في نظام الاستزراع المائي المُعاد تدويره، يحظى الأكسجين باهتمام بالغ. فكل منشأة من منشآت هذا النظام في العالم المتقدم مزودة بأجهزة استشعار احتياطية للأكسجين المذاب، وأنظمة أكسجة آلية، وأنظمة إنذار تُرسل تنبيهات للمشغلين في الساعة الثالثة صباحًا عند انخفاض مستوى الأكسجين المذاب. أما ثاني أكسيد الكربون فلا يحظى بأي من هذه الاهتمامات.
لا ترحم الطبيعة. ينتج سمك السلمون الصغير الذي يستهلك كيلوغرامًا واحدًا من العلف ما يقارب 1.2 كيلوغرام من ثاني أكسيد الكربون من خلال عملية التنفس - أي كتلة من ثاني أكسيد الكربون تفوق كتلة العلف التي تحولت إلى نمو. في نظام التدفق المستمر، يُغسل ثاني أكسيد الكربون مع الماء. أما في نظام إعادة التدوير، حيث تُعالج 95-99% من المياه وتُعاد، يتراكم ثاني أكسيد الكربون. وبدون إزالة فعّالة، ترتفع تركيزاته في الأحواض إلى 30-50 ملغم/لتر في غضون أيام من بلوغ كثافة التخزين القصوى.
لا يقع حد الضرر عند المستوى الذي يتوقعه معظم المشغلين. تستطيع الأسماك البقاء على قيد الحياة في مستويات أكسجين تصل إلى 60% من التشبع، لكنها لا تستطيع تحمل مستويات ثاني أكسيد الكربون المزمنة التي تتجاوز 15-20 ملغم/لتر، وهو المستوى الذي يبدأ عنده الحماض التنفسي. ينخفض الرقم الهيدروجيني لدم السمكة، وتتراجع كفاءة تحويل العلف، ويتوقف معدل نموها، ولا يظهر تلف الخياشيم إلا عند التشريح. في منشأة لتربية سمك السلمون على اليابسة، حيث يحتوي حوض واحد على كتلة حيوية من الأسماك بقيمة 400 ألف دولار، يُعد توقف النمو لمدة شهرين نتيجة تراكم ثاني أكسيد الكربون غير المُكتشف خسارة فادحة لا تُسجل في أي سجل إنذارات.
مشكلة القياس: لماذا يصعب استخدام أجهزة استشعار ثاني أكسيد الكربون
تعتمد قياسات ثاني أكسيد الكربون المذاب على مبدأ قطب سيفرينغهاوس. ينتشر ثاني أكسيد الكربون عبر غشاء نفاذ للغازات إلى طبقة رقيقة من الإلكتروليت الداخلي، مما يُغير درجة حموضته. يتناسب تغير درجة الحموضة، المُقاس باستخدام قطب مرجعي، مع الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون. وتكون القياسات موثوقة عند صيانة المستشعر.
تكمن المشكلة العملية في أنظمة إعادة تدوير المياه في الانحراف. إذ تتلوث الأغشية بالطبقة الحيوية، وينضب المحلول الإلكتروليتي الداخلي، وتُسد وصلة المرجع بالمواد الصلبة العالقة. وقد ينحرف مستشعر ثاني أكسيد الكربون، إذا تُرك دون صيانة لمدة شهر، بنسبة 30-50% عن نقطة معايرته، فيقرأ 8 ملغم/لتر بينما يكون تركيزه الفعلي في الخزان 25 ملغم/لتر. هذا هو الفرق بين "الوضع الآمن" و"الحموضة المزمنة" المُسجلة كقيمة طبيعية على شاشة نظام التحكم الإشرافي وجمع البيانات (SCADA).
تم تحديد مستشعر ثاني أكسيد الكربون المذاب من هوندي لعمليات نشر أنظمة إعادة تدوير المياه لأن خرطوشة الغشاء الخاصة به قابلة للاستبدال من قبل المستخدم في الميدان، ويتصل خرج RS485 Modbus-RTU الخاص به مباشرة بوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) الخاصة بالمنشأة، ويحافظ تعويض درجة الحرارة التلقائي على الدقة عبر نطاق 8 درجة مئوية إلى 20 درجة مئوية للتشغيل النموذجي لأنظمة إعادة تدوير المياه.
