شركة ريكا سينسور هي شركة مصنعة لأجهزة استشعار الطقس ومزودة لحلول مراقبة البيئة ولديها أكثر من 10 سنوات من الخبرة في هذا المجال.
يلعب الأكسجين دورًا حيويًا في النظام البيئي، فهو ضروري لبقاء الإنسان، كما أن وجوده في صورة الأكسجين المذاب ضروري للحياة المائية. يُعدّ الأكسجين المذاب (DO) ذا أهمية بالغة في الصناعات؛ إذ يُستخدم في محطات معالجة مياه الصرف الصحي خلال عملية الهضم الهوائي. كما يُرصد مستوى الأكسجين المذاب باستمرار في محطات توليد الطاقة البخارية لتجنب التآكل داخل المعدات. لذا، من الضروري مراقبة هذا المؤشر الحيوي، ولذلك تُستخدم أجهزة استشعار الأكسجين المذاب على نطاق واسع لقياسه.
تُستخدم أجهزة استشعار الأكسجين المذاب على نطاق واسع في العديد من التطبيقات الصناعية، مثل مراقبة البيئة، ومحطات معالجة مياه الصرف الصحي، والصناعات الدوائية والتحويلية، وتربية الأحياء المائية، والاستخدامات المختبرية، وغيرها الكثير. يقيس جهاز استشعار الأكسجين المذاب نسبة الأكسجين في الماء بطريقتين: القياس البصري الذي يعتمد على التألق الضوئي، والطريقة الكهروكيميائية التي تعتمد على التفاعلات الكيميائية عند الأقطاب الكهربائية. وللاستخدام الأمثل لهذه الأجهزة، يجب التعامل معها بعناية فائقة، كما يلزم إجراء معايرة وصيانة دورية وفقًا للإجراءات والتوصيات المعتمدة.
الأكسجين المذاب هو كمية الأكسجين المذابة في وحدة واحدة من الماء. يدخل الأكسجين إلى الماء بثلاث طرق مختلفة:
حالة طوارئ! حالة طوارئ! عندما ينهار البشر بسبب نقص الأكسجين، ينطبق الأمر نفسه على الحياة المائية نتيجةً لمستويات غير مناسبة من الأكسجين المذاب. فمستوى كافٍ من الأكسجين المذاب ضروري للنمو والاستدامة. انخفاض مستوى الأكسجين المذاب يعني زيادة التلوث ونمو الطحالب، بينما تسبب المستويات المرتفعة أمراض فقاعات الغاز في الأسماك، مما يؤثر على التنوع البيولوجي. لا يمكن للعمليات الصناعية، مثل معالجة مياه الصرف الصحي، تجاهل هذا العامل؛ فالأكسجين المذاب يسمح بنمو البكتيريا الهوائية التي تساعد على تحلل النفايات العضوية. إضافةً إلى ذلك، تحافظ مزارع الأسماك على مستوى الأكسجين المذاب لتوفير بيئة صحية للنمو والإنتاجية. لهذه الأسباب، يُعد رصد مستوى الأكسجين المذاب أمرًا بالغ الأهمية باستخدام جهاز استشعار الأكسجين المذاب.
لماذا الوحدات؟ هل فكرت في الأمر من قبل؟ تخيل كيف سيتم تبادل البيانات ومقارنتها وتحليلها بدونها. توفر الوحدات المحددة طريقة موحدة للحساب واتخاذ القرارات بناءً على هذه النتائج. تُستخدم وحدات مثل ملليغرام لكل لتر (ملغم/لتر)، وجزء في المليون (جزء في المليون)، ونسبة التشبع (٪ تشبع) بشكل منتظم لقياس مستوى الأكسجين المذاب في الماء. عدد ملليغرامات الأكسجين في لتر واحد من الماء هو ملغم/لتر. يُشار إلى 1 ملغم/لتر بجزء واحد في المليون عند درجة الحرارة والضغط القياسيين. تقيس هذه الوحدات الكمية المطلقة للأكسجين، بينما نسبة التشبع هي نسبة إلى الحد الأقصى لكمية الأكسجين في الماء عند درجة حرارة وضغط محددين.
