تطبيقات أجهزة استشعار الغاز في مراقبة جودة المياه وصيانتها

يُعد التوسع الصناعي والسكاني في العقود القليلة الماضية عاملاً رئيسياً في تدهور جودة المياه. بعض الغازات المنبعثة من محطات معالجة المياه سامة وقابلة للاشتعال، مثل كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون والميثان وأول أكسيد الكربون، والتي يجب تحديدها. لذا، يجب تطوير أنظمة مراقبة جودة المياه لتلبية المتطلبات القانونية والبيئية والاجتماعية. وتُعد مراقبة جودة المياه عملية صعبة نظراً لتغير طبيعة الملوثات وانخفاض تركيزاتها. يلعب الغاز المنبعث من عمليات المعالجة هذه دوراً أساسياً في معالجة المياه ومراقبتها والتحكم بها. ويمكن استخدام أجهزة استشعار الغاز كأداة أمان في عملية تنقية المياه. تستقبل هذه الأجهزة إشارات الإدخال من المحفزات الكيميائية والفيزيائية والبيولوجية، وتحولها إلى إشارات كهربائية. ويمكن تركيبها في مختلف عمليات معالجة مياه الصرف الصحي. في هذه المراجعة، نستعرض أحدث التطورات والتقدمات البارزة والإنجازات التقنية التي أدت إلى تطوير أجهزة استشعار الغاز لتقييم جودة المياه. نناقش دور هذه الأجهزة في صيانة ومراقبة جودة المياه، ونلخص مختلف المواد التحليلية وتقنيات الكشف عنها ومواد الاستشعار، مع توضيح مزاياها وعيوبها. وأخيرًا، نقدم ملخصًا وتوقعات للاتجاهات المستقبلية لأجهزة استشعار الغاز في مراقبة جودة المياه وصيانتها.

الكلمات المفتاحية: مستشعر الغاز / جودة المياه / معالجة المياه / مياه الصرف الصحي / الطلب الكيميائي على الأكسجين / الطلب البيولوجي على الأكسجين

مقدمة
يُعدّ التلوث العالمي المتزايد لمصادر المياه بآلاف المركبات الطبيعية والصناعية من أبرز المشكلات البيئية التي تواجه البشرية. وقد برزت هذه المشكلة بشكلٍ أكبر في العقود الأخيرة نتيجةً للعولمة والتصنيع والزيادة السكانية المفاجئة. ويفتقر حوالي 3.4 مليار شخص إلى مياه الشرب النظيفة، وهو ما يرتبط بأكثر من 35% من الوفيات في الدول النامية [1]. ويُستخدم مصطلح مياه الصرف الصحي للإشارة إلى المياه التي تحتوي على مخلفات بشرية ومنزلية وحيوانية، بالإضافة إلى الدهون والصابون والمواد الكيميائية. أما مصطلح "المستشعر" فهو مشتق من كلمة "sentio" اللاتينية التي تعني الإدراك أو الملاحظة. والمستشعر هو جهاز يُستخدم للكشف عن المادة المراد تحليلها، ويستجيب لوجود أي ملوث أو مادة في البيئة. على مر السنين، طوّر الإنسان أساليب الكشف عن جودة المياه لتحديد البكتيريا والمواد الكيميائية العضوية وغير العضوية، بالإضافة إلى معايير أخرى (مثل درجة الحموضة، والصلابة (الكالسيوم والمغنيسيوم المذابين)، والعكارة). تُستخدم أجهزة الاستشعار للحفاظ على جودة المياه ومراقبتها وحماية مستخدميها. يمكن وضع هذه الأجهزة في أماكن مناسبة، مركزياً داخل محطة معالجة المياه أو حتى عند نقطة استخدامها. يمكن مراقبة جودة المياه عبر الإنترنت أو دون اتصال بالإنترنت باستخدام هذه الأجهزة. في الوقت الحاضر، يُفضّل المراقبة عبر الإنترنت نظرًا لسرعة استجابة هذه الأنظمة. هناك نقص في أجهزة الاستشعار المناسبة التي يمكن استخدامها للمراقبة الآنية الدقيقة لأغراض الصيانة ومراقبة جودة المياه. من أكثر تقنيات معالجة المياه استخدامًا مفاعلات الدفعات المتسلسلة. وهي نظام حمأة منشطة يُستخدم لإثراء الحمأة بالكائنات الحية التي تُراكم الفوسفات. تعمل معظم هذه المفاعلات على مراحل غير متصلة بالإنترنت، مما يعني أن أخذ عينات البيانات يكون بتردد منخفض. إن تأخر النتائج يشكل عائقاً أمام الإدارة السليمة للأنظمة ويجعلها