حلقة التحكم المفقودة
يتم تشغيل منشأة حديثة لتربية سمك السلمون على اليابسة وفقًا لهيكل التحكم التالي:
يتم التحكم في الأكسجين تلقائيًا - حيث تُشغّل مستشعرات الأكسجين المذاب أنظمة الأكسجة في حلقة مغلقة. ويتم التحكم في درجة الحرارة تلقائيًا - حيث تستجيب السخانات والمبردات لمستشعرات الخزانات. ويتم التحكم في الرقم الهيدروجيني تلقائيًا - حيث تستجيب جرعات بيكربونات الصوديوم لمجسات الرقم الهيدروجيني. أما ثاني أكسيد الكربون، فيتم قياسه - إن لزم الأمر - كعينة يدوية تُؤخذ مرة واحدة أسبوعيًا، ويتم تحليلها باستخدام جهاز قياس مكتبي في المختبر.
والنتيجة هي عملية يتم التحكم بها في أربعة أبعاد، بينما يُدار البعد الخامس بشكل غير مرئي. يعمل عمود إزالة الغازات - البرج المعبأ أو جهاز التجريد الفراغي الذي يزيل ثاني أكسيد الكربون - بمعدل ثابت، مصمم لتحمل ذروة الحمل، بغض النظر عن الطلب الفعلي. لا يملك المشغل أي بيانات للإجابة على السؤال الأساسي: هل يزيل جهاز إزالة الغازات كمية كافية من ثاني أكسيد الكربون اليوم؟
يؤدي تركيب مستشعر ثاني أكسيد الكربون من هوندي في خط عودة الماء إلى الخزان إلى إغلاق هذه الدائرة. يقيس المستشعر تركيز ثاني أكسيد الكربون الفعلي في الماء الداخل إلى الخزان. يتحكم خرج RS485 في جهاز إزالة الغازات: فعندما يقترب تركيز ثاني أكسيد الكربون من 15 ملغم/لتر، يزداد تدفق هواء إزالة الغازات؛ وعندما ينخفض إلى أقل من 8 ملغم/لتر، يقل تدفق الهواء. يعمل جهاز إزالة الغازات بالكفاءة التي يحتاجها الماء فعليًا، ولا تتعرض الأسماك أبدًا لعتبة الحماض.
بنية الحلول لمنشأة تربية سمك السلمون البرية
يُثبَّت مستشعر ثاني أكسيد الكربون في خط إرجاع الخزان، أسفل نظام الأكسجة، وأعلى مدخل الخزان - وهي النقطة التي يُمثِّل فيها تركيب الغاز في الماء ما ستتعرض له الأسماك فعليًا. يعرض مسجل بيانات مزود بشاشة في غرفة التحكم بنظام إعادة تدوير المياه بيانات ثاني أكسيد الكربون والأكسجين المذاب ودرجة الحموضة ودرجة الحرارة في الوقت الفعلي لكل مجموعة خزانات. يراجع مدير الإنتاج اتجاه ثاني أكسيد الكربون خلال الجولات الصباحية جنبًا إلى جنب مع سجلات التغذية - حيث تتطابق مجموعتا البيانات الآن.
يستخدم فريق جودة المياه في المنشأة جهاز قياس المياه اليدوي المزود بمسبار لقياس ثاني أكسيد الكربون خلال عملية التحقق الأسبوعية، حيث تُؤخذ عينة من الخزان، وتُقاس باستخدام جهاز القياس المرجعي المحمول، ثم تُقارن بالقراءة المُثبتة بواسطة المستشعر. يؤدي تجاوز الانحراف ±2 ملغم/لتر إلى استبدال خرطوشة الغشاء، وهي عملية تستغرق 10 دقائق.
يتصل مخرج RS485 Modbus-RTU مباشرةً بوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) الخاصة بنظام الاستزراع المائي المُعاد تدويره (RAS). تستخدم جميع منشآت الاستزراع المائي المُعاد تدويره التجارية نظام تحكم من سيمنز أو ألين برادلي يدعم بروتوكول Modbus بشكلٍ أصلي. أما بالنسبة للمنشآت متعددة المباني - كالمفرخات ووحدات تربية الأسماك ووحدات إنتاج صغار الأسماك المنتشرة في جميع أنحاء الحرم الجامعي - فترسل المستشعرات البيانات عبر وحدات لاسلكية من نوع GPRS أو 4G أو WIFI أو LoRa أو LoRaWAN، مُجمّعة في حزم بتنسيق MQTT JSON، إلى منصة إدارة الإنتاج المركزية.
