصحي

تُستخدم أجهزة الاستشعار لأغراض المراقبة؛ كما أن لأجهزة استشعار الرقم الهيدروجيني استخدام واسع في مختلف مجالات معالجة مياه الصرف الصحي، والتي يرد بعضها فيما يلي:

• معالجة مياه الصرف الصحي: تتم مراقبة درجة الحموضة والتحكم بها خلال دورة المعالجة في مراحل مختلفة. تهدف المراقبة أساسًا إلى الحفاظ على درجة حموضة معينة؛ فعلى سبيل المثال، في خزانات التهوية، يعتمد نمو الكائنات الدقيقة بشكل كبير على قيم حموضة تتراوح بين 6.5 و8.5. علاوة على ذلك، خلال عملية الهضم الهوائي في معالجة الحمأة، تُحافظ درجة الحموضة على قيمة تتراوح بين 6.8 و7.5.

• الصناعة الكيميائية: مخلفات الصناعات الكيميائية ملوثة بشكل كبير؛ لذلك، فإن المعالجة والمراقبة المناسبة، وخاصة درجة الحموضة، هي جزء من قائمة التحقق قبل التصريف.

• الطلاء الكهربائي: توضع مجسات قياس الأس الهيدروجيني بالقرب من نقطة التفريغ للكشف عن الحموضة أو القلوية والتحكم بها. ونظرًا لأن الطلاء الكهربائي يستخدم محاليل حمضية وقلوية، فإن المراقبة ضرورية.

• الزراعة: تحتوي مياه الصرف من الأراضي الزراعية على الأسمدة والمبيدات الحشرية وغيرها من الملوثات التي يجب مراقبتها قبل تصريفها في البحيرات أو الأنهار القريبة. وبحسب استخدام المواد الكيميائية وخصوبة التربة، تكون مياه الصرف إما حمضية أو قلوية، ويتم وضع أجهزة مراقبة درجة الحموضة للتحكم بها.

تُعدّ مستشعرات ريكا الأنسب للبيئات القاسية، وتُقدّم نتائج موثوقة. يُستخدم مستشعر RK500-12 لقياس درجة حموضة الماء في المحاليل السائلة. وهو مُصمّم بتقنية التعويض التلقائي لدرجة الحرارة (ATC) وحماية من الجسيمات الصلبة والسائلة. يُقدّم نتائج دقيقة في جميع تطبيقات معالجة مياه الصرف الصحي. تضمن مستشعرات ريكا الامتثال للمعايير البيئية بكفاءة عالية ومتانة فائقة.

مميزات أفضل أجهزة استشعار الرقم الهيدروجيني لمعالجة مياه الصرف الصحي

♦ دقة عالية وثبات

في بيئةٍ تُعدّ فيها كل معلومةٍ بالغة الأهمية، قد تؤدي القياسات غير الصحيحة إلى مشاكل خطيرة. فالتغيرات الطفيفة في درجة الحموضة (pH) قد تُعطّل العملية برمتها في محطات معالجة مياه الصرف الصحي. لذا، يجب أن تتمتع أجهزة استشعار درجة الحموضة بثباتٍ ودقةٍ عاليتين لضمان الامتثال للمعايير.

يُعدّ مستشعر ريكا (RK500-12) الأفضل جودةً لقياس درجة الحموضة بدقة ±0.05، ويتميز بثباته عند المراقبة المستمرة، حيث لا تتجاوز نسبة التغير فيه ≤0.01 خلال 24 ساعة. وبفضل هذه الدقة والثبات، يُوصى باستخدام مستشعر RK500-12 في جميع محطات معالجة مياه الصرف الصحي.

♦ تعويض درجة الحرارة ووقت الاستجابة

يعتمد الرقم الهيدروجيني على درجة الحرارة؛ فعلى عكس قيم المعايرة الثابتة، يجب أن يتكيف مستشعر الرقم الهيدروجيني مع تغيرات درجة الحرارة باستخدام التعويض التلقائي لدرجة الحرارة (ATC). تتوفر هذه الميزة في مستشعر الرقم الهيدروجيني السائل RK500-12 (نطاق القياس: من 0 إلى 80 درجة مئوية)، وهي اختيارية وتتيح للمستخدم تفعيلها وفقًا لمتطلبات النظام؛ ويُوصى بها بشكل خاص في أنظمة معالجة مياه الصرف الصحي التي تشهد تغيرات كبيرة في درجة الحرارة.

