پایش آنلاین چندپارامتری برای دریاچه‌ها و اقیانوس‌ها

زمینه توسعه محصول

بدنه‌های بزرگ آب در سراسر جهان — از جمله اقیانوس‌ها و دریاچه‌ها — با درجات مختلفی از آلودگی مواجه هستند. این امر عمدتاً به دلیل آن است که انسان‌ها ظرفیت خودپالایی این سیستم‌های گسترده آبی را بیش از حد تخمین زده‌اند و این امر منجر به تخلیه‌های غیرقانونی شده است که بر اساس احساس نادرست امنیت صورت گرفته‌اند. در سال‌های اخیر، بحران‌های نمونه‌ای آلودگی آب به‌طور مکرر در همه قاره‌های اصلی رخ داده است.

استرالیا – مرجان‌های مانع عظیم: بررسی‌های زیست‌محیطی انجام‌شده در سال ۲۰۲۵ نشان‌دهنده اوتروفیکاسیون شدید بود. نمک‌های مغذی مانند نیتروژن و فسفر در سطوح بحرانی بالا یافت شدند و این امر منجر به رویدادهای مکرر سفیدشدن مرجان‌ها و شیوع ستاره‌ماهی‌ها شده است. جوامع مرجانی موجود بر روی بستر دریا دچار آسیب‌های گسترده‌ای شده‌اند.

نیجریه – دلتای رود نیجر: آلودگی نفتی و فلزات سنگین منجر به از بین رفتن گسترده‌ی مانگروها شده است. صیادی ملی تقریباً فروپاشیده و نرخ سرطان در میان ساکنان محلی به‌طور قابل‌توجهی افزایش یافته است.

اروپا – دریای بالتیک: آلودگی نیتروژن و فسفر هر ساله باعث ایجاد گستره‌های عظیم گونه‌های جلبکی می‌شود که تأثیر شدیدی بر صنعت ماهیگیری دارد. با این حال، تخلیه‌ی فاضلاب از شهرهای اطراف همچنان بدون کنترل باقی مانده است.

در چین، آب‌های اصلی مانند دریاچه دیانچی، دریاچه تای و دریاچه هونگ همگی دچار گستره‌های جلبکی ناشی از تغذیه‌برتر (یوتروفیکاسیون) شده‌اند. دریای جنوب چین و دریای شرق چین نیز به‌دلیل تخلیه‌ی فاضلاب و نشت‌های نفتی دچار آلودگی شدیدی شده‌اند که منجر به زیان‌های اقتصادی غیرقابل‌سنجشی برای صنایع ماهیگیری، اکوسیستم‌ها و گردشگری شده است.

در پاسخ به تقاضای رو به رشد برای نظارت بر آب‌های گسترده، شرکت جیده (JIDE) سیستم حسگری آنلاین چندپارامتری را توسعه داده است که به‌طور خاص برای اقیانوس‌ها و دریاچه‌ها طراحی شده است. با توجه به محدودیت‌های فناوری فعلی، پارامترهایی مانند فسفر کل و نیتروژن کل همچنان اندازه‌گیری مستقیم آن‌ها با حسگرها دشوار باقی مانده است. بنابراین، این سیستم در اقیانوس‌های باز و در مرکز دریاچه‌های بزرگ بر روی ایستگاه‌های شناور بزرگ نصب می‌شود.

این سیستم قادر به اندازه‌گیری پارامترهای کلیدی از جمله:

• دما

• pH

• ORP (پتانسیل اکسیداسیون-کاهش)

• هدایت الکتریکی/مواد جامد محلول (TDS)

• اکسیژن محلول

• کدری/ذرات معلق (SS)

• کلروفیل

• جلبک‌های آبی-سبز

• یون پتاسیم (K⁺)

• یون آمونیوم (NH₄⁺)

• یون نیترات (NO₃⁻)

• یون کلرید (Cl⁻)

• یون فلورید (F⁻)

این اندازه‌گیری‌ها امکان نظارت بلادرنگ و هشدار زودهنگام در مورد سطوح اضافی مواد مغذی، گیاه‌آلودگی، گسترش جلبک‌ها و کاهش سطح اکسیژن را فراهم می‌کنند.

