מערכת ניטור מקוון מרובה פרמטרים לאגמים ולבמות

רקע לפיתוח המוצר

גופי מים גדולים ברחבי העולם — אוקיינוסים וימות כאחד — נמצאים בפני דרגות שונות של זיהום. הסיבה לכך היא בעיקר שבני האדם העריכו בטעות את כושר ההצטננות העצמי של מערכות המים הרחבות הללו, מה שהוביל לפליטות לא חוקיות שנבעו מחוש רע מוטעה של בטיחות. בשנים האחרונות, משברים טיפוסיים של זיהום מים התרחשו לעיתים תכופות בכל יבשת עיקרית.

אוסטרליה – שונית המחסום הגדולה: סקרים סביבתיים שנערכו בשנת 2025 חשפו אוטרופיקציה חמורה. מלחים מזינים כגון חנקן וזרחן נמצאו ברמות קריטיות גבוהות, מה שהוביל לאיומים חוזרים של לבנות קורל ולהתפרצויות של כוכב ים. קהילות הקורל על קרקעית הים נפגעו בצורה רחבה.

ניגריה – דלתת נהר הניגר: זיהום נפט ומתכות כבדות גרם למוות המוני של יערות המנגrove. תחנת הדגים הלאומית קרסה כמעט לחלוטין, ושיעורי מחלות הסרטן בקרב התושבים המקומיים עלו באופן משמעותי.

אירופה – הים הבלטי: זיהום באזוט ופוספור גורם לפריחות אצות עצומות כמעט בכל שנה, מה שפוגע קשות בתעשיית הדיג. ובכל זאת, פליטת מי בוץ מהערים הסמוכות ממשיכה ללא בקרה.

בסין, גופי מים מרכזיים כגון אגם דיאנצ'י, אגם טאי ואגם הונג חוו פריחות אצות שנבעו מהעשרה. הים הדרומי של סין והים המזרחי של סין סבלו גם הם מזיהום קשה עקב פליטת מי בוץ ודליפות נפט, מה שהוביל להפסדים כלכליים בלתי ניתנים לכימות לתעשיית הדיג, לאקוסיסטמים ולתיירות.

בתגובה לדרישה הגוברת לניטור גופי מים גדולים, פיתחה JIDE מערכת חיישנים מקוונת רב-פרמטרית שנועדה במיוחד לאוקיינוסים ולאגמים. בהתחשב במגבלות הטכנולוגיות הקיימות כרגע, פרמטרים כגון סך הפוספורוס וסך החנקן עדיין קשים למדידה ישירה בעזרת חיישנים. לפיכך, בחלק הפתוח של האוקיינוסים ובמרכז אגמים גדולים, המערכת מותקנת על תחנות ציפה גדולות.

היא יכולה למדוד פרמטרים מרכזיים כולל:

• טמפרטורה

• pH

• ORP (פוטנציאל חמצון-חיזוק)

• מוליכות/חומר מומס כולל (TDS)

• חמצן מסופח

• עכירות/חומר תלוי (SS)

• כלורופיל

• אצות כחולות-ירוקות

• יון אשלגן (K⁺)

• יון אמוניום (NH₄⁺)

• יון ניטראט (NO₃⁻)

• יון כלוריד (Cl⁻)

• יון פלואוריד (F⁻)

מדידות אלו מספקות מערכת עקבה בזמן אמת ויכולת אזהרה מוקדמת לרמות מוגזמות של חומרים מזינים, ליצירת אוטרופיקציה, לפריחות אצות ולירידה ברמות החמצן.

JDMPA - 6S – הגרסה הגבוהה ביותר

מודל ה-JDMPA - 6S הוא הגרסה הגבוהה ביותר בסדרה. יחידת הבסיס יכולה לקלוט עד שבעה חיישנים. החיישנים פועלים על פי עקרונות זיהוי אלקטרוכימי, אופטי ופיזי כדי למדוד את הפרמטרים המקבילים להם.