تعتمد ذوبانية الأكسجين في الماء على قانون هنري للضغوط الجزئية، الذي ينص على أن كمية الغاز المذاب في سائل تتناسب طرديًا مع الضغط الجزئي لهذا الغاز فوق السائل. فعلى سبيل المثال، إذا كان الضغط الجزئي للأكسجين منخفضًا في الغلاف الجوي، فإن ذوبانيته في الماء تقل، مما يقلل من نسبة التشبع. ويتم الحفاظ على مستوى الأكسجين المذاب ومراقبته وفقًا للبيئة المحيطة؛ ففي البحيرات والأنهار، يتراوح بين 4 و10 ملغم/لتر، وفي المناطق الميتة يكون أقل من 2 ملغم/لتر، وفي خزانات التهوية في محطات معالجة مياه الصرف الصحي يتراوح بين 1 و3 ملغم/لتر.
أجهزة الاستشعار هي معدات تُستخدم لأغراض الكشف. يقيس مستشعر الأكسجين المذاب أحد المؤشرات الرئيسية لجودة المياه: تركيز الأكسجين فيها. وتتمثل الوظيفة الأساسية لمستشعر الأكسجين المذاب في مراقبة كمية الأكسجين في الماء والكشف عنها بدقة للتأكد من سلامة البيئة وكفاءة العمليات.
في محطات معالجة مياه الصرف الصحي، تتم مراقبة الأكسجين المذاب في الوقت الفعلي باستخدام أجهزة استشعار متطورة تعمل بتقنية إنترنت الأشياء، والتي توفر المعلومات وتسجل البيانات لتحليلها واتخاذ القرارات المناسبة. كما تُستخدم أجهزة استشعار الأكسجين المذاب الحديثة في المراقبة البيئية للحفاظ على النظم البيئية المستدامة.
ما هي الخيارات المتاحة؟ قبل اتخاذ أي قرار، من المهم معرفة الخيارات المتاحة وما إذا كان هذا الخيار هو الأنسب وفقًا للبيئة. يوجد نوعان رئيسيان من أجهزة استشعار الأكسجين المذاب: أجهزة الاستشعار الكهروكيميائية وأجهزة الاستشعار البصرية.
يوجد نوعان فرعيان من المجسات الكهروكيميائية: الجلفانية والبولاروغرافية. مبدأ عملهما واحد: عند غمر المجس في الماء، يحدث تفاعل أكسدة-اختزال بين الأكسجين والقطب الكهربائي داخله، مما يُولّد تيارًا قابلًا للقياس يتناسب طرديًا مع تركيز الأكسجين المذاب في العينة. الفرق الجوهري بين النوعين هو أن الجلفانية لا تتطلب تيارًا خارجيًا لبدء التفاعل، بينما تتطلب البولاروغرافية تيارًا خارجيًا. من جهة أخرى، تستخدم المجسات الضوئية الضوء للكشف عن الأكسجين المذاب؛ فالإضاءة العالية تدل على تركيز عالٍ، وإذا انطفأت الإضاءة، فهذا يعني وجود كمية كبيرة من الأكسجين.
يتميز المستشعر الجلفاني باستجابة سريعة ولا يحتاج إلى مصدر طاقة خارجي، ولكنه يتطلب صيانة دورية وقد يعطي نتائج غير دقيقة عند التدفق المنخفض. أما المستشعر البولاروغرافي فهو الأنسب للاستخدام المختبري ويتميز بدقة عالية. ومن عيوب هذا الجهاز صيانة الغشاء وفترة التسخين. بينما تتميز المستشعرات البصرية بارتفاع تكلفتها، إلا أنها قليلة الصيانة وتتمتع باستقرار طويل الأمد.
تختلف مكونات مستشعر الأكسجين المذاب باختلاف نوعه: مستشعر بصري أو كهروكيميائي. ومع ذلك، فإن معظم المستشعرات تحتوي على المكونات الرئيسية التالية:
يحدث تفاعل أكسدة واختزال عند ملامسة الماء المحتوي على الأكسجين المذاب للمستشعر. عند المصعد، يحدث تفاعل أكسدة يُطلق إلكترونات، وعند المهبط، يحدث اختزال (اكتساب إلكترونات) لتكوين الماء. أثناء تدفق الإلكترونات من المصعد نحو المهبط، يتولد تيار كهربائي قابل للقياس، يتناسب طرديًا مع تركيز الأكسجين المذاب، والذي يُعالج لعرض القراءات بوحدة ملغم/لتر أو جزء في المليون.
توفر مجسات الأكسجين المذاب البولاروغرافية قراءات دقيقة وموثوقة؛ لذا فهي تُستخدم على نطاق واسع في المختبرات والتطبيقات الصناعية. ويتم تطبيق جهد ثابت يتراوح بين 0.6 و0.8 فولت لبدء تفاعل الأكسدة والاختزال.
