شركة ريكا سينسور هي شركة مصنعة لأجهزة استشعار الطقس ومزودة لحلول مراقبة البيئة ولديها أكثر من 10 سنوات من الخبرة في هذا المجال.
يشمل تحليل جودة المياه تقييم مدى ملاءمة المياه من الناحية الكيميائية والفيزيائية والبيولوجية لتطبيق محدد. وتختلف متطلبات معايير المياه لمزرعة أسماك عن تلك الخاصة بمنشأة تصنيع الأدوية.
لتحقيق مراقبة دقيقة، يلزم توفر مجموعة متنوعة من أجهزة قياس جودة المياه . يجب أن تتميز هذه الأجهزة بنطاقات ودقة ووضوح وأوقات استجابة وقابلية تكرار مختلفة لتناسب التطبيق المحدد. تُعدّ أجهزة الاستشعار من الأدوات الأساسية اللازمة لمراقبة جودة المياه. ستحتاج أيضًا إلى شرائط اختبار، وأجهزة أخذ عينات المياه، ومسجلات بيانات، ومحولات طاقة لتكوين نظام متكامل لمراقبة المياه.
لفهم أهمية مراقبة جودة المياه، ينبغي الاطلاع على لوائح منظمة الصحة العالمية وغيرها من المنظمات العالمية والإقليمية المعنية بمياه الشرب. فسوء جودة المياه لا يتسبب فقط في منتجات دون المستوى المطلوب، وتلف المواد، وتقليل عمر الآلات، بل قد يضر أيضاً بصحة الإنسان والاقتصاد بشكل عام. تهدف هذه المقالة إلى تزويدكم بجميع معايير مراقبة جودة المياه الأساسية، وأدوات قياسها، وأهميتها في مختلف التطبيقات.
توجد العديد من المنظمات التي تنظم متطلبات جودة المياه لحالات استخدام محددة. بعضها يفرض رقابة أكثر صرامة من غيرها. على سبيل المثال، إذا اتبعنا متطلبات وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) والمفوضية الأوروبية (EC)، فإننا نفي أيضًا بمتطلبات منظمة الصحة العالمية (WHO) والمنظمة الدولية للمعايير (ISO) (الإرشادات العالمية). تُعدّ وكالة حماية البيئة والمفوضية الأوروبية هيئتين محليتين تفرضان رقابة أكثر صرامة على جودة المياه مقارنةً بالمنظمات العالمية. أما بالنسبة للاستخدام الصناعي، فقد تختلف المعايير من قطاع إلى آخر.
قد تشترط بعض المنظمات مراقبة مستويات الأكسجين المذاب في الماء، بينما قد تكتفي منظمات أخرى بمراقبة درجة الحموضة ودرجة الحرارة. تضمن المعايير التنظيمية ملاءمة الماء للاستخدام المحدد. إليك بعض الأمثلة:
بحسب منظمة الصحة العالمية، يمكن أن تنقل مياه الشرب الملوثة ميكروبيولوجيًا أمراضًا مثل الإسهال والكوليرا والدوسنتاريا والتيفوئيد وشلل الأطفال، والتي يُقدّر أنها تتسبب في حوالي 505,000 حالة وفاة سنويًا بسبب الإسهال. هذه مجرد واحدة من الطرق العديدة التي تؤثر بها جودة المياه على حياتنا.
تشير الخصائص الفيزيائية للماء إلى تلك التي تؤثر على مظهره وطعمه وقابليته للاستخدام. وهي خصائص ملموسة وقابلة للملاحظة. فيما يلي بعض الخصائص الفيزيائية الرئيسية التي يمكن ملاحظتها باستخدام أجهزة استشعار جودة المياه:
بصورة أعم، تُعدّ درجة الحرارة مقياسًا للطاقة الحركية في الماء، وهي مؤشر رئيسي على نقطة تحول الماء. ولرصد درجة حرارة الماء استخدامات هائلة في الصناعة.
