مستشعرات الأكسجين الذائب الضوئية (ODO)، والمعروفة أيضًا باسم المستشعرات القائمة على الفلورسنت، هي تقنية حديثة تتناقض مع طرق أقطاب الأغشية التقليدية (خلايا كلارك). ميزتها الأساسية هي استخدام إخماد الفلورسنت لقياس تركيز الأكسجين الذائب في الماء.
مبدأ العمل:
يُغطى طرف المستشعر بغشاء مُشبّع بصبغة فلورية. عند إثارة هذه الصبغة بطول موجي محدد من الضوء الأزرق، تُصدر ضوءًا أحمر. في حال وجود جزيئات أكسجين في الماء، فإنها تصطدم بجزيئات الصبغة المُثارة، مما يُؤدي إلى انخفاض شدة الفلورسنت وقصر عمرها. بقياس هذا التغير في عمر الفلورسنت أو شدته، يُمكن حساب تركيز الأكسجين المذاب بدقة.
الخصائص الرئيسية:
- لا استهلاك للأكسجين، لا إلكتروليت:
- هذا هو الاختلاف الجوهري عن طريقة قطب الغشاء. لا تستهلك المستشعرات الضوئية الأكسجين من العينة، مما يوفر نتائج أكثر دقة، خاصةً في المسطحات المائية منخفضة التدفق أو الساكنة.
- لا توجد حاجة لاستبدال الإلكتروليتات أو الأغشية، مما يقلل بشكل كبير من الصيانة.
- صيانة منخفضة، استقرار عالي:
- لا توجد مشاكل تتعلق بانسداد الغشاء، أو تسمم الأقطاب الكهربائية، أو تلوث الإلكتروليت.
- فترات معايرة طويلة، وغالبًا ما تتطلب المعايرة كل بضعة أشهر فقط أو حتى لفترة أطول.
- الاستجابة السريعة والدقة العالية:
- استجابة سريعة جدًا 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.
- الحد الأدنى من الانحراف طويل الأمد:
- تتمتع خصائص الصبغة الفلورية بثبات كبير، مما يؤدي إلى الحد الأدنى من انحراف الإشارة وضمان موثوقية القياس على المدى الطويل.
- سهولة الاستخدام:
- عادةً ما يكون التوصيل والتشغيل سهلاً، ولا يتطلب وقت استقطاب طويل بعد بدء التشغيل؛ وجاهز للقياس الفوري.
العيوب:
- التكلفة الأولية الأعلى: عادة ما تكون أكثر تكلفة من أجهزة استشعار الأقطاب الغشائية التقليدية.
- الغشاء الفلوري له عمر افتراضي محدود: على الرغم من أنه يدوم طويلاً (عادةً من سنة إلى ثلاث سنوات)، إلا أن الغشاء سوف يتحلل ضوئيًا في النهاية أو يتسخ ويتطلب الاستبدال.
- التلوث المحتمل بالزيوت والطحالب: يمكن أن يتداخل الطلاء الثقيل من الزيت أو التلوث الحيوي على سطح المستشعر مع إثارة الضوء واستقباله، مما يتطلب التنظيف.
2. سيناريوهات التطبيق
بفضل خصائصها الممتازة، تُستخدم أجهزة استشعار الأكسجين المذاب الضوئية على نطاق واسع في مختلف المجالات التي تتطلب مراقبة الأكسجين المذاب بشكل مستمر ودقيق:
- 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 مراقبة البيئة لتقييم قدرة المسطح المائي على تنقية نفسه، وحالة التغذية الزائدة، ونقص الأكسجين المحتمل، وتوفير البيانات اللازمة للحماية البيئية.
- تربية الأحياء المائية:
- يُعدّ الماء المذاب شريان الحياة لتربية الأحياء المائية. تُتيح المستشعرات البصرية مراقبةً مستمرةً للبرك والخزانات على مدار الساعة. كما يُمكنها إطلاق الإنذارات وتفعيل أجهزة التهوية تلقائيًا عند انخفاض مستويات الماء بشكل كبير، مما يمنع نفوق الأسماك ويحافظ على الإنتاج.
- البحث العلمي:
- يتم استخدامها في المسوحات المحيطية ودراسات المياه العذبة وتجارب السموم البيئية حيث تكون بيانات الأكسجين المذاب عالية الدقة ومنخفضة التداخل ضرورية.
- مياه العمليات الصناعية:
- في أنظمة مثل محطات الطاقة ومصانع المواد الكيميائية، يتم مراقبة الأكسجين المذاب للتحكم في التآكل والأوساخ الحيوية.
3. دراسة حالة تطبيقية في الفلبين
باعتبارها دولة أرخبيلية، يعتمد اقتصاد الفلبين بشكل كبير على تربية الأحياء المائية والسياحة، بينما يواجه في الوقت نفسه تحديات تلوث المياه نتيجةً للتوسع الحضري. لذلك، تُعد مراقبة جودة المياه، وخاصةً الأكسجين المذاب، أمرًا بالغ الأهمية.