لا تزال الأبحاث جارية لاستبدال المعادن النفيسة بالمواد النانوية في مجسات الأكسجين المذاب ، سواءً كمهابط أو مصاعد. مع ذلك، يبقى الذهب والبلاتين خيارين لا غنى عنهما كمهابط، بينما يُستخدم الفضة كمصعد. يسمح الغشاء الموجود في المستشعر بانتشار جزيئات الأكسجين بشكل انتقائي عند المهبط دون تلويث المحلول الإلكتروليتي. يُولّد الأكسجين الداخل إلى المستشعر تيارًا كهربائيًا يعكس كمية الأكسجين المذاب في الماء. فيما يلي التفاعلات التي تحدث عند المصعد والمهبط خلال هذه العملية:
عند المصعد، عندما تتأكسد الفضة، فإنها تطلق إلكترونًا. ويُعطى التفاعل بالصيغة التالية:
Ag→ Ag + (e−)
عند المهبط، يتم اختزال الأكسجين كيميائياً كهربائياً إلى ماء، والذي يُعطى بواسطة
O2 + 4 (H+) + 4(e−) → 2H2O
هل يُنتج هذا الجهاز جهده الكهربائي؟ وكيف؟ يتولد الجهد الكهربائي من خلال تفاعل تلقائي؛ فبسبب وجود معدنين مختلفين، مهبط نبيل ومصعد تفاعلي في محلول إلكتروليتي، يتولد فرق جهد طبيعي في مستشعرات الأكسجين المذاب الجلفانية. يبدأ تدفق الإلكترونات عندما يمر الأكسجين عبر غشاء المستشعر ويصل إلى المهبط، حيث يخضع للاختزال، بينما يتأكسد المصعد. يُصنع المصعد إما من الرصاص (Pb) أو الزنك (Zn)، وهما معدنان قابلان للأكسدة بسهولة، بينما يُصنع المهبط، الذي يتميز بموصلية جيدة، من الذهب (Au) أو الفضة (Ag). تُعد خاصية التشغيل الذاتي ميزة تسمح باستخدام هذه المستشعرات عن بُعد، كما أن تصميمها أبسط مقارنةً بالمستشعرات القطبية.
في مستشعر الأكسجين المذاب، يعمل المحلول الإلكتروليتي كوسيط بين المصعد والمهبط، مما يُسهّل تفاعلات الأكسدة والاختزال. ويضمن هذا المحلول استمرار التفاعل وثباته للحصول على تركيز دقيق للأكسجين المذاب. وبدون هذا المحلول، يتوقف تدفق الإلكترونات نتيجةً لانسداد عملية تبادل الأيونات.
عند استخدام مصطلح "إخماد"، فإنه يعني التبريد أو التخفيف أو التخفيض أو الإيقاف. في أجهزة استشعار الأكسجين المذاب الضوئية، يتم إخماد التألق عند وجود الأكسجين المذاب في العينة. يحتوي هذا المستشعر على صبغة فلورية وطبقة استشعار؛ حيث تُثار الصبغة بواسطة طول موجي محدد من مصدر ضوئي مدمج. بعد الإثارة، تُصدر الصبغة ضوءًا بأطوال موجية مختلفة، وفي وجود الأكسجين المذاب، تنخفض شدة هذا التألق.
عند تعريضها لمصدر ضوء خارجي (أزرق أو بنفسجي)، ينبعث الضوء من عنصر استشعار فلوري، وهو جوهر مستشعر الغازات المذابة البصري. يتكون هذا العنصر من صبغة مضيئة، تدخل عند إثارتها بضوء خارجي في حالة الإثارة، ثم تعود إلى حالتها الأرضية بإطلاق ضوء ذي طول موجي أطول (أحمر أو أخضر). يعمل الأكسجين، بخاصية إخماد الفلورة، على تقليل الطاقة قبل انبعاث الضوء عند تفاعله مع الصبغة المثارة. ومع ازدياد كمية الأكسجين، يزداد إخماد الفلورة، وتقل شدة الضوء المنبعث.
