تُعدّ مستشعرات الأكسجين المذاب الضوئية، والمعروفة أيضاً بالمستشعرات القائمة على التألق، تقنية حديثة تختلف عن طرق الأقطاب الغشائية التقليدية (خلايا كلارك). وتتمثل ميزتها الأساسية في استخدام إخماد التألق لقياس تركيز الأكسجين المذاب في الماء.
مبدأ العمل:
يُغطى طرف المستشعر بغشاء مشبع بصبغة فلورية. عند إثارة هذه الصبغة بضوء أزرق ذي طول موجي محدد، فإنها تُصدر ضوءًا أحمر. في حال وجود جزيئات أكسجين في الماء، فإنها تصطدم بجزيئات الصبغة المُثارة، مما يُؤدي إلى انخفاض شدة الفلورة وقصر عمرها. من خلال قياس هذا التغير في عمر الفلورة أو شدتها، يُمكن حساب تركيز الأكسجين المذاب بدقة.
الخصائص الرئيسية:
- لا استهلاك للأكسجين، لا إلكتروليت:
- هذا هو الاختلاف الجوهري عن طريقة القطب الغشائي. لا تستهلك المستشعرات الضوئية الأكسجين من العينة، مما يوفر نتائج أكثر دقة، خاصة في المسطحات المائية ذات التدفق المنخفض أو الراكدة.
- لا حاجة لاستبدال الإلكتروليتات أو الأغشية، مما يقلل الصيانة بشكل كبير.
- صيانة منخفضة، استقرار عالٍ:
- لا توجد مشاكل تتعلق بانسداد الغشاء، أو تسمم الأقطاب الكهربائية، أو تلوث الإلكتروليت.
- فترات معايرة طويلة، غالباً ما تتطلب المعايرة كل بضعة أشهر أو حتى لفترة أطول.
- استجابة سريعة ودقة عالية:
- استجابة سريعة للغاية للتغيرات في الأكسجين المذاب، مما يتيح التقاط التغيرات الديناميكية في جودة المياه في الوقت الفعلي.
- لا تتأثر القياسات بسرعة التدفق أو المواد المتداخلة مثل الكبريتيدات، مما يوفر دقة واستقرارًا فائقين مقارنة بالطرق التقليدية.
- انحراف طفيف على المدى الطويل:
- تتميز خصائص الصبغة الفلورية بثباتها العالي، مما يؤدي إلى الحد الأدنى من انحراف الإشارة ويضمن موثوقية القياس على المدى الطويل.
- سهولة الاستخدام:
- عادةً ما تكون جاهزة للاستخدام الفوري، ولا تتطلب وقت استقطاب طويل بعد بدء التشغيل؛ جاهزة للقياس الفوري.
العيوب:
- تكلفة أولية أعلى: عادة ما تكون أغلى من أجهزة استشعار الأقطاب الكهربائية الغشائية التقليدية.
- الغشاء الفلوري له عمر افتراضي محدود: على الرغم من أنه يدوم لفترة طويلة (عادةً من 1 إلى 3 سنوات)، إلا أن الغشاء سيتحلل ضوئيًا في النهاية أو يصبح متسخًا ويتطلب استبداله.
- التلوث المحتمل بالزيوت والطحالب: يمكن أن يؤدي تراكم طبقة سميكة من الزيت أو التلوث البيولوجي على سطح المستشعر إلى إعاقة عملية إثارة الضوء واستقباله، مما يستلزم التنظيف.
2. سيناريوهات التطبيق
نظراً لخصائصها الممتازة، تُستخدم أجهزة استشعار الأكسجين المذاب البصرية على نطاق واسع في مختلف المجالات التي تتطلب مراقبة مستمرة ودقيقة للأكسجين المذاب:
- محطات معالجة مياه الصرف الصحي:
- تطبيق بالغ الأهمية. يُستخدم لمراقبة الأكسجين المذاب في خزانات التهوية والمناطق الهوائية/اللاهوائية لتحسين التهوية، مما يتيح تحكمًا دقيقًا لتوفير الطاقة وتحسين كفاءة المعالجة.
- مراقبة المسطحات المائية الطبيعية (الأنهار والبحيرات والخزانات):
- تُستخدم في محطات الرصد البيئي لتقييم قدرة المسطح المائي على التنقية الذاتية، وحالة التخثث، ونقص الأكسجين المحتمل، مما يوفر بيانات للحماية البيئية.
- تربية الأحياء المائية:
- يُعدّ الأكسجين المذاب شريان الحياة في تربية الأحياء المائية. تُمكّن المستشعرات البصرية من المراقبة على مدار الساعة في البرك والأحواض. كما تُطلق هذه المستشعرات الإنذارات وتُفعّل أجهزة التهوية تلقائيًا عند انخفاض مستويات الأكسجين المذاب، مما يمنع نفوق الأسماك ويحمي الإنتاج.
- البحث العلمي:
- تُستخدم في المسوحات الأوقيانوغرافية، والدراسات الليمولوجية، وتجارب علم السموم البيئية حيث تكون بيانات الأكسجين المذاب عالية الدقة ومنخفضة التداخل ضرورية.
- مياه العمليات الصناعية:
- في أنظمة مثل محطات الطاقة ومياه التبريد في المصانع الكيميائية، تتم مراقبة الأكسجين المذاب للتحكم في التآكل والتلوث البيولوجي.
3. دراسة حالة تطبيقية في الفلبين
باعتبارها دولة أرخبيلية، يعتمد اقتصاد الفلبين بشكل كبير على تربية الأحياء المائية والسياحة، في حين تواجه أيضاً تحديات تلوث المياه الناجمة عن التوسع الحضري. لذا، يُعد رصد جودة المياه، وخاصة الأكسجين المذاب، أمراً بالغ الأهمية.
دراسة حالة: نظام ذكي لمراقبة الأكسجين المذاب والتهوية في مناطق تربية الأحياء المائية في لاجونا دي باي
خلفية:
بحيرة لاغونا دي باي هي أكبر بحيرة في الفلبين، وتُعدّ المناطق المحيطة بها ذات أهمية بالغة للاستزراع المائي، وخاصةً لأسماك البلطي والبانغوس. إلا أن البحيرة تواجه خطر التخثث. فخلال أشهر الصيف الحارة، قد يؤدي تدرج طبقات المياه إلى نقص الأكسجين في الطبقات العميقة، مما يتسبب في نفوق جماعي للأسماك، وينتج عنه خسائر اقتصادية فادحة للمزارعين.
حلول التطبيقات:
قام مكتب مصايد الأسماك والموارد المائية (BFAR)، بالتعاون مع الحكومات المحلية، بالترويج لاستخدام نظام ذكي لمراقبة جودة المياه والتحكم فيها يعتمد على أجهزة استشعار الأكسجين المذاب البصرية في المزارع التجارية واسعة النطاق والمناطق الرئيسية في البحيرة.
مكونات النظام وسير العمل:
- نقاط الرصد: تم نشر عوامات متعددة المعايير لقياس جودة المياه، مزودة بمجسات بصرية للأكسجين المذاب، في نقاط مختلفة في أحواض تربية الأسماك (خاصة في المناطق العميقة) وفي مواقع رئيسية في البحيرة. وقد تم اختيار هذه المجسات للأسباب التالية:
- صيانة منخفضة: إن تشغيلها الطويل بدون صيانة مثالي للمناطق ذات الكادر الفني المحدود.
- مقاومة للتداخل: أقل عرضة للفشل بسبب التلوث في المياه الغنية بالمواد العضوية والعكرة في مزارع الأحياء المائية.
- البيانات في الوقت الفعلي: قادرة على توفير البيانات كل دقيقة، مما يسمح بالكشف السريع عن الانخفاضات المفاجئة في الأكسجين المذاب.
- نقل البيانات: يتم نقل بيانات المستشعر في الوقت الفعلي عبر الشبكات اللاسلكية (مثل GPRS/4G أو LoRa) إلى منصة سحابية وتطبيقات الهاتف المحمول للمزارعين.
- التحكم الذكي والإنذار المبكر:
- جانب المنصة: تم ضبط منصة السحابة بعتبات إنذار الأكسجين المذاب (على سبيل المثال، أقل من 3 ملغم/لتر).
- جانب المستخدم: يتلقى المزارعون تنبيهات صوتية/مرئية، أو رسائل نصية قصيرة، أو إشعارات من التطبيق.
- التحكم التلقائي: يمكن للنظام تشغيل أجهزة التهوية تلقائيًا حتى يتم استعادة مستويات الأكسجين المذاب إلى نطاق آمن.
النتائج:
- انخفاض معدل نفوق الأسماك: نجحت الإنذارات المبكرة والتهوية التلقائية في منع حالات نفوق الأسماك المتعددة الناجمة عن انخفاض مستويات الأكسجين المذاب بشكل حرج خلال الليل أو في الصباح الباكر.
- تحسين كفاءة الزراعة: يمكن للمزارعين إدارة التغذية والتهوية بشكل أكثر علمية، مما يقلل من تكاليف الكهرباء (عن طريق تجنب التشغيل المستمر لأجهزة التهوية على مدار الساعة) ويحسن نسب تحويل العلف ومعدلات نمو الأسماك.
- بيانات الإدارة البيئية: توفر محطات الرصد في البحيرة لمكتب مصايد الأسماك والموارد المائية بيانات الأكسجين المذاب المكانية والزمانية طويلة الأجل، مما يساعد على تحليل اتجاهات التخثث وصياغة سياسات إدارة البحيرة الأكثر علمية.
ملخص:
في الدول النامية كالفلبين، حيث يواجه الاستزراع المائي مخاطر جسيمة وتواجه البنية التحتية تحديات، أثبتت أجهزة استشعار الأكسجين المذاب البصرية أنها أداة تكنولوجية مثالية للاستزراع المائي الدقيق والإدارة البيئية الذكية، وذلك بفضل متانتها وقلة صيانتها وموثوقيتها العالية. فهي لا تساعد المزارعين على الحد من المخاطر وزيادة دخلهم فحسب، بل توفر أيضاً بيانات قيّمة لحماية النظم البيئية المائية الثمينة في الفلبين.
كما يمكننا تقديم مجموعة متنوعة من الحلول لـ
1. جهاز قياس محمول باليد لقياس جودة المياه متعددة المعايير
2. نظام العوامات العائمة لقياس جودة المياه متعددة المعايير
3. فرشاة تنظيف تلقائية لمستشعر الماء متعدد المعايير
4. مجموعة كاملة من الخوادم ووحدة البرامج اللاسلكية، تدعم RS485 وGPRS و4G وWIFI وLORA وLORAWAN
لمزيد من المعلومات حول أجهزة الاستشعار معلومة،
يرجى الاتصال بشركة Honde Technology Co., LTD.
Email: info@hondetech.com
موقع الشركة الإلكتروني:www.hondetechco.com
الهاتف: +86-15210548582
تاريخ النشر: 30 أكتوبر 2025