يُعدّ رصد درجة الحرارة أمرًا بالغ الأهمية في الحياة المائية، والتفاعلات الكيميائية، ومحطات توليد الطاقة. تصميمها البسيط يجعلها موثوقة للغاية في هذه التطبيقات. تستخدم عادةً مواد مثل البلاتين في أجهزة قياس درجة الحرارة المقاومة (RTDs) أو أشباه الموصلات في الثرمستورات. يؤدي تغير درجة حرارة المستشعر إلى تغير مقاومة المادة، ويتم رصد هذا التغير إلكترونيًا وتحويله إلى قراءة لدرجة الحرارة.
في عملية تنقية المياه ومراقبة الصحة البيئية، تكشف أجهزة استشعار العكارة والمواد الصلبة العالقة عن مدى تعكر الماء. وتمثل درجة التعكر كمية المواد العالقة في الماء، بما في ذلك الطمي والطحالب والكائنات الحية الدقيقة. ويمكن أن يؤدي وجود هذه المواد إلى انخفاض جودة مياه الشرب وانسداد خياشيم الأسماك، مما يحجب ضوء الشمس اللازم لعملية التمثيل الضوئي للنباتات المائية.
تعتمد هذه المستشعرات على تأثير تيندال، وهو تشتت الضوء بواسطة الماء المحتوي على جزيئات عالقة. يمرر المستشعر الضوء عبر الماء ويقيس كمية الضوء النافذ. إذا كانت كمية الضوء النافذ قليلة، فهذا يعني ارتفاع العكارة ونسبة المواد الصلبة العالقة. تُقاس العكارة بوحدات العكارة النفيلومترية (NTU)، بينما تُقاس نسبة المواد الصلبة العالقة (غالبًا بوحدة ملغم/لتر).
يؤدي وجود الأملاح في الماء إلى زيادة موصليته. لذا، فإن مستشعرًا واحدًا يقيس موصلية الماء قادر على الكشف عن الموصلية الكهربائية، والملوحة، والمواد الصلبة الذائبة الكلية. تُعرَّف الملوحة بأنها وجود الأملاح في الماء، بينما تُعرَّف المواد الصلبة الذائبة الكلية بأنها كمية الأملاح (الأيونات) الذائبة فيه. ونظرًا لارتباط هذه المعايير ارتباطًا وثيقًا، يكفي مستشعر واحد للحصول على النتائج.
يستخدم جهاز استشعار لقياس التوصيل الكهربائي (EC) والمواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS) والملوحة قطبين كهربائيين مغمورين في الماء. يمرر هذان القطبان تيارًا كهربائيًا عبر الماء، فيقيسان مقاومته. انخفاض المقاومة يعني ارتفاع التوصيل الكهربائي والملوحة والمواد الصلبة الذائبة الكلية. مع ذلك، يتأثر هذا الجهاز بدرجة الحرارة، ويتطلب معايرة معامل الارتباط بناءً على نوع المحلول.
على الرغم من عدم ارتباط مستوى الماء مباشرةً بجودة المياه، إلا أنه يُعدّ مؤشراً بالغ الأهمية لمراقبة الخزانات وتدفق الأنهار، ويُستخدم غالباً في رصد جودة المياه. فيما يلي بعض أنواع أجهزة استشعار مستوى الماء:
إلى جانب المظهر والطعم وسهولة الاستخدام، توجد مواد كيميائية في الماء لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة. قد تحتاج إلى أجهزة استشعار متخصصة قادرة على كشف وجود هذه المواد. بعض هذه الأجهزة تجمع كل هذه البيانات في وحدة واحدة. ومن بين أجهزة الاستشعار الأكثر تطورًا، جهاز RK500-09. ولكن لتسهيل الفهم، سنذكرها هنا بشكل منفصل:
يُعدّ الرقم الهيدروجيني (pH) مؤشرًا رئيسيًا لقدرة الماء على التفاعل مع المواد الكيميائية، كما يُشير إلى قدرته على التسبب في التآكل. أما جهد الأكسدة والاختزال (ORP) فيُعبّر عن قدرة الماء على العمل كعامل مؤكسد أو مُختزل. ويُعدّ قياس الرقم الهيدروجيني وجهد الأكسدة والاختزال أمرًا بالغ الأهمية في مراقبة جودة المياه، إذ يُوفّران معًا معلوماتٍ حول حموضة الماء أو قلويته، فضلًا عن قدرته على التطهير وصحته العامة.
