كيف يساعد عداد الأكسجين الذائب الضوئي في معالجة مياه الصرف الصحي؟

إذا كنت تعمل في معالجة مياه الصرف الصحي، فأنت تعرف مدى أهمية مراقبة مستويات الأكسجين المذاب. فقد يؤدي الخطأ في قياسها إلى فشل العمليات، ومشاكل تنظيمية، وإصلاحات مكلفة. لسنوات عديدة، اعتمدت العديد من المحطات على أجهزة قياس الأكسجين المذاب التقليدية القائمة على الأقطاب الكهربائية. ولكن التكنولوجيا تتقدم، وجاءت أجهزة قياس الأكسجين المذاب الضوئية لتتصدر المشهد. فهي توفر طريقة مختلفة للقياس تُحدث تغييرًا في كيفية إدارة المرافق لعمليات المعالجة. إذًا، كيف تساعد جهاز قياس الأكسجين المذاب الضوئي بالضبط في معالجة مياه الصرف الصحي؟ دعونا نحلل ذلك.

فهم الأساسيات الخاصة بالأكسجين المذاب في مياه الصرف الصحي

أولاً، من المهم فهم سبب أهمية الأكسجين المذاب، أو ما يُعرف بـ DO، بشكل كبير. وببساطة، يشير DO إلى كمية الأكسجين المتاحة في الماء. وفي معالجة مياه الصرف الصحي، وبخاصة في المراحل البيولوجية للعلاج، تكون الكائنات الدقيقة هي البطل الحقيقي. فهذه الكائنات الصغيرة تستهلك الملوثات العضوية، مما يؤدي إلى تنظيف المياه بفعالية. ولكنها تحتاج إلى أكسجين للبقاء على قيد الحياة وأداء مهمتها. فإذا كان هناك نقص في الأكسجين، فإنها تختنق، مما يؤدي إلى علاج غير كامل وانبعاث روائح كريهة. أما إذا زاد الأكسجين أكثر من اللازم، فستهدر كمية هائلة من الطاقة في عملية التهوية، التي تمثل واحدة من أكبر تكاليف الطاقة في المحطة.

مراقبة الأكسجين المذاب (DO) ليست فقط مسألة كفاءة؛ بل هي مسألة سيطرة والامتثال. تضع الجهات البيئية حدودًا صارمة على جودة المياه العادمة التي يتم تصريفها. ويضمن القياس الدقيق والمستمر للأكسجين المذاب أن العملية البيولوجية تكون مُحسَّنة لتلبية هذه المعايير. ولوقت طويل، كانت هذه المهمة منوطة بأجهزة استشعار كهربائية غشائية من نوع جلفاني أو قطبي. هذه الأجهزة تعمل، لكنها تأتي مع متطلبات مرهقة: صيانة متكررة، واستبدال أغشية باستمرار، ومعايرة دائمة، وحساسية تجاه تداخلات مختلفة.

ما الذي يُميّز عداد الأكسجين المذاب الضوئي؟

هنا تحصل المستشعرات الضوئية للذكاء الممتص، التي تُعرف غالبًا بالمستشعرات المتألقة أو الفلورية، على تغييرٍ جذري. بدلًا من استخدام تفاعل كيميائي يستهلك الأكسجين، فإنها تستخدم الضوء. ويتم طلاء رأس المستشعر بصبغة خاصة تستجيب للضوء. عندما يثير الضوء الأزرق القادم من العداد هذه الصبغة، تتوهج باللون الأحمر. ويؤثر وجود الأكسجين على هذا التوهج—على نحو محدد، فإنه يُطفئ التألّم. ثم يقوم العداد بقياس معدل أو شدة هذا الإطفاء ويحسب تركيز الأكسجين الذائب.

فكّر في الأمر بهذه الطريقة: الصبغة بمثابة مصدر ضوء صغير، والأكسجين بمثابة مفتاح خافت. كلما زاد الأكسجين، أصبح إطفاء الضوء أسرع. ويقيس المستشعر مدى خفوت الضوء ليُخبرك بمستوى الذكاء الممتص. إنها طريقة ذكية تعتمد على الفيزياء وتتفادى العديد من مشكلات الطرق الكهروكيميائية القديمة.

المزايا الرئيسية لتطبيقات معالجة مياه الصرف الصحي

إذاً، لماذا تكون هذه التكنولوجيا مفيدة بشكل خاص في محطات معالجة مياه الصرف الصحي؟ المزايا مقنعة إلى حد كبير، خاصة في البيئات القاسية والملوثة التي تتعامل معها هذه المحطات يوميًا.

تتمثل إحدى المكاسب الكبيرة في التقليل الكبير للصيانة. فالأقطاب التقليدية تحتوي على غشاء يتعطل أو يتمزق أو يتلوث بالزيوت أو المواد الصلبة والأغشية الحيوية الشائعة في مياه الصرف الصحي. وتحتاج إلى تنظيف دوري، وإعادة تعبئة الكهرباء المنحلة، وتغيير الأغشية — غالبًا أسبوعيًا أو حتى يوميًا في الظروف القاسية. أما المستشعرات الضوئية فلا تحتوي على غشاء يحتاج إلى استبدال، ولا تحتاج إلى إعادة تعبئة الكهرباء المنحلة، وهي أكثر مقاومة بكثير للتلوث. وعلى الرغم من أن الغطاء الاستشعاري له عمر افتراضي محدود، إلا أنه غالبًا ما يستمر لعدة أشهر أو حتى أكثر من عام قبل الحاجة إلى استبداله. وهذا يعني بشكل مباشر تقليل التوقف عن العمل، وانخفاض تكاليف الصيانة، وحصولًا على بيانات أكثر موثوقية.

ثم هناك المعايرة. تحتاج أجهزة استشعار الأقطاب إلى معايرة متكررة للحفاظ على الدقة — وأحيانًا قبل كل استخدام. أما أجهزة الاستشعار الضوئية فهي مشهورة باستقرارها. فقد تحتاج فقط إلى معايرة بسيطة بنقطة واحدة كل بضعة أشهر، وبعض الطُرز المتقدمة قد تدوم لفترة أطول. ويُعد هذا الاستقرار موفرًا كبيرًا للوقت بالنسبة للمشغلين.

الدقة وغياب التداخل هما عاملان كبيران آخران. لا تتأثر أجهزة الاستشعار الضوئية بمعدل التدفق أو كبريتيدات أو تقلبات الأس الهيدروجيني أو غيرها من الغازات مثل كبريتيد الهيدروجين التي تكون شائعة في مياه الصرف الصحي ويمكن أن تُسِمَّ الأقطاب التقليدية. وهي توفر قراءة دقيقة ومستقرة حتى في المياه الراكدة أو الرواسب اللزجة، وهي مشكلة شائعة في أحواض التهوية والمجاري الهوائية.

وأخيرًا، فإنها تبدأ العمل بسرعة. فلا توجد حاجة لفترة استقطاب طويلة أو وقت تسخين لأجهزة الاستشعار الكهروكيميائية. فبمجرد تشغيل جهاز قياس الأكسجين المذاب الضوئي، يكون جاهزًا لتقديم القراءة خلال ثوانٍ.

تطبيقه في مختلف مراحل عملية المعالجة

المنافع ليست نظرية فحسب. فمقاييس الأكسجين المذاب الضوئية تضطلع بدور حاسم في مراحل معالجة مياه الصرف الصحي المختلفة.

في خزانات التهوية، يكون التحكم الدقيق في مستوى الأكسجين المذاب هو العامل الحاسم. وتوفر أجهزة الاستشعار الضوئية البيانات المستقرة واللحظية اللازمة لأنظمة التحكم الآلي في التهوية. وبما أنها تُعطي إشارة أكثر موثوقية، فإنها تسمح لوحدات النفخ بالتكيف بدقة مع الطلب، مما يمنع كل من التهوية الناقصة والتهوية الزائدة. ويمكن أن يؤدي هذا التحسين إلى توفير طاقة بنسبة 20٪ أو أكثر في تكاليف التهوية، وهو ما يُعد انتصارًا تشغيليًا كبيرًا. كما أن مقاومتها للتلوث تعني أيضًا أن حلقة التحكم لا تتعرض لانقطاعات مستمرة بسبب قراءات الأجهزة الخاطئة.

بالنسبة لإزالة العناصر الغذائية، التي تتضمن دورة دقيقة بين الظروف الهوائية واللاهوائية واللاأكسجينية، فإن قياس الأكسجين المذاب بدقة عند المستويات المنخفضة جدًا أمر بالغ الأهمية. تتفوق أجهزة الاستشعار الضوئية في قياس مستويات الأكسجين المذاب المنخفضة، والتي غالبًا ما تكون أقل من 0.1 ملغ/لتر، بدرجة عالية من الدقة. ويساعد ذلك المشغلين على التحكم بدقة في دورات المعالجة لضمان أداء البكتيريا النتريّة والبكتيريا اللا نتريّة لوظائفها بكفاءة، مما يؤدي إلى تحسين إزالة النيتروجين والامتثال للحدود الأشد صرامة بالنسبة للعناصر الغذائية.

في الحواجز التخميرية، سواء كانت هوائية أو لا هوائية، يُعد رصد الأكسجين المذاب (أو غيابه) أمراً أساسياً لاستقرار العملية. في الحواجز الهوائية، يضمن الحفاظ على مستوى الأكسجين المذاب المناسب استقرار المواد الصلبة الحيوية بشكل سليم. وتتمكّن أجهزة الاستشعار الضوئية من التعامل مع الوسائط الكثيفة ذات المحتوى العالي من المواد الصلبة دون انسداد. أما في الحواجز التخميرية اللاهوائية، فإن التأكد من غياب الأكسجين أمر حيوي. ويمكن لأجهزة الاستشعار الضوئية التأكد بشكل موثوق من ظروف الأكسجين المذاب القريبة من الصفر لحماية البكتيريا المنتجة للغاز الميثاني الحساسة.

وأخيرًا، بالنسبة لمراقبة المياه المعالجة النهائية، يُعد قراءة دقيقة للأكسجين المذاب جزءًا من تقرير التصريف. وتضمن أجهزة الاستشعار الضوئية، ذات الصيانة المنخفضة والموثوقية العالية، تسجيل بيانات مستمر ومتوافق دون الحاجة إلى تدخل فني مستمر.

الانتقال نحو أجهزة الاستشعار الكهربائية التقليدية

من المفيد مقارنة التقنيتين مباشرة لملاحظة التحول. تخيل مشغلًا كان يقضي ساعات كل أسبوع في معايرة وتنظيف مجسات من الطراز القديم. مع جهاز الاستشعار الضوئي، تصبح هذه المهمة الأسبوعية فحصًا ربع سنوي. ويختفي ميزانية المستهلكات الخاصة بالأغشية والمحاليل الإلكتروليتية. كما ينخفض بشكل كبير خوف تعطل المجس فجأة أثناء تفتيش تنظيمي، لأن انحراف إشارة جهاز الاستشعار الضوئي يكون ضئيلًا جدًا.

غالبًا ما يكون الاستثمار الأولي لجهاز قياس الأكسجين المذاب الضوئي أعلى، ولكن التكلفة الإجمالية للملكية على مدى عام أو عامين تكون في كثير من الأحيان أقل عند أخذ توفير العمالة، وغياب المواد الاستهلاكية، وتجنّب اضطرابات العملية بعين الاعتبار. بالنسبة لمديري المصانع، فإن هذا يمثل تحولًا من أداة تتطلب صيانة عالية إلى جهاز موثوق ضمن أدوات عملية القياس.

اختيار الأداة المناسبة للعمل

بالطبع، ليست جميع عدادات الأكسجين المذاب الضوئية متساوية. عند اختيار واحدة للاستخدام في مياه الصرف الصحي، هناك بعض الميزات التي لا يمكن التنازل عنها. ابحث عن مستشعر يتمتع ببناء قوي ومقاومة عالية للتلوث — وغالبًا ما تُستخدم مواد مثل التيتانيوم أو البلاستيك المتين. يجب أن تكون غطاء الاستشعار سهل الاستبدال ورخيص نسبيًا. فكّر فيما إذا كنت بحاجة إلى عداد محمول للفحص العشوائي أو تركيب دائم للمراقبة المستمرة. بالنسبة للتركيبات الدائمة، ابحث عن عدادات تحتوي على تشخيصات مدمجة، وتذكيرات قابلة للتخصيص بفترات التنظيف، ومخرجات يمكن دمجها بسهولة مع نظام SCADA أو نظام التحكم الخاص بك. على سبيل المثال، تقدم علامات تجارية مثل Lianhua مجموعة مصممة لهذه البيئات القاسية، مع التركيز على المتانة وسهولة الاستخدام.

الحفاظ على عداد الأكسجين المذاب الضوئي في حالة جيدة

على الرغم من أن الصيانة منخفضة، فهي ليست معدومة. لا يزال من الضروري إجراء تنظيف دوري لإزالة تراكم الوحل الثقيل الذي قد يحجب سطح الاستشعار بشكل مادي. ومن المهم اتباع إرشادات الشركة المصنعة للتنظيف باستخدام قطعة قماش ناعمة ومنظف خفيف. يجب تجنب المواد الكاشطة أو المذيبات التي قد تُلحق الضرر بصبغة الفلورسنت. ويجب أيضًا، على الرغم من ندرته، إجراء المعايرة حسب التوصيات باستخدام هواء مشبع بالماء أو محلول خالٍ من الأكسجين. كما أن التخزين السليم للأجهزة القابلة للحمل مهم أيضًا لزيادة عمر غطاء المستشعر.

المستقبل يبدو واضحًا

إن تبني تقنية DO البصرية في معالجة مياه الصرف الصحي أكثر من مجرد اتجاه؛ بل هو خطوة واضحة نحو تشغيل المحطات بشكل أذكى وأكثر كفاءة. ومع تركيز القطاع على تقليل استهلاك الطاقة، والامتثال الأدق للوائح التنظيمية، والرقمنة، تصبح البيانات الموثوقة هي الأساس. وتوفر عدادات DO البصرية هذه البيانات الأساسية بجهد أقل. فهي تمكّن المشغلين من اتخاذ قرارات تحكم أفضل، وتساعد المحطات على توفير مبالغ كبيرة في تكاليف الطاقة، وتقلل من العبء التشغيلي للصيانة اليدوية.

باختصار، تساعد عدادات DO البصرية في معالجة مياه الصرف الصحي على تحويل مهمة رصد الأكسجين الذائب من مهمة تتطلب صيانة عالية وأحيانًا تكون غير موثوقة، إلى جزء مستقر وموثوق وضروري لتحسين العمليات. إنها أداة تتيح للفريق أن يركز أقل على الأداة نفسها، وأكثر على ما هو مهم حقًا: تشغيل محطة معالجة فعالة، ممتثلة، وذات كلفة اقتصادية.