يُقاس التألق بواسطة نظام قياس بصري يتكون من مصدر ضوئي، وصبغة فلورية، وكاشف ضوئي. تُشير التغيرات في مستوى التألق إلى مستويات الأكسجين المذاب. يُصدر الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) ضوءًا بطول موجي محدد، غالبًا ما يكون أزرق أو بنفسجي، يُوجه نحو الصبغة الفلورية. تُثار الصبغة وتُصدر تألقًا، والذي يكشفه الكاشف الضوئي. يقيس الكاشف الضوئي الضوء المنبعث ويحلله بطريقتين: قياس شدة الضوء (الشدة العالية تعني كمية قليلة من الأكسجين المذاب) وعمر التألق (قياس الفترة الزمنية بين الإثارة والانبعاث؛ الفترة القصيرة تعني كمية أقل من الأكسجين). بفضل نظام القياس البصري، يتميز مستشعر الأكسجين المذاب بانخفاض تكاليف الصيانة، لعدم وجود إلكتروليت أو مواد كيميائية تُسبب التلف الفيزيائي؛ كما أنه يوفر قراءات دقيقة وموثوقة، والعملية فيزيائية بحتة، فلا يُستهلك الأكسجين. هذا يعني أنه مستقل عن التدفق ويمكن استخدامه في المياه الراكدة.
يراقب البشر صحتهم باستخدام سجلاتهم الصحية وفحوصاتهم الدورية، تمامًا كما تحتوي الأجهزة على بطاقات معايرة تضمن دقتها. المعايرة هي ضبط المستشعر وفقًا للقيمة المرجعية، وتضمن أن يوفر مستشعر الأكسجين المذاب قراءات واقعية. توجد طريقتان قياسيتان لمعايرة مستشعرات الأكسجين المذاب.
يجب أن تتم عملية المعايرة بواسطة خبراء يتبعون تعليمات الشركة المصنعة الواردة في الكتيبات لتجنب أي ضرر للمستشعر أو عدم دقة النتائج.
يجب تركيب أجهزة الاستشعار بعناية في الصناعات للحصول على نتائج دقيقة، وفي المختبرات، ينبغي غمرها بشكل كافٍ في العينة لأداء وظيفتها المطلوبة. تجنب تفاعل أجهزة الاستشعار مع فقاعات الهواء أو الشوائب. خذ العينة أو ضع جهاز الاستشعار في مكان يحاكي الظروف الفعلية. بالنسبة لأجهزة استشعار الأكسجين المذاب الكهروكيميائية، يُعدّ تدفق الماء المناسب ضروريًا لاستهلاك الأكسجين للحصول على قراءات دقيقة.
تتمثل الخطوة الأخيرة في قراءة وتحليل وتفسير بيانات جودة المياه التي يوفرها مستشعر الأكسجين المذاب. تُقاس القيمة بالمليغرام لكل لتر (ملغم/لتر)، ما يُشير إلى كمية الأكسجين المذاب في لتر واحد، أو بأجزاء في المليون (جزء في المليون)، ما يُشير إلى مستوى الأكسجين مقارنةً بقيمته القياسية عند درجة حرارة وضغط محددين. تتأثر قراءة الأكسجين المذاب بشكل كبير بدرجة الحرارة والملوحة؛ فكلما ارتفعت درجة الحرارة، قلّ الأكسجين المذاب، وكلما زادت الملوحة، انخفضت ذوبانية الأكسجين. ولتجنب هذه المشكلة، يجب استخدام مستشعرات حديثة مزودة بمستشعرات حرارة مدمجة.
لا يُعطي مستشعر الأكسجين المذاب نتائج دقيقة؛ تواصل مع المورّد لمعايرته أو استبداله. انتظر، قبل اتخاذ أي إجراء، عليك التحقق من العوامل التالية أولاً:
يستخدم جهاز Rika RK500-04 مبدأ التألق لقياس مستويات الأكسجين في الماء. يتيح نوع المستشعر فيه دقة عالية، وصيانة منخفضة، وأداءً مستقرًا على مدى فترة طويلة. يمكن للمستشعر المدمج الوصول إلى 90% من قراءته النهائية في أقل من 100 ثانية (T90<100s).