JDMPA - 6S – بالاترین پیکربندی

مدل JDMPA - 6S بالاترین پیکربندی در این سری است. واحد اصلی می‌تواند تا هفت سنسور را در خود جای دهد. سنسورها بر اساس اصول تشخیص الکتروشیمیایی، نوری و فیزیکی عمل کرده و پارامترهای مربوطه را اندازه‌گیری می‌کنند.

تمام پورت‌های سنسور روی واحد اصلی از یک رابط جهانی استفاده می‌کنند. سنسورها می‌توانند در هر پورتی نصب شوند و واحد اصلی به‌صورت خودکار نوع سنسور را تشخیص می‌دهد. واحد اصلی JDMPA-6S قادر به خواندن داده‌های سنسور، تنظیم پارامترهای سنسور و انجام عملیات کالیبراسیون است. بسته به تنظیمات کاربر، این واحد می‌تواند داده‌ها را به‌صورت محلی ذخیره کند، آن‌ها را به یک پلتفرم جمع‌آوری داده ارسال کند یا مستقیماً به یک رایانه شخصی یا تلفن همراه ارسال نماید. ارتباط داده‌ها از طریق انتقال سیمی و همچنین انتقال بی‌سیم بلوتوث پشتیبانی می‌شود.

اصول اندازه‌گیری هر پارامتر

۱. عمق

JIDE از یک سنسور فشار — که عنصر حس‌کننده پیزو مقاومتی آن توسط یک دیافراگم زبرین از جنس فولاد ضدزنگ جدا شده است — برای اندازه‌گیری عمق آب استفاده می‌کند. یک سوی سنسور به سمت آب قرار دارد، در حالی که سوی دیگر آن در معرض خلأ قرار گرفته تا فشار را اندازه‌گیری کند. عمق با کسر فشار جو از فشار آب محاسبه می‌شود.

عوامل مؤثر بر اندازه‌گیری عمق شامل فشار بارومتری، چگالی آب و دما می‌باشند. انجام کالیبراسیون «صفر» در هوا، مرجعی نسبت به فشار جوی محلی فراهم می‌کند.

۲. هدایت‌پذیری

JIDE از چهار الکترود گرافیتی برای اندازه‌گیری هدایت‌پذیری محلول استفاده می‌کند. دو الکترود جریان را اندازه‌گیری می‌کنند و دو الکترود دیگر ولتاژ را اندازه‌گیری می‌کنند؛ هدایت‌پذیری از این اندازه‌گیری‌ها محاسبه می‌شود. مقدار حاصل‌شده از هدایت‌پذیری در ثابت سلول (بر حسب ۱/سانتی‌متر) ضرب می‌شود تا هدایت‌پذیری به میلی‌سیمنز بر سانتی‌متر (mS/cm) تبدیل شود.

هر سنسور حاوی یک سنسور دمای داخلی است. با این حال، مقدار دمای اندازه‌گیری‌شده توسط این سنسور ثبت یا نمایش داده نمی‌شود؛ بلکه صرفاً برای جبران‌سازی سنسور استفاده می‌شود. کالیبراسیون مقادیر دما نسبت به سنسور دمای موجود روی پروب هدایت‌پذیری انجام می‌شود.

۳. اکسیژن محلول

سنسور نوری اکسیژن محلول JIDE بر اساس اصل خاموش‌شدن فلورسانس کار می‌کند. نور آبی با طول‌موج مشخصی به ماده فلورسانسی ثابت‌شده روی زیرلایه شیشه‌ای تابانده می‌شود و باعث تولید فلورسانس در آن می‌گردد. در غیاب اکسیژن، مدت زمان فلورسانس بیشترین مقدار را دارد. هنگامی که اکسیژن روی غشای سنسور حضور داشته باشد، مدت زمان فلورسانس کوتاه‌تر می‌شود.

برای اطمینان از دقت و پایداری، در هر چرخه اندازه‌گیری، نور قرمزی به عنوان نور مرجع به سمت ماده فلورسانسی تابانده می‌شود تا مدت زمان فلورسانس تعیین گردد.