علاوة على ذلك، يُعدّ زمن الاستجابة عاملاً أساسياً لتطبيقات المراقبة المستمرة، نظراً لتغير الظروف باستمرار. يستجيب جهاز RK500-12 للتغيرات في نظام التدفق في أقل من 8 ثوانٍ، وفي نظام ثابت في 14 ثانية.

♦ تصميم متين ومقاوم للماء

يُتيح التصميم المقاوم للماء لمسبار قياس الأس الهيدروجيني (pH) تقديم نتائج دقيقة على المدى الطويل حتى في الظروف القاسية. يتميز جهاز RK500-12 بتصنيف حماية IP68. يشير IP إلى الحماية من دخول الماء والغبار، حيث يدل الرقم 6 على الحماية من الغبار والجسيمات، بينما يدل الرقم 8 على مقاومة الماء، مما يسمح بغمره في الماء حتى عمق 3 أمتار أثناء التشغيل المتواصل. علاوة على ذلك، يتكون غلاف المستشعر من بلاستيك ABS أو PPS، مما يوفر مقاومة عالية للتآكل. كما صُممت هذه المستشعرات خصيصًا للتركيب في الأنابيب بفضل أطرافها الملولبة NPT3/4.

♦ سهولة دمج المخرجات

يكون خرج المستشعر إما تناظريًا أو رقميًا، وذلك حسب متطلبات النظام؛ تُستخدم المخارج التناظرية عادةً في أجهزة القياس الميدانية، بينما تُستخدم المخارج الرقمية في مراقبة غرف التحكم. يتميز جهاز RK500-12 بمخرجين: تناظري 4-20 مللي أمبير، ورقمي RS-485 (بروتوكول Modbus). كلا المخرجين متوافقان مع أنظمة SCADA وPLC، ويسهل تركيبهما، والحصول على البيانات منهما، ومراقبتهما.

♦ صيانة بسيطة وعمر طويل

صيانة الحساسات بسيطة، ومع الصيانة الدورية، يمكن إطالة عمرها التشغيلي. تُعدّ المعايرة جزءًا أساسيًا من صيانة الحساسات. تتطلب حساسات الرقم الهيدروجيني المستخدمة للمياه النظيفة معايرة كل ستة أشهر، بينما تُعاير حساسات المياه الملوثة خلال ثلاثة أشهر. كما يشمل نطاق الصيانة التنظيف؛ حيث يمكن تنظيف الحساسات باستخدام الكحول (للتلوث العضوي)، أو محلول كلوريد البوتاسيوم (لإزالة الترسبات)، أو محلول حمض الهيدروكلوريك المخفف أو محلول هيدروكسيد الصوديوم (لإزالة المواد غير العضوية أو الأحماض).

أجهزة استشعار الرقم الهيدروجيني المقترحة لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي

3.1 مستشعر الرقم الهيدروجيني السائل RK500-12

عند التركيز على الاستدامة وبناء أنظمة متطورة وقوية لمعالجة نفايات المياه، يجب أن تكون المعدات المُثبّتة في النظام ذكية ومُزوّدة بتقنيات متطورة. تُركّز شركة ريكا سينسور على المستقبل وتوفير أجهزة استشعار موثوقة وقابلة للتكيّف. يُعدّ مستشعر الرقم الهيدروجيني السائل RK500-12 جهازًا فريدًا من نوعه، مُصمّمًا للاستخدامات التقنية الحديثة بخصائص مُتقدّمة. يتميّز بنطاق واسع من 0 إلى 14، ليغطي المحاليل القاعدية والحمضية والمتعادلة. وهو مقاوم للماء، وقابل للغمر، ومُصمّم للعمل في الظروف البيئية القاسية، مُستوفيًا معايير تصنيف الحماية IP68. بالإضافة إلى ذلك، يعمل نظام التحكم التلقائي في درجة الحرارة (ATC) بكفاءة من 0 إلى 80 درجة مئوية، ويُعدّل الرقم الهيدروجيني وفقًا لذلك ليعكس القيم الفعلية المُتغيّرة مع درجة الحرارة.

يتميز جهاز RK500-12 بسهولة تركيبه وتنظيفه وصيانته، كما أنه يتمتع بدقة عالية. وبفضل تطبيقاته المتعددة، يمكن استخدامه في محطات معالجة مياه الصرف الصحي، وصناعة الورق، والصناعات الدوائية، والزراعة.

3.2 مستشعر جودة المياه متعدد المعايير RK500-09

تقدم شركة ريكا سينسور جهاز الاستشعار متعدد المعايير RK500-09 كحل متكامل، حيث يقيس ثمانية معايير لجودة المياه: الموصلية، والعكارة، والأكسجين المذاب، والطلب الكيميائي على الأكسجين، وجهد اختزال الأكسجين، والأمونيا، ودرجة الحرارة، ودرجة الحموضة. يسجل هذا الجهاز جميع المعايير الأساسية في آنٍ واحد، مما يقلل الحاجة إلى أجهزة استشعار منفصلة. كما يتميز RK500-09 بوحدة تنظيف تلقائية تمنع التلوث البيولوجي، مما يوفر الوقت اللازم للصيانة. يُعد هذا الجهاز الخيار الأمثل للصناعات التي تبحث عن حل شامل ومتكامل.

3.3 مستشعر الرقم الهيدروجيني متعدد الأغراض SE555

صممت شركة Knick مستشعر الأس الهيدروجيني متعدد الأغراض SE555 ليتحمل الظروف البيئية القاسية، بما في ذلك درجات الحرارة العالية التي تصل إلى 135 درجة مئوية والضغوط التي تصل إلى 6 بار، مما يجعله خيارًا مثاليًا للصناعات الكيميائية والغذائية والمشروبات ومحطات معالجة مياه الصرف الصحي. وعلى عكس مستشعر RK500-12، يتميز هذا المستشعر بنطاق قياس واسع من 0 إلى 14، وهو مصنوع من مواد متينة. كما يدعم كلاً من أنظمة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) وأنظمة التحكم الإشرافي وجمع البيانات (SCADA)، مما يتيح جمع البيانات والتحكم الفعال في العمليات. يستخدم مستشعر SE555 تقنية memosens، مما يزيل مشاكل التآكل عند نقاط التوصيل. بالإضافة إلى ذلك، هذه المستشعرات معتمدة للاستخدام في المناطق الخطرة.

مستشعر الرقم الهيدروجيني الرقمي CPS11E من Memosens 3.4

يُعدّ مستشعر الرقم الهيدروجيني Endress+Hauser CPS11E خيارًا مثاليًا لقياس الرقم الهيدروجيني، فهو يتميز بموثوقية ودقة عاليتين، وعمر افتراضي طويل في الظروف الصناعية القاسية. يستخدم هذا المستشعر تقنية Memosens 2.0، مما يقلل من تأثير التآكل والرطوبة على لوحات التوصيل. وكما هو الحال في جميع المستشعرات الأخرى، يتراوح نطاق قياسه من 0 إلى 14. يعمل المستشعر عند درجة حرارة عالية تصل إلى 135 درجة مئوية، ويتحمل ضغطًا عاليًا يصل إلى 17 بار. يُمكن لهذا المستشعر تخزين بيانات المعايرة والمعالجة لفترة طويلة، مما يُساعد في الصيانة التنبؤية. تُستخدم هذه المستشعرات في مصانع المعالجة الكيميائية، ومحطات توليد الطاقة، وأنظمة تنقية المياه.

3.5 InPro 3253i

لحل مشكلة مستشعر الرقم الهيدروجيني، تقدم ميتلر توليدو مستشعر InPro 3253i الذكي، المصمم خصيصًا للصناعات الدوائية والغذائية والكيميائية. يتميز هذا المستشعر بمواصفات مشابهة للمستشعرات الأخرى، حيث يتراوح نطاق قياسه من 0 إلى 12، ويعمل عند درجة حرارة 140 درجة مئوية، ويتحمل ضغطًا يصل إلى 4 بار. تُضفي وظيفة إدارة المستشعر الذكية (ISM) على هذا المستشعر ميزة فريدة، إذ توفر معلومات فورية عن حالته، مما يُساعد في الصيانة التنبؤية. وكما هو الحال مع المستشعر، إذا كنت تبحث عن حلول ذكية، فاختر هذا المستشعر المتين والذكي.

خاتمة

للمنافسة في الثورة الصناعية الرابعة، حيث بلغت الأتمتة والابتكار والرقمنة ذروتها، يجب ألا تكون المنتجات المصنعة جيدة فحسب، بل استثنائية. تُسهم أجهزة استشعار درجة الحموضة (pH) للمياه، التي تتميز بدقة عالية، وتعويض درجة الحرارة، وتصنيف IP، وتصميم متين، وعمر افتراضي طويل، وتوافقية، في تشغيل محطات معالجة مياه الصرف الصحي بكفاءة. علاوة على ذلك، تُساعد هذه الأجهزة في تحقيق أهداف الاستدامة وفقًا للمعايير البيئية.

إذا كنت تبحث عن مجسات قياس الأس الهيدروجيني عالية الجودة، فضع في اعتبارك شركة ريكا. هدفها هو ضمان منتجات مدروسة بعناية ومتوافقة للغاية. يُعدّ كل من مجسات ريكا RK500-12 وRK500-09 لقياس الأس الهيدروجيني مثالين رائعين على الجمع بين الدقة والشمولية. يتميز كلا المجسين بالموثوقية ويُستخدمان في تطبيقات صناعية متنوعة. يُعدّ RK500-09 حزمة متكاملة تقيس 8 معايير في وقت واحد مع نظام تنظيف تلقائي، بينما يتميز RK500-12 بدقة عالية تصل إلى ±0.05 في قياس الأس الهيدروجيني، ومقاومة للماء بمعيار IP68، وخاصية تعويض درجة الحرارة التلقائية الاختيارية. تقدم ريكا مجموعة متنوعة من المجسات الحديثة والمبتكرة المصممة خصيصًا للتطبيقات الصناعية. تفضل بزيارة الموقع الإلكتروني https://www.rikasensor.com/ للاطلاع على مجموعتها الكاملة.

تُعد أجهزة استشعار الرقم الهيدروجيني ضرورية لمعالجة مياه الصرف الصحي.

الأسئلة الشائعة

س1: كم مرة يجب عليّ معايرة مستشعر الرقم الهيدروجيني الخاص بي؟

تُجرى عملية المعايرة لضمان الحصول على نتائج موثوقة ودقيقة من الجهاز. عند استخدام مستشعرات الرقم الهيدروجيني في المياه النظيفة، يلزم معايرتها خلال ستة أشهر، أما في حالة مياه الصرف الصحي العادية، فيلزم معايرتها كل ثلاثة إلى ستة أشهر. تتميز مستشعرات مثل RK500-12 بسهولة معايرتها، دون الحاجة إلى أدوات متخصصة.

س2: ما هو العمر الافتراضي لجهاز استشعار الرقم الهيدروجيني؟

يُعدّ العمر الافتراضي مصطلحًا نسبيًا يعتمد على استخدام الجهاز والعناية به. تدوم أجهزة الاستشعار النموذجية، مثل جهاز Rika RK500-12، من 12 إلى 24 شهرًا، وذلك تبعًا لجودة المياه وعدد مرات الصيانة. كما يعتمد العمر الافتراضي أيضًا على نوع جهاز الاستشعار.

س3: هل يمكن لأجهزة استشعار الرقم الهيدروجيني القياس في المحاليل غير المائية؟

صُممت مجسات قياس الأس الهيدروجيني للبيئات المائية كالماء ومياه الصرف الصحي. وهي تُعطي قراءات غير مستقرة ومتغيرة ومتقلبة في الكحولات والزيوت والمذيبات العضوية. وتعتمد مجسات الأس الهيدروجيني للماء ذات الأقطاب الكهربائية التقليدية على قياس نشاط الهيدروجين في المحاليل المائية.

س4: هل يمكن استخدام أجهزة استشعار الرقم الهيدروجيني في البيئات ذات درجات الحرارة العالية؟

نعم، معظم أجهزة استشعار الرقم الهيدروجيني مصممة للعمل في بيئات قاسية تصل درجة حرارتها إلى 135 درجة مئوية. أما أجهزة الاستشعار مثل RK500-12 فهي فعالة في نطاق درجات حرارة من 0 إلى 80 درجة مئوية، وتتضمن خاصية تعويض درجة الحرارة الاختيارية للحصول على قراءات مستقرة.