يُعدّ جهاز Rika RK500-04 أداة عملية متعددة الاستخدامات، تشمل تطبيقاتها تربية الأحياء المائية، والمعالجة الكيميائية، والرصد البيئي، والتحلل البيولوجي. بفضل تعويض درجة الحرارة ومقاومته العالية للضغط (0.3 ميجا باسكال)، يُناسب هذا الجهاز بيئات العمل ذات درجات الحرارة المتغيرة والضغط العالي. كما أن تصنيف IP68 يجعله متينًا ومقاومًا للماء، ما يجعله مثاليًا لبيئات العمل الصعبة. فيما يلي بعض الميزات الرئيسية لهذا المستشعر التي تجعله خيارًا مثاليًا:
مواصفة | قيمة |
نطاق قياس الأكسجين المذاب | 0-20 ملغم/لتر (جزء في المليون) |
نطاق درجة الحرارة | 0-60 درجة مئوية |
دقة | ±0.5% من النطاق الكامل |
دقة | 0.01 ملغم/لتر |
جهد التغذية | 12-24V DC |
الناتج | RS485 |
مبدأ القياس | التألق |
تعويض درجة الحرارة | 0-60 درجة مئوية |
صيانة | استبدل غطاء المصباح الفلوري سنوياً |
وقت الاستقرار | T90 < 100 ثانية |
المقاومة | 0.3 ميجا باسكال |
استهلاك الطاقة | <0.4 واط |
درجة حرارة التشغيل | من 0 إلى +80 درجة مئوية |
مادة المسبار | الفولاذ المقاوم للصدأ 316L (عام)، سبيكة ABS/التيتانيوم (لمياه البحر) |
أبعاد | Φ16 × 125 مم |
الوزن (المسبار) | 0.7 كجم |
الحماية من دخول الأجسام الغريبة | IP68 |
شروط التخزين | 10-60 درجة مئوية، 20%-90% رطوبة نسبية |
طول الكابل | 5 أمتار افتراضي (قابل للتخصيص) |
هل تتحقق من جودة المياه؟ يُعدّ الأكسجين المذاب أحد أهمّ معاييرها. يُقاس الأكسجين المذاب باستخدام أجهزة استشعار، إما كهروكيميائية (استقطابية أو غلفانية) أو بصرية. تُستخدم هذه الأجهزة على نطاق واسع في محطات معالجة مياه الصرف الصحي، وصناعات الاستزراع المائي، والرصد البيئي، والمختبرات.
على عكس أي مستشعر آخر، تتطلب مستشعرات الأكسجين المذاب معايرة وصيانة دورية (وفقًا لتعليمات الشركة المصنعة) لضمان استمرار عملها بكفاءة لفترة طويلة. يُعد فهم آلية عمل المستشعر والعوامل المؤثرة على هذه القيم، مثل درجة الحرارة ومعدل التدفق والملوحة والتلوث، أمرًا بالغ الأهمية لاستخلاص معلومات قيّمة من البيانات المُجمعة.
وختاماً، تعتمد موثوقية المستشعر على المستخدم. فمع المعرفة والوعي، يمكن لمستشعر الأكسجين المذاب أن يساعد الصناعات والهيئات البيئية على اتخاذ قرارات تضمن بيئات وعمليات مستدامة.
نعم، يُعدّ مستشعر الأكسجين المذاب مناسبًا لكلا البيئتين. مع ذلك، يجب مراعاة عامل الملوحة، خاصةً في بيئات المياه المالحة، لأنه يؤثر على ذوبان الأكسجين، مما يؤدي إلى نتائج غير دقيقة.
تتمتع مستشعرات الأكسجين المذاب البصرية بعمر افتراضي أطول يتراوح بين سنتين وخمس سنوات مقارنةً بمستشعرات الأكسجين المذاب الكهروكيميائية التي يتراوح عمرها بين سنة وسنتين. ويعتمد العمر الافتراضي بشكل كبير على الاستخدام والبيئة التي تعمل فيها والصيانة. في الظروف القاسية، يمكن للصيانة الدورية والمعايرة المنتظمة أن تزيد من عمر الجهاز.
تُعدّ الأغشية أحد مكونات مستشعرات الأكسجين المذاب الكهروكيميائية التي تحتاج إلى استبدال متكرر. وبحسب الظروف، يلزم استبدالها بعد 3 إلى 6 أشهر، عند ملاحظة بطء في الاستجابة، أو انحراف في القراءة، أو تراكم الأوساخ عليها.
نصيحة: عند إجراء المعايرة، يوصى بفحص سلامة الغشاء؛ إذا تبين أنه متدهور، فقم بإجراء كلا المهمتين في خطوة واحدة.
تُستخدم هذه المجسات على نطاق واسع في محطات معالجة مياه الصرف الصحي في عملية التهوية. ولدعم نمو البكتيريا الهوائية، يجب أن يكون مستوى الأكسجين المذاب ضمن الحدود المسموح بها؛ لذا، تُوضع مجسات الأكسجين المذاب في خزانات المعالجة الهوائية لمراقبة مستواه. ويمكن استخدام كلا النوعين من مجسات الأكسجين المذاب في تطبيقات معالجة مياه الصرف الصحي.
LEAVE A MESSAGE