غلظت اکسیژن با مدت زمان فلورسانس رابطه معکوس دارد. این رابطه را می‌توان به‌صورت کمّی با معادله اشتِرن–ولمر توصیف کرد:

((T₀/T) – ۱) در مقابل فشار جزئی O₂.

این رابطه به‌طور دقیق خطی نیست (به‌ویژه در فشارهای بالاتر اکسیژن)؛ داده‌های مربوطه نیازمند تحلیل رگرسیون غیرخطی چندجمله‌ای هستند. این ویژگی غیرخطی در طول زمان تغییر قابل‌توجهی نمی‌کند و بر دقت اندازه‌گیری در دوره‌ای طولانی تأثیری نخواهد گذاشت.

۴. pH / ORP / AMMO (آمونیوم) – اختیاری

این سیستم شامل یک الکترود pH و یک ماژول مدار پیش‌سو (front-end) برای اندازه‌گیری اسیدیت/قاعدگی آب، یا یک الکترود ORP و ماژول مدار پیش‌سو برای اندازه‌گیری پتانسیل اکسیداسیون-کاهش است. ORP اندازه‌گیری‌ای غیرشیمیایی است که پتانسیل ترکیبی تمام مواد حل‌شده در محیط را نشان می‌دهد.

جایگزیناً، می‌توان یک سنسور آمونیوم (NH₄⁺) انتخاب کرد. این سنسور شامل یک الکترود آمونیوم و یک ماژول مدار پیش‌سو است. هنگامی که الکترود آمونیوم همراه با یک الکترود مرجع استفاده می‌شود، ولتاژ میلی‌ولت را اندازه‌گیری کرده و سپس با استفاده از یک روش محاسباتی خاص، آن را به مقدار غلظت یونی تبدیل می‌کند.

برای تسهیل نگهداری، سنسور دارای طراحی منحصر به فردی است که امکان تعویض میدان الکترود یا درپوش غشایی را در محل فراهم می‌کند. یک اتصال‌دهنده بین ماژول مدار بالایی و الکترود قرار دارد. برای تعویض الکترود، کافی است الکترود قدیمی را باز کرده و الکترود جدیدی را نصب کنید—هیچ مرحله اضافی دیگری لازم نیست.

۵. کدری

کدری اندازه‌گیری غیرمستقیم غلظت ذرات معلق در آب است. سنسور کدری نور مادون قرمز را به نمونه تابانده و میزان نور پراکنده‌شده توسط ذرات موجود در آب را اندازه‌گیری می‌کند. کدری هم یک شاخص مهم کیفیت آب و هم یک پارامتر پایه برای ارزیابی تغییرات محیطی محسوب می‌شود. ذرات معلق در آب‌های طبیعی از منابع گسترده و نامشخصی (مانند رسوب، خاک رس، مواد رسوبی، جلبک‌ها و مواد آلی) ناشی می‌شوند، اما تمام این ذرات بر انتقال نور تأثیر می‌گذارند و سیگنال کدری تولید می‌کنند.

۶. جلبک کل

سنسور کلی جلبک‌ها از تحریک دو طول موجی برای اندازه‌گیری همزمان غلظت کلروفیل و جلبک‌های آبی-سبز استفاده می‌کند.

• مولکول‌های کلروفیل در معرض نور آبی فلورسانس می‌کنند؛ شدت فلورسانس برای محاسبه غلظت کلروفیل به کار می‌رود.

• فیکوسیانین (رنگدانه‌ای در جلبک‌های آبی-سبز) در معرض نور نارنجی فلورسانس می‌کند؛ شدت فلورسانس برای محاسبه غلظت جلبک‌های آبی-سبز به کار می‌رود.

پذیرش در محل کار

آنالیزورهای آنلاین سری JDMPA شرکت JIDE اکنون به‌طور گسترده در اقیانوس‌ها و دریاچه‌های بزرگ سراسر چین استفاده می‌شوند. مهندسان از پوشش مقاوم و بادوام، پروتکل ارتباطی باز MODBUS که شبکه‌سازی را آسان می‌سازد، و طراحی ماژولار قابل نگهداری و تعویض آسان این دستگاه‌ها قدردانی می‌کنند. این ویژگی‌ها سری JDMPA را به انتخاب مورد علاقه متخصصان حوزه مربوطه تبدیل کرده‌اند.