يقوم خادم السحابة والبرمجيات بتجميع بيانات ثاني أكسيد الكربون والأكسجين المذاب ودرجة الحموضة ودرجة الحرارة من جميع الخزانات، وعرض البيانات الآنية والسجلات التاريخية للمنشأة بأكملها. يعمل نظام الإنذار على مستويين: عند 15 ملغم/لتر، يزيد النظام من تدفق هواء جهاز إزالة الغازات؛ وعند 20 ملغم/لتر - عتبة الحماض - يُرسل النظام إنذارًا إلى مدير الإنتاج المناوب، ويسجل الحدث في سجلات رعاية الأسماك بالمنشأة. في دول الاتحاد الأوروبي والنرويج، حيث يُعد توثيق رعاية الأسماك متطلبًا تنظيميًا، يُمثل سجل ثاني أكسيد الكربون المُؤرَّخ دليلًا أساسيًا في عمليات التدقيق.
نتائج ميدانية: منشأة تربية صغار سمك السلمون البري، غرب النرويج، 2026
قامت منشأة تجارية لتربية صغار سمك السلمون الأطلسي في غرب النرويج - تنتج 2.5 مليون سمكة سلمون سنوياً في نظام إعادة تدوير كامل - بتركيب أجهزة استشعار ثاني أكسيد الكربون من نوع Honde عبر 24 خزاناً للتربية بين يناير ومارس 2026.
النتائج التشغيلية بعد 5 أشهر (خلال ذروة إنتاج سمك السلمون الربيعي):
- •كشفت أجهزة الاستشعار المستمرة أن تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الخزانات تتراوح بين 6 و24 ملغم/لتر يوميًا، نتيجةً لدورات التغذية وأداء جهاز إزالة الغازات، بينما كانت عينات الأسبوع السابقة تُظهر باستمرار متوسطًا معتدلًا يتراوح بين 10 و12 ملغم/لتر. وقد عاشت الأسماك في الخزانات ذات الكثافة الأعلى في مستويات حموضة مزمنة لما يُقدّر بنحو 30-40% من دورة الإنتاج.
- •بعد إغلاق حلقة التحكم في جهاز إزالة الغازات - حيث يقوم المرحل بتعديل تدفق هواء التجريد مقابل قراءة المستشعر - استقر متوسط ثاني أكسيد الكربون في الخزان بين 8 و 14 ملغم/لتر عبر جميع الخزانات الـ 24.
- •تحسنت نسبة تحويل العلف بنسبة 11٪ خلال فترة النمو في شهري مايو ويونيو مقارنة بالفترة نفسها في عام 2025، وهو ما عزاه مدير الإنتاج مباشرة إلى القضاء على الحماض الناتج عن ثاني أكسيد الكربون.
- •سجل نظام ترحيل الإنذار 37 حدث تصعيد عند عتبة 20 ملغم/لتر خلال الشهر الأول - قبل أن يتم ضبط حلقة التحكم في جهاز إزالة الغازات بالكامل - ولم يسجل أي أحداث تصعيد في الشهر الأخير من التجربة.
- •تضمنت وثائق رعاية الأسماك الخاصة بالمنشأة لعملية التدقيق الربيعية لعام 2026 سجل ثاني أكسيد الكربون المستمر لأول مرة، مما أدى إلى استبدال سجلات العينات العشوائية السابقة بمجموعة بيانات كاملة ومؤرخة.
تواصل مع شركة هوندي للتكنولوجيا للحصول على خدمات مراقبة أنظمة إعادة تدوير المياه والاستزراع المائي.
شركة Honde Technology هي شركة تصنيع معتمدة من قبل TÜV الألمانية و Alibaba. نوفر أجهزة قياس ثاني أكسيد الكربون المذاب، وواجهة RS485 PLC الأصلية، ومنطق التحكم في أجهزة إزالة الغازات اللازمة لعمليات الاستزراع المائي البري حيث تؤثر كل نقطة مئوية من كفاءة تحويل العلف على الربحية النهائية.
للحصول على مزيد من المعلومات حول أجهزة الاستشعار وحلول إنترنت الأشياء المخصصة، يرجى الاتصال بشركة Honde Technology Co., LTD.
- واتساب: +86-15210548582
- بريد إلكتروني: info@hondetech.com
- موقع الشركة الإلكتروني: www.hondetechco.com
تاريخ النشر: 11 أغسطس 2026