كيف يتم قياس عكارة الماء؟

ما هي العكارة؟

العكارة هي مقياس لمدى تعكر أو ضبابية السائل، ويُستخدم عادةً لتقييم جودة المياه في المسطحات المائية الطبيعية - مثل الأنهار والبحيرات والمحيطات - وكذلك في أنظمة معالجة المياه. تنشأ العكارة نتيجة وجود جزيئات عالقة، بما في ذلك الطمي والطحالب والعوالق والمخلفات الصناعية، والتي تُشتت الضوء المار عبر عمود الماء.
تُقاس العكارة عادةً بوحدات العكارة النيفلومترية (NTU)، حيث تشير القيم الأعلى إلى زيادة عتامة الماء. تعتمد هذه الوحدة على كمية الضوء المشتتة بواسطة الجسيمات العالقة في الماء، كما يُقاس بجهاز قياس العكارة. يُسلط جهاز قياس العكارة شعاعًا ضوئيًا عبر العينة، ويرصد الضوء المشتت بواسطة الجسيمات العالقة بزاوية 90 درجة. تشير القيم الأعلى لوحدة قياس العكارة النيفلومترية إلى زيادة العكارة، أو التعكر، في الماء. بينما تشير القيم المنخفضة لوحدة قياس العكارة النيفلومترية إلى ماء أكثر صفاءً.
على سبيل المثال: قد تحتوي المياه النقية على قيمة NTU قريبة من 0. مياه الشرب، والتي يجب أن تلبي معايير السلامة، عادةً ما تحتوي على قيمة NTU أقل من 1. يمكن أن تحتوي المياه التي تحتوي على مستويات عالية من التلوث أو الجسيمات المعلقة على قيم NTU تصل إلى مئات أو آلاف.

لماذا نقيس عكارة جودة المياه؟

يمكن أن تؤدي مستويات العكارة المرتفعة إلى العديد من الآثار الضارة:
1) انخفاض نفاذ الضوء: يؤدي ذلك إلى إعاقة عملية التمثيل الضوئي في النباتات المائية، وبالتالي تعطيل النظام البيئي المائي الأوسع الذي يعتمد على الإنتاجية الأولية.
2) انسداد أنظمة الترشيح: قد تؤدي المواد الصلبة العالقة إلى إعاقة المرشحات في مرافق معالجة المياه، مما يؤدي إلى زيادة تكاليف التشغيل وتقليل كفاءة المعالجة.
3) الارتباط بالملوثات: غالبًا ما تعمل الجسيمات المسببة للعكارة كحاملات للملوثات الضارة، مثل الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض، والمعادن الثقيلة، والمواد الكيميائية السامة، مما يشكل مخاطر على البيئة والصحة البشرية.
باختصار، تعتبر العكارة مؤشرا حاسما لتقييم السلامة الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية للموارد المائية، وخاصة في إطار مراقبة البيئة والصحة العامة.
ما هو مبدأ قياس العكارة؟

يعتمد مبدأ قياس العكارة على تشتت الضوء أثناء مروره عبر عينة ماء تحتوي على جسيمات عالقة. عند تفاعل الضوء مع هذه الجسيمات، ينتشر في اتجاهات مختلفة، وتتناسب شدة الضوء المشتت طرديًا مع تركيز الجسيمات الموجودة. يؤدي ارتفاع تركيز الجسيمات إلى زيادة تشتت الضوء، مما يؤدي إلى زيادة العكارة.

مبدأ قياس العكارة

يمكن تقسيم العملية إلى الخطوات التالية:
مصدر الضوء: يتم توجيه شعاع الضوء، الذي ينبعث عادةً بواسطة الليزر أو الصمام الثنائي الباعث للضوء، عبر عينة المياه.
الجسيمات المعلقة: عندما ينتشر الضوء عبر العينة، تتسبب المواد المعلقة - مثل الرواسب أو الطحالب أو العوالق أو الملوثات - في تشتت الضوء في اتجاهات متعددة.
الكشف عن الضوء المتناثر: أمقياس النفل، وهو الجهاز المستخدم في قياس العكارة، يكتشف الضوء المتناثر بزاوية 90 درجة بالنسبة للشعاع الساقط. يعد هذا الكشف الزاوي هو الطريقة القياسية بسبب حساسيته العالية للتشتت الناجم عن الجسيمات.
قياس شدة الضوء المتناثر: يتم تحديد شدة الضوء المتناثر كمياً، حيث تشير الشدة الأعلى إلى تركيز أكبر للجسيمات العالقة، وبالتالي، عكارة أعلى.
حساب العكارة: يتم تحويل شدة الضوء المتناثر المقاسة إلى وحدات العكارة النيفليومترية (NTU)، مما يوفر قيمة عددية موحدة تمثل درجة العكارة.
ما الذي يقيس عكارة الماء؟

يُعد قياس عكارة المياه باستخدام مستشعرات العكارة البصرية ممارسةً شائعةً في التطبيقات الصناعية الحديثة. عادةً، يتطلب الأمر جهاز تحليل عكارة متعدد الوظائف لعرض القياسات آنيًا، وتمكين التنظيف التلقائي الدوري للمستشعر، وإصدار تنبيهات في حال وجود قراءات غير طبيعية، مما يضمن الامتثال لمعايير جودة المياه.

مستشعر العكارة عبر الإنترنت (مياه البحر القابلة للقياس)

تتطلب بيئات التشغيل المختلفة حلولاً متميزة لمراقبة العكارة. في أنظمة إمدادات المياه الثانوية السكنية، ومحطات معالجة المياه، وعند نقاط دخول وخروج مرافق مياه الشرب، تُستخدم عدادات العكارة منخفضة المدى ذات الدقة العالية ونطاقات القياس الضيقة بشكل رئيسي. ويعود ذلك إلى المتطلبات الصارمة لمستويات العكارة المنخفضة في هذه البيئات. على سبيل المثال، في معظم الدول، يحدد المعيار التنظيمي لمياه الصنبور في منافذ محطات المعالجة مستوى عكارة أقل من وحدة NTU واحدة. على الرغم من أن اختبار مياه حمامات السباحة أقل شيوعًا، إلا أنه يتطلب عند إجرائه مستويات عكارة منخفضة جدًا، مما يتطلب عادةً استخدام عدادات عكارة منخفضة المدى.

أجهزة قياس العكارة منخفضة المدى TBG-6188T

في المقابل، تتطلب تطبيقات مثل محطات معالجة مياه الصرف الصحي ونقاط تصريف النفايات الصناعية عدادات عكارة عالية المدى. غالبًا ما تُظهر المياه في هذه البيئات تقلبات كبيرة في العكارة، وقد تحتوي على تركيزات كبيرة من المواد الصلبة العالقة، أو الجسيمات الغروانية، أو الرواسب الكيميائية. غالبًا ما تتجاوز قيم العكارة حدود القياس العليا للأجهزة منخفضة المدى للغاية. على سبيل المثال، يمكن أن تصل عكارة المياه الداخلة إلى محطة معالجة مياه الصرف الصحي إلى عدة مئات من وحدات NTU، وحتى بعد المعالجة الأولية، يظل رصد مستويات العكارة التي تصل إلى عشرات وحدات NTU ضروريًا. تعمل عدادات العكارة عالية المدى عادةً على مبدأ نسبة شدة الضوء المشتت إلى شدة الضوء المنقول. باستخدام تقنيات توسيع النطاق الديناميكي، تحقق هذه الأجهزة قدرات قياس تتراوح من 0.1 وحدة NTU إلى 4000 وحدة NTU مع الحفاظ على دقة ±2% من النطاق الكامل.

محلل العكارة الصناعي عبر الإنترنت

في السياقات الصناعية المتخصصة، مثل قطاعي الأدوية والأغذية والمشروبات، تُفرض متطلبات أكبر على دقة قياسات العكارة واستقرارها على المدى الطويل. غالبًا ما تستخدم هذه الصناعات مقاييس عكارة ثنائية الشعاع، تتضمن شعاعًا مرجعيًا لتعويض الاضطرابات الناتجة عن اختلافات مصدر الضوء وتقلبات درجة الحرارة، مما يضمن موثوقية القياسات باستمرار. على سبيل المثال، يجب عادةً الحفاظ على عكارة الماء المُستخدم للحقن أقل من 0.1 وحدة عكارة نيتروجينية، مما يفرض متطلبات صارمة على حساسية الجهاز ومقاومته للتداخل.
علاوة على ذلك، ومع تطور تكنولوجيا إنترنت الأشياء (IoT)، أصبحت أنظمة مراقبة العكارة الحديثة أكثر ذكاءً وترابطًا. يتيح دمج وحدات اتصالات الجيل الرابع والخامس (4G/5G) نقل بيانات العكارة في الوقت الفعلي إلى منصات سحابية، مما يُسهّل المراقبة عن بُعد وتحليل البيانات وإرسال إشعارات التنبيهات الآلية. على سبيل المثال، طبّقت إحدى محطات معالجة المياه البلدية نظامًا ذكيًا لمراقبة العكارة يربط بيانات عكارة المخرج بنظام التحكم في توزيع المياه. عند اكتشاف أي عكارة غير طبيعية، يُعدّل النظام تلقائيًا جرعات المواد الكيميائية، مما يُحسّن جودة المياه من 98% إلى 99.5%، مع انخفاض استهلاك المواد الكيميائية بنسبة 12%.
هل العكارة هي نفس مفهوم المواد الصلبة العالقة الكلية؟

العكارة والمواد الصلبة المعلقة الكلية (TSS) هي مفاهيم مرتبطة، ولكنها ليست هي نفسها. يشير كلاهما إلى الجسيمات المعلقة في الماء، ولكنهما يختلفان في ما يقيسانه وكيفية تحديد كميتها.
يقيس العكارة الخاصية البصرية للماء، وتحديدًا كمية الضوء المشتتة بواسطة الجسيمات العالقة. ولا يقيس كمية الجسيمات بشكل مباشر، بل يقيس كمية الضوء التي تحجبها أو تنحرف بواسطة تلك الجسيمات. وتتأثر العكارة ليس فقط بتركيز الجسيمات ولكن أيضًا بعوامل مثل حجم وشكل ولون الجسيمات، بالإضافة إلى طول موجة الضوء المستخدم في القياس.

جهاز قياس إجمالي المواد الصلبة العالقة الصناعية (TSS)

إجمالي المواد الصلبة العالقةيقيس مقياس TSS الكتلة الفعلية للجسيمات العالقة في عينة من الماء. ويحدد الوزن الإجمالي للمواد الصلبة العالقة في الماء، بغض النظر عن خصائصها البصرية.
يتم قياس المواد الصلبة العالقة الكلية (TSS) عن طريق ترشيح حجم معروف من الماء من خلال مرشح (عادة ما يكون مرشحًا بوزن معروف). بعد ترشيح الماء، يتم تجفيف المواد الصلبة المتبقية على المرشح ووزنها. يتم التعبير عن النتيجة بالمليغرام لكل لتر (mg/L). ترتبط المواد الصلبة العالقة الكلية (TSS) بشكل مباشر بكمية الجسيمات العالقة، ولكنها لا تعطي معلومات حول حجم الجسيمات أو كيفية تشتيت الجسيمات للضوء.
الاختلافات الرئيسية:
1) طبيعة القياس:
العكارة هي خاصية بصرية (كيفية تشتت الضوء أو امتصاصه).
TSS هي خاصية فيزيائية (كتلة الجسيمات المعلقة في الماء).
2) ما يقيسونه:
تعطي العكارة مؤشرًا على مدى صفاء أو عكارة الماء، لكنها لا تعطي كتلة فعلية من المواد الصلبة.
يوفر TSS قياسًا مباشرًا لكمية المواد الصلبة الموجودة في الماء، بغض النظر عن مدى وضوحها أو عكرها.
3) الوحدات:
يتم قياس العكارة بوحدات NTU (وحدات العكارة النيفليومترية).
يتم قياس TSS بوحدة mg/L (مليجرام لكل لتر).
هل اللون والعكارة هما نفس الشيء؟

اللون والعكارة ليسا الشيء نفسه، على الرغم من أن كليهما يؤثر على مظهر الماء.

مقياس جودة المياه الملون عبر الإنترنت

وهنا الفرق:
يشير اللون إلى لون أو صبغة الماء الناتجة عن المواد المذابة، مثل المواد العضوية (مثل الأوراق المتحللة) أو المعادن (مثل الحديد أو المنغنيز). حتى الماء الصافي يمكن أن يكون له لون إذا كان يحتوي على مركبات ملونة مذابة.
تشير العكارة إلى تعكر أو ضبابية الماء الناجم عن الجسيمات العالقة، مثل الطين أو الطمي أو الكائنات الحية الدقيقة أو المواد الصلبة الدقيقة الأخرى. وهي تقيس مدى تشتيت الجسيمات للضوء المار عبر الماء.
باختصار:
اللون = المواد المذابة
العكارة = الجسيمات العالقة