כל יציאות החיישנים ביחידת הבסיס משתמשות בממשק אוניברסלי. ניתן להתקין חיישנים בכל יציאה, והיחידה הראשית מזהה באופן אוטומטי את סוג החיישן. יחידת ה-JDMPA-6S הראשית יכולה לקרוא את נתוני החיישנים, לקבוע את פרמטרי החיישנים ולבצע פעולות קליברציה. בהתאם להגדרות המשתמש, היא יכולה לאחסן את הנתונים באופן מקומי, לשלוח אותם לפלטפורמת איסוף נתונים או לשלוח אותם ישירות למחשב או לטלפון נייד. תקשורת הנתונים נתמכת הן באמצעות העברה חוטית והן באמצעות העברה אלחוטית דרך Bluetooth.

עקרונות המדידה של כל פרמטר

1. עומק

JIDE משתמשת בחיישן לחץ — אלמנט מדידה פיזורסיסטיבי המופרד על ידי דיאפרגמה קשוחה מפלדת אל חלד — למדידת עומק המים. אחת הצדדים של החיישן פונה למים, בעוד הצד השני חשוף לריק כדי למדוד את הלחץ. העומק מחושב על ידי הפחתת הלחץ האטמוספירי מהלחץ של המים.

גורמים המשפיעים על מדידת העומק כוללים את הלחץ האטמוספרי, צפיפות המים וטמפרטורה. ביצוע קליברציה של "אפס" באוויר מספקת מדריך בהשוואה ללחץ האטמוספרי המקומי.

2. מוליכות

JIDE משתמש בארבעה אלקטרודות גרפיט למדידת המוליכות של תמיסה. שתי אלקטרודות מודדות זרם, ושתי האחרות מודדות מתח; המוליכות מחושבת מהמדידות האלה. ערך המוליכות המתקבל מכפיל את קבוע התא (ב-1/ס"מ) כדי להמיר אותו למוליכות במיליסימנס לסנטימטר (mS/cm).

כל חיישן כולל חיישן טמפרטורה פנימי. עם זאת, ערך הטמפרטורה שנמדד על ידי חיישן זה אינו נרשם או מוצג; הוא משמש באופן ייחודי לפיצוי החיישן. הקליברציה של ערכי הטמפרטורה מתבצעת בהתייחסות לחיישן הטמפרטורה שבחיישן המוליכות.

3. חמצן מומס

חיישן החמצן המומס האופטי של JIDE מבוסס על עיקרון דעיכת הפלואורסצנציה. אור כחול באורך גל ספציפי מופנה לחומר פלואורסצנטי שנקבע על בסיס זכוכית, מה שגורם לחומר לפלואורסצנט. בחוסר חמצן, משך הפלואורסצנציה הוא הארוך ביותר. כאשר חמצן נוכח על קרום החיישן, משך הפלואורסצנציה מתארך.

כדי להבטיח דיוק ויציבות, אור אדום נפלט לעבר החומר הפלואורסצנטי בכל מחזור מדידה כמקור הפניה לקביעת משך הפלואורסצנציה.

ריכוז החמצן נמצא ביחס הפוך למשך הפלואורסצנציה. קשר זה ניתן לתיאור כמותי על ידי משוואת שטרן-וולמר:

((T₀/T) – 1) לעומת הלחץ החלקי של O₂.

זו אינה מערכת יחסים ליניארית לחלוטין (במיוחד בלחצים גבוהים של חמצן); הנתונים הרלוונטיים דורשים ניתוח רגרסיה לא ליניארי פולינומי. מאפיין אי הליניאריות הזה אינו משתנה באופן משמעותי לאורך זמן ולא ישפיע על דיוק המדידה לתקופה ממושכת.

4. pH / ORP / AMMO (אמוניום) – אופציונלי

המערכת מורכבת מאלקטרודת pH וממודול מעגל קדמי למדידת חומציות/בסיסיות של המים, או מאלקטרודת ORP וממודול מעגל קדמי למדידת פוטנציאל החזרה-חמצון. ORP הