كيف يتم قياس عكارة الماء؟

ما هي العكارة؟

تُعدّ العكارة مقياساً لمدى عتامة أو غشاوة السائل، وتُستخدم عادةً لتقييم جودة المياه في المسطحات المائية الطبيعية - كالأنهار والبحيرات والمحيطات - وكذلك في أنظمة معالجة المياه. وتنشأ العكارة نتيجة وجود جزيئات عالقة، بما في ذلك الطمي والطحالب والعوالق والمخلفات الصناعية، التي تُشتت الضوء المار عبر عمود الماء.
تُقاس العكارة عادةً بوحدات العكارة النفيلومترية (NTU)، حيث تشير القيم الأعلى إلى زيادة عتامة الماء. تعتمد هذه الوحدة على كمية الضوء المتشتت بواسطة الجزيئات العالقة في الماء، كما يقيسها جهاز النفيلومتر. يُسلط جهاز النفيلومتر شعاعًا ضوئيًا عبر العينة ويكشف الضوء المتشتت بواسطة الجزيئات العالقة بزاوية 90 درجة. تشير قيم NTU الأعلى إلى زيادة العكارة، أو التعكر، في الماء، بينما تشير قيم NTU الأقل إلى ماء أكثر صفاءً.
على سبيل المثال: قد يكون للماء الصافي قيمة NTU قريبة من 0. مياه الشرب، التي يجب أن تفي بمعايير السلامة، عادة ما يكون لها قيمة NTU أقل من 1. يمكن أن يكون للماء الذي يحتوي على مستويات عالية من التلوث أو الجسيمات العالقة قيم NTU بالمئات أو الآلاف.

لماذا نقيس عكارة المياه؟

يمكن أن تؤدي مستويات العكارة المرتفعة إلى العديد من الآثار الضارة:
1) انخفاض اختراق الضوء: هذا يضعف عملية التمثيل الضوئي في النباتات المائية، مما يؤدي إلى تعطيل النظام البيئي المائي الأوسع الذي يعتمد على الإنتاجية الأولية.
2) انسداد أنظمة الترشيح: قد تعيق المواد الصلبة العالقة المرشحات في مرافق معالجة المياه، مما يزيد من تكاليف التشغيل ويقلل من كفاءة المعالجة.
3) الارتباط بالملوثات: غالباً ما تعمل الجسيمات المسببة للعكارة كناقلات للملوثات الضارة، مثل الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض والمعادن الثقيلة والمواد الكيميائية السامة، مما يشكل مخاطر على البيئة وصحة الإنسان.
باختصار، تعتبر العكارة مؤشراً حاسماً لتقييم السلامة الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية للموارد المائية، لا سيما في إطار المراقبة البيئية والصحة العامة.
ما هو مبدأ قياس العكارة؟

يعتمد مبدأ قياس العكارة على تشتت الضوء أثناء مروره عبر عينة ماء تحتوي على جزيئات عالقة. فعندما يتفاعل الضوء مع هذه الجزيئات، يتشتت في اتجاهات مختلفة، وتتناسب شدة الضوء المتشتت طرديًا مع تركيز الجزيئات الموجودة. ويؤدي ارتفاع تركيز الجزيئات إلى زيادة تشتت الضوء، مما ينتج عنه زيادة في العكارة.

مبدأ قياس العكارة

يمكن تقسيم العملية إلى الخطوات التالية:
مصدر الضوء: يتم توجيه شعاع من الضوء، ينبعث عادةً من الليزر أو الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED)، عبر عينة الماء.
الجسيمات العالقة: عندما ينتشر الضوء عبر العينة، تتسبب المواد العالقة - مثل الرواسب أو الطحالب أو العوالق أو الملوثات - في تشتت الضوء في اتجاهات متعددة.
الكشف عن الضوء المتناثر: أمقياس التعكريكشف الجهاز المستخدم لقياس العكارة عن الضوء المتشتت بزاوية 90 درجة بالنسبة للشعاع الساقط. ويُعد هذا الكشف الزاوي الطريقة القياسية نظرًا لحساسيته العالية للتشتت الناتج عن الجسيمات.
قياس شدة الضوء المتناثر: يتم تحديد شدة الضوء المتناثر كمياً، حيث تشير الشدات الأعلى إلى تركيز أكبر للجسيمات العالقة، وبالتالي، إلى عكارة أعلى.
حساب العكارة: يتم تحويل شدة الضوء المتناثر المقاسة إلى وحدات العكارة النفيلومترية (NTU)، مما يوفر قيمة عددية موحدة تمثل درجة العكارة.
ما الذي يقيس عكارة الماء؟

يُعد قياس عكارة المياه باستخدام أجهزة استشعار العكارة البصرية ممارسة شائعة في التطبيقات الصناعية الحديثة. وعادةً ما يتطلب الأمر جهاز تحليل عكارة متعدد الوظائف لعرض القياسات في الوقت الفعلي، وتمكين التنظيف التلقائي الدوري لأجهزة الاستشعار، وإطلاق 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 حلولًا متباينة لرصد العكارة. ففي أنظمة إمداد المياه الثانوية السكنية، ومحطات معالجة المياه، وعند نقاط دخول وخروج مياه الشرب، تُستخدم في الغالب أجهزة قياس العكارة منخفضة المدى ذات الدقة العالية ونطاقات القياس الضيقة. ويعود ذلك إلى المتطلبات الصارمة لانخفاض مستويات العكارة في هذه البيئات. فعلى سبيل المثال، في معظم البلدان، ينص المعيار التنظيمي لمياه الصنبور عند مخارج محطات المعالجة على مستوى عكارة أقل من وحدة عكارة نفيلومترية واحدة (NTU). وعلى الرغم من أن اختبار مياه أحواض السباحة أقل شيوعًا، إلا أنه عند إجرائه، يتطلب أيضًا مستويات عكارة منخفضة للغاية، مما يستلزم عادةً استخدام أجهزة قياس العكارة منخفضة المدى.

مقياس العكارة منخفض المدى TBG-6188T

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

محلل العكارة الصناعي عبر الإنترنت

في سياقات صناعية متخصصة، كقطاعي الأدوية والأغذية والمشروبات، تزداد متطلبات دقة واستقرار قياسات العكارة على المدى الطويل. غالبًا ما تستخدم هذه الصناعات أجهزة قياس العكارة ثنائية الحزمة، والتي تتضمن حزمة مرجعية للتعويض عن التشويش الناتج عن تغيرات مصدر الضوء وتقلبات درجة الحرارة، مما يضمن موثوقية القياس باستمرار. على سبيل المثال، يجب عادةً الحفاظ على عكارة مياه الحقن أقل من 0.1 وحدة عكارة نفيلومترية (NTU)، مما يفرض متطلبات صارمة على حساسية الجهاز ومقاومته للتداخل.
علاوة على ذلك، مع تطور تقنية إنترنت الأشياء، أصبحت أنظمة مراقبة العكارة الحديثة أكثر ذكاءً وترابطًا شبكيًا. يُمكّن دمج وحدات الاتصال من الجيل الرابع والخامس من نقل بيانات العكارة في الوقت الفعلي إلى منصات الحوسبة السحابية، مما يُسهّل المراقبة عن بُعد وتحليل البيانات وإرسال تنبيهات آلية. على سبيل المثال، قامت محطة لمعالجة المياه البلدية بتطبيق نظام ذكي لمراقبة العكارة يربط بيانات العكارة عند المخرج بنظام التحكم في توزيع المياه. عند اكتشاف عكارة غير طبيعية، يقوم النظام تلقائيًا بتعديل جرعات المواد الكيميائية، مما أدى إلى تحسين جودة المياه من 98% إلى 99.5%، بالإضافة إلى خفض استهلاك المواد الكيميائية بنسبة 12%.
هل العكارة هي نفس مفهوم إجمالي المواد الصلبة العالقة؟

إن العكارة والمواد الصلبة العالقة الكلية (TSS) مفاهيم مترابطة، لكنها ليست متطابقة. يشير كلاهما إلى الجسيمات العالقة في الماء، لكنهما يختلفان في ما يقيسانه وكيفية تحديد كميتهما.
تقيس العكارة الخاصية البصرية للماء، وتحديداً كمية الضوء المتشتت بواسطة الجسيمات العالقة. فهي لا تقيس كمية الجسيمات بشكل مباشر، بل كمية الضوء التي تحجبها أو تحرفها تلك الجسيمات. وتتأثر العكارة ليس فقط بتركيز الجسيمات، بل أيضاً بعوامل أخرى مثل حجم الجسيمات وشكلها ولونها، بالإضافة إلى طول موجة الضوء المستخدم في القياس.

مقياس المواد الصلبة العالقة الكلية الصناعية (TSS)

إجمالي المواد الصلبة العالقة(TSS) يقيس الكتلة الفعلية للجسيمات العالقة في عينة من الماء. وهو يحدد الوزن الإجمالي للمواد الصلبة العالقة في الماء، بغض النظر عن خصائصها البصرية.
يُقاس إجمالي المواد الصلبة العالقة (TSS) بترشيح حجم معلوم من الماء عبر مرشح (عادةً ما يكون مرشحًا ذا وزن معلوم). بعد الترشيح، تُجفف المواد الصلبة المتبقية على المرشح وتُوزن. تُعبر النتيجة بوحدة ملليغرام لكل لتر (ملغم/لتر). يرتبط إجمالي المواد الصلبة العالقة ارتباطًا مباشرًا بكمية الجسيمات العالقة، ولكنه لا يُعطي معلومات عن حجم الجسيمات أو كيفية تشتيتها للضوء.
الاختلافات الرئيسية:
1) طبيعة القياس:
العكارة هي خاصية بصرية (كيفية تشتت الضوء أو امتصاصه).
تُعتبر المواد الصلبة العالقة خاصية فيزيائية (كتلة الجسيمات العالقة في الماء).
2) ما يقيسونه:
تعطي العكارة مؤشراً على مدى صفاء أو عكارة الماء، لكنها لا تعطي كتلة فعلية من المواد الصلبة.
توفر TSS قياسًا مباشرًا لكمية المواد الصلبة في الماء، بغض النظر عن مدى صفائه أو تعكره.
3) الوحدات:
يتم قياس العكارة بوحدة NTU (وحدات العكارة النيفيلومترية).
يتم قياس إجمالي المواد الصلبة العالقة بوحدة مليغرام/لتر (مليغرام لكل لتر).
هل اللون والتعكر متماثلان؟

اللون والتعكر ليسا متماثلين، على الرغم من أن كليهما يؤثر على مظهر الماء.

مقياس ألوان جودة المياه عبر الإنترنت

إليكم الفرق:
يشير اللون إلى درجة لون الماء أو درجته 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.
يشير مصطلح العكارة إلى تعكر أو ضبابية الماء الناتج عن الجسيمات العالقة، مثل الطين أو الطمي أو الكائنات الدقيقة أو غيرها من المواد الصلبة الدقيقة. وهو يقيس مدى تشتت الجسيمات للضوء المار عبر الماء.
باختصار:
اللون = المواد المذابة
العكارة = الجسيمات العالقة