يستخدم مستشعر الرقم الهيدروجيني أنبوبًا زجاجيًا نفاذًا لأيونات الهيدروجين كقطب كهربائي، بينما يستخدم مستشعر جهد الأكسدة والاختزال قطبًا كهربائيًا من معدن نبيل، مثل البلاتين أو الذهب. ويتطلب كلا النوعين قطبًا مرجعيًا مزودًا بجهد ثابت. ويُعطي فرق الجهد بين القطبين قيمة الرقم الهيدروجيني وجهد الأكسدة والاختزال، على التوالي. وغالبًا ما يتم دمجهما في مستشعر واحد نظرًا لاستخدامهما مكونات مماثلة وقطبًا مرجعيًا متشابهًا.
يُعدّ الأكسجين المذاب (DO) بالغ الأهمية للحياة المائية، فهو مؤشر مباشر على وجود الأكسجين في الماء. مع ذلك، في الصناعات التحويلية، غالباً ما يكون الأكسجين المذاب غير مرغوب فيه، إذ يُمكن أن يُسرّع عملية التآكل عند ملامسته للمعادن. لذا، قد تختلف النطاقات والقراءات الدنيا في كلا التطبيقين.
يوجد نوعان من أجهزة استشعار الأكسجين المذاب، أحدهما يعتمد على التقنيات الكهروكيميائية والآخر على التقنيات البصرية. يستخدم النوع الكهروكيميائي غشاءً يسمح بانتشار الأكسجين، مما يؤدي إلى تفاعل كيميائي مع الأقطاب الكهربائية لتوليد إشارة كهربائية تتناسب مع مستوى الأكسجين المذاب. أما أجهزة الاستشعار البصرية، والمعروفة أيضًا بأجهزة الاستشعار القائمة على التألق الضوئي، فتستخدم صبغة فلورية يتم "إخمادها" (أي يقل انبعاث الضوء منها) بواسطة الأكسجين.
يُعدّ رصد العناصر الغذائية، مثل الأمونيوم والنترات والنتريت، أمراً بالغ الأهمية في مجالاتٍ كمعالجة المياه، والرصد البيئي، والزراعة، وتربية الأحياء المائية. ويُعتبر تصريف مياه الصرف الصحي المعالجة، والتخثث في الأنهار والبحيرات، وقياس العناصر الغذائية في التربة، من المجالات الرئيسية لرصد وجود هذه العناصر.
تعتمد آليات عمل هذه المستشعرات على الأقطاب الانتقائية للأيونات، والمستشعرات البصرية، وأجهزة التحليل اللوني. ولكل عنصر غذائي مستشعر خاص به.
تتطلب بعض الملوثات في الماء الأكسجين لتتحلل. لذا، من الضروري تحديد كمية الأكسجين اللازمة لهذه الملوثات للتخلص منها من الماء والحفاظ على استقرار مستويات الأكسجين. يُعرف الطلب الكيميائي للأكسجين/الطلب البيولوجي للأكسجين (COD/BOD) بكمية الأكسجين اللازمة لتحلل الملوثات في الماء، وهو مؤشر رئيسي يُستخدم لتقييم درجة تلوث المياه وكفاءة عمليات معالجة مياه الصرف الصحي.
تمتص المواد العضوية وغير العضوية الموجودة في الماء الأشعة فوق البنفسجية بأطوال موجية مختلفة. ويُتيح تمرير الأشعة فوق البنفسجية عبر عينة من الماء وتحليل الناتج عند أطوال موجية مختلفة صورة شاملة عن وجود المواد العضوية وغير العضوية في الماء.
في مجال مراقبة جودة المياه، يُضاف الكلور إلى الماء للقضاء على الكائنات الدقيقة المسببة للأمراض التي قد تُشكل خطرًا على الصحة. ويمكن مراقبة مستوى الكلور على مرحلتين: الأولى، بهدف القضاء على الكائنات الدقيقة الضارة بالاستهلاك، والثانية، عند تزويد المياه لأغراض الشرب. ووفقًا للمتطلبات التنظيمية، يُعد الحفاظ على مستوى آمن من الكلور أمرًا بالغ الأهمية لضمان جودة مياه الشرب.
يتفاعل قطب العمل في المستشعر مع أيونات الكلور الموجودة في الماء لإنتاج تيار كهربائي. ثم تُرسل إشارة التيار إلى وحدة تحكم تقوم بتحويلها إلى قيم ملموسة لأجهزة واجهة المستخدم الرسومية.
قد يشكل وجود بعض الكائنات الحية في الماء خطراً على صحة الإنسان. لذا، يُعدّ رصد هذه العوامل أمراً بالغ الأهمية في إنتاج مياه الشرب. دعونا نحلل هذه العوامل وكيفية رصدها:
تظهر الطحالب الخضراء المزرقة، والمعروفة أيضاً باسم البكتيريا الزرقاء، على شكل تجمعات كثيفة وواضحة في المياه الدافئة الغنية بالعناصر الغذائية. وهي تشكل مشكلة صحية خطيرة لأنها تنتج سموماً قد تسبب تلف الكبد، ومشاكل عصبية، وتهيج الجلد، وحتى الموت.
يتطلب الكشف عن البكتيريا الزرقاء استخدام مجسات التألق الضوئي. تُصدر هذه المجسات ضوءًا (إثارة) عند طول موجي محدد (عادةً ما بين 590 و630 نانومتر). في المقابل، يمتص الفيكوسيانين الموجود في البكتيريا الزرقاء هذا الضوء، ثم يُصدر تألقًا عند طول موجي أطول (حوالي 650-660 نانومتر). يُشير الكشف عن هذا الضوء إلى وجود البكتيريا الزرقاء في الماء.
يُعد الكلوروفيل مؤشراً رئيسياً على وجود الكتلة الحيوية للعوالق النباتية في الماء، إذ يُعطي صورة شاملة عن جودة المياه وصحة النظام البيئي. ويمكن أن يتسبب تكاثر الطحالب في مشاكل مثل سوء طعم ورائحة مياه الشرب، ونقص الأكسجين، وخلق ظروف سامة.
كما تستخدم هذه التقنية مستشعرات التألق الضوئي، المشابهة لتلك المستخدمة في الكشف عن البكتيريا الزرقاء المذكورة سابقًا. يُصدر المستشعر عادةً ضوءًا أزرقًا (حوالي 470 نانومتر) في الماء، والذي يمتصه الكلوروفيل-أ الموجود في الطحالب ويعيد إصداره كضوء أحمر (حوالي 680 نانومتر). تشير شدة الضوء الأحمر المُكتشف إلى وجود الكلوروفيل.
لا يكفي المستشعر وحده لبدء مراقبة جودة المياه. لبدء عملية المراقبة، ستحتاج إلى المكونات التالية. يشهد كل جزء من نظام مراقبة جودة المياه تطورات مستمرة، وسنذكر أحدثها وأفضلها:
تتيح قدرة أدوات مراقبة جودة المياه هذه على نقل البيانات لاسلكيًا إلى محطة مراقبة مركزية جمع البيانات وتحليلها بشكل فوري. وبذلك، تستطيع السلطات اتخاذ إجراءات سريعة وضمان الامتثال للمتطلبات التنظيمية.
المعلمة | نطاق الكشف النموذجي للمستشعر | نطاق المراقبة الموصى به (جودة المياه) | مستشعر ريكا الموصى به |
درجة حرارة | من -5 إلى +60 درجة مئوية (دقة ±0.3 درجة مئوية؛ دقة 0.1 درجة مئوية) | تتراوح درجة الحرارة بين 0 و35 درجة مئوية لمعظم المياه الطبيعية؛ وتصل إلى 40 درجة مئوية في مياه الصرف الصحي/المياه الصناعية | مستشعر درجة حرارة السائل RK500-11 (متوفر أيضًا في RK500-09 متعدد المعايير) |
العكارة | 0–1000 NTU (دقة 0.1 NTU؛ دقة ±5% من النطاق الكامل) | 0-5 وحدة تعكر نفيلومترية لمياه الشرب (منظمة الصحة العالمية)؛ 25-80 وحدة تعكر نفيلومترية للأنهار؛ >100 وحدة تعكر نفيلومترية لمياه الصرف الصحي | مستشعر العكارة RK500-07 |
إجمالي المواد الصلبة العالقة (TSS) | 0-1000 ملغم/لتر أو أعلى | أقل من 10 ملغم/لتر (مياه الشرب)؛ 25-80 ملغم/لتر (الأنهار)؛ أكثر من 100 ملغم/لتر (مياه الصرف الصحي) | مستشعر RK500-20 TSS |
الموصلية الكهربائية (EC) | 0–200 مللي سيمنز/سم (±1–2%) | 0-2 ملي سيمنز/سم (مياه الشرب)؛ 0-5 ملي سيمنز/سم (السطح)؛ حتى 50 ملي سيمنز/سم (مياه البحر) | مستشعر التوصيل الكهربائي/الملوحة RK500-13 |
الملوحة | 0-70 جزء في الألف (مستمد من EC) | المياه العذبة <0.5 جزء في الألف؛ المياه قليلة الملوحة 0.5–30 جزء في الألف؛ مياه البحر ~35 جزء في الألف | مستشعر التوصيل الكهربائي/الملوحة RK500-13 |
إجمالي المواد الصلبة الذائبة (TDS) | من 0-1000 ملغم/لتر إلى أكثر من 10000 ملغم/لتر | <500 ملغم/لتر (للشرب)؛ 2000 ملغم/لتر (للري)؛ >10000 ملغم/لتر (للمياه المالحة/الصناعية) | مستشعر RK500-13 للتوصيل الكهربائي/الملوحة (مع تحويل إجمالي المواد الصلبة الذائبة) |
مستوى الماء | 0-50 متر (هيدروستاتيكي)؛ >70 متر (رادار/فوق صوتي) | دقة قياس سنتيمترية للأنهار/البحيرات؛ من مليمتر إلى سنتيمتر للمياه الجوفية؛ مقياس متري للخزانات | غواصة هيدروستاتيكية, أجهزة استشعار مستوى الموجات فوق الصوتية أو الرادار |
الرقم الهيدروجيني | 0–14 درجة حموضة (±0.1 درجة حموضة؛ دقة 0.01) | 6.5–8.5 (مياه الشرب، منظمة الصحة العالمية/الاتحاد الأوروبي)؛ 6–9 (تصريف مياه الصرف الصحي) | مستشعر الرقم الهيدروجيني RK500-12 (أنواع مختلفة من A إلى D) |
الأكسجين المذاب (DO) | 0–20 ملغم/لتر (±0.1 ملغم/لتر) | >5 ملغم/لتر (أنهار/بحيرات صحية)؛ >4 ملغم/لتر (تربية الأحياء المائية)؛ >2 ملغم/لتر (تصريف مياه الصرف الصحي) | مستشعر الأكسجين البصري RK500-04 |
جهد الأكسدة والاختزال (ORP) | من -1500 إلى +1500 ملي فولت (±1-6 ملي فولت) | من +200 إلى +400 ملي فولت (ماء نظيف)؛ أقل من +100 ملي فولت (ملوث/لاهوائي)؛ أكثر من +500 ملي فولت (معالجة مؤكسدة) | مستشعر ORP RK500-06 |
الطلب الكيميائي على الأكسجين (COD) | 0–500 ملغم/لتر (±5% من القيمة المرجعية) | أقل من 10 ملغم/لتر (ماء نظيف)؛ 50-200 ملغم/لتر (مياه الصرف الصحي المعالجة) | مستشعر COD طراز RK500-25 أو جهاز قياس متعدد المعايير طراز RK500-09 |
الطلب البيولوجي على الأكسجين (BOD) | 0–300 ملغم/لتر (±5% من القيمة المرجعية) | أقل من 5 ملغم/لتر (نهر جيد)؛ 10-30 ملغم/لتر (نهر ملوث)؛ أكثر من 50 ملغم/لتر (مياه صرف صحي غير معالجة) | RK500-09 متعدد المعايير (وحدة BOD) |
الأمونيوم (NH₄⁺) | 0–100 / 0–1000 ملغم/لتر (±10% أو ±1 ملغم/لتر) | أقل من 0.5 ملغم/لتر (مياه الشرب)؛ أقل من 1-2 ملغم/لتر (المياه السطحية)؛ أكثر من 5 ملغم/لتر (مشكلة مياه الصرف الصحي) | مستشعر أيون الأمونيوم RK500-15 |
النترات (NO₃⁻) | 0–1000 ملغم/لتر (±5% من القيمة المرجعية) | أقل من 50 ملغم/لتر (مياه الشرب، الحد المسموح به في الاتحاد الأوروبي)؛ أقل من 10 ملغم/لتر (الهدف لجودة المياه السطحية) | مستشعر أيونات النترات RK500-16 |
النتريت (NO₂⁻) | 0–100 ملغم/لتر (±5% من القيمة المرجعية) | <0.2 ملغم/لتر (مياه الشرب، منظمة الصحة العالمية)؛ <1 ملغم/لتر (المياه السطحية) | RK500-09 متعدد المعايير (وحدة NO₂⁻) |
الكلوروفيل | 0-400 ميكروغرام/لتر (±3%) | <25 ميكروغرام/لتر (بحيرة صحية)؛ >50 ميكروغرام/لتر (خطر ازدهار الطحالب) | مستشعر الكلوروفيل RK500-17 |
البكتيريا الزرقاء | 0-300 ألف خلية/لتر (±3%) | أقل من 20 ألف خلية/لتر (آمن للاستخدام الترفيهي)؛ أكثر من 100 ألف خلية/لتر (خطر ازدهار سام) | RK500-09 متعدد المعايير (وحدة البكتيريا الزرقاء) |
الكلور المتبقي | 0-5 ملغم/لتر | 0.2–0.5 ملغم/لتر في مياه الشرب (منظمة الصحة العالمية/وكالة حماية البيئة) | مستشعر الكلور المتبقي RK500-29 |
يتطلب الحفاظ على جودة المياه نظامًا متكاملًا من المعدات التي تعمل بتناغم لإنتاج نتائج دقيقة. ولضمان نتائج موثوقة، يلزم وجود أجهزة استشعار، ومسجلات بيانات، وأنظمة نقل، وتركيب، ومصدر طاقة، وعمليات معايرة. ويُعدّ جهاز الاستشعار العنصر الأهم، إذ يتميز كل جهاز بآلية عمل فريدة وتطبيق خاص به. ويتطلب الالتزام بمعايير جودة المياه، التي تنظمها المنظمات العالمية والإقليمية، تقييمًا دقيقًا للمعايير الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية للمياه، مما يسمح باتخاذ إجراءات فورية للسيطرة على وجود المواد الضارة أو القضاء عليها.
إذا كنت تبحث عن حل شامل لجميع احتياجاتك في مجال مراقبة جودة المياه، تفضل بزيارة موقع RIKA الإلكتروني وتواصل مع ممثل الشركة. توفر RIKA Sensor خدمات ما بعد البيع وخدمات متكاملة لتنفيذ المشاريع. تتميز أجهزة قياس جودة المياه بأعلى مستويات الجودة وتُنتج نتائج دقيقة للغاية، مدعومة بضمانات طويلة الأمد. تفضل بزيارة موقع RIKA الإلكتروني لمعرفة المزيد.
نعم، يمكن أن يساعد رصد جودة المياه باستمرار باستخدام أجهزة استشعار تكشف عن المعايير الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية في الوقاية من الأمراض المنقولة بالمياه. كما أن الكشف عن الكائنات الدقيقة الضارة والملوثات الكيميائية يُمكّن من اتباع نهج استباقي لمعالجة المياه أو إيقاف الأنظمة المتضررة قبل وصول المياه إلى المستهلك البشري.
لتبسيط فهم جودة المياه، يحوّل مؤشر جودة المياه (WQI) البيانات المعقدة إلى قيمة رقمية واحدة. يساعد هذا المؤشر الجمهور وصناع السياسات على فهم جودة المياه بشكل فوري، حيث يمثل معايير مثل درجة الحموضة (pH) والأكسجين المذاب (DO) والعكارة.
تُعدّ العناصر البيولوجية في الماء كائنات حية قد تُلحق الضرر بجسم الإنسان أو الحياة المائية. لذا، يُعدّ الكشف عنها جزءًا أساسيًا من جودة المياه. علاوة على ذلك، يُعدّ وجود مواد كيميائية مثل المغذيات والكلور والأكسجين المذاب ودرجة الحموضة وإمكانية الأكسدة والاختزال أمرًا بالغ الأهمية لضمان صلاحية المياه للاستهلاك البشري.
LEAVE A MESSAGE