دراسة حالة: نظام ذكي لمراقبة وتهوية المحلول المذاب في مناطق الاستزراع المائي في لاجونا دي باي
خلفية:
لاجونا دي باي هي أكبر بحيرة في الفلبين، وتُعدّ المناطق المحيطة بها حيويةً لتربية الأحياء المائية، لا سيما أسماك البلطي وسمك اللبن (البانجوس). ومع ذلك، تواجه البحيرة تهديداتٍ ناجمة عن زيادة نسبة المغذيات. فخلال أشهر الصيف الحارة، قد يؤدي تدرج طبقات المياه إلى نقص الأكسجين في الطبقات العميقة، مما يؤدي غالبًا إلى نفوق أعداد هائلة من الأسماك، مما يُلحق خسائر اقتصادية فادحة بالمزارعين.
حل التطبيق:
عمل مكتب الثروة السمكية والموارد المائية، بالتعاون مع الحكومات المحلية، على تعزيز استخدام نظام ذكي لمراقبة جودة المياه والتحكم فيها يعتمد على أجهزة استشعار الأكسجين المذاب الضوئية في المزارع التجارية واسعة النطاق والمناطق الرئيسية في البحيرة.
مكونات النظام وسير العمل:
- عُقد الرصد: نُشِرت عوامات متعددة المعايير لقياس جودة المياه، مُجهزة بأجهزة استشعار ضوئية للأكسجين المذاب، في نقاط مُختلفة من أحواض الأسماك (خاصةً في المناطق العميقة) وفي مواقع رئيسية بالبحيرة. وقد اختيرت هذه الأجهزة للأسباب التالية:
- صيانة منخفضة: إن تشغيلها لفترة طويلة دون صيانة يعد مثاليًا للمناطق التي بها عدد محدود من الموظفين الفنيين.
- مقاومة التداخل: أقل عرضة للفشل بسبب التلوث في مياه الاستزراع المائي الغنية بالمواد العضوية والعكرة.
- البيانات في الوقت الحقيقي: قادرة على توفير البيانات كل دقيقة، مما يسمح بالكشف السريع عن الانخفاضات المفاجئة في الأكسجين.
- نقل البيانات: يتم نقل بيانات المستشعر في الوقت الفعلي عبر الشبكات اللاسلكية (على سبيل المثال، GPRS/4G أو LoRa) إلى منصة سحابية وتطبيقات الهاتف المحمول للمزارعين.
- التحكم الذكي والإنذار المبكر:
- جانب المنصة: تم ضبط منصة السحابة باستخدام عتبات إنذار الأكسجين المذاب (على سبيل المثال، أقل من 3 ملغ/لتر).
- جانب المستخدم: يتلقى المزارعون تنبيهات صوتية/بصرية، أو رسائل نصية قصيرة، أو إشعارات عبر التطبيق.
- التحكم التلقائي: يمكن للنظام تنشيط أجهزة التهوية تلقائيًا حتى يتم استعادة مستويات الأكسجين المذاب إلى نطاق آمن.
النتائج:
- انخفاض معدل نفوق الأسماك: نجحت التحذيرات المبكرة والتهوية التلقائية في منع العديد من حوادث نفوق الأسماك الناجمة عن انخفاض مستويات الأكسجين المذاب بشكل حرج أثناء الليل أو في الصباح الباكر.
- تحسين كفاءة الزراعة: يمكن للمزارعين إدارة التغذية والتهوية بطريقة علمية أكثر، مما يقلل من تكاليف الكهرباء (عن طريق تجنب تشغيل أجهزة التهوية على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع) وتحسين نسب تحويل الأعلاف ومعدلات نمو الأسماك.
- البيانات الخاصة بإدارة البيئة: توفر محطات الرصد في البحيرة لمكتب مصايد الأسماك والموارد المائية بيانات طويلة المدى عن الأكسجين المذاب في المياه، مما يساعد على تحليل اتجاهات التغذية الزائدة وصياغة سياسات أكثر علمية لإدارة البحيرة.
ملخص:
في الدول النامية كالفلبين، حيث تواجه تربية الأحياء المائية مخاطر عالية وتحديات في بنيتها التحتية، أثبتت أجهزة استشعار الأكسجين المذاب الضوئية أنها أداة تكنولوجية مثالية لتربية الأحياء المائية الدقيقة والإدارة البيئية الذكية، بفضل متانتها وقلة صيانتها وموثوقيتها العالية. فهي لا تساعد المزارعين على تخفيف المخاطر وزيادة دخلهم فحسب، بل توفر أيضًا دعمًا قويًا للبيانات لحماية النظم البيئية المائية الثمينة في الفلبين.
يمكننا أيضًا تقديم مجموعة متنوعة من الحلول لـ
1. عداد محمول لجودة المياه متعدد المعايير
2. نظام العوامات العائمة لجودة المياه متعددة المعايير
3. فرشاة التنظيف التلقائية لمستشعر المياه متعدد المعلمات
4. مجموعة كاملة من الخوادم ووحدة البرامج اللاسلكية، تدعم RS485 GPRS /4g/WIFI/LORA/LORAWAN
لمزيد من المعلومات حول أجهزة الاستشعار معلومة،
يرجى الاتصال بشركة Honde Technology Co., LTD.
Email: info@hondetech.com
موقع الشركة:www.hondetechco.com
هاتف: +86-15210548582
وقت النشر: 30 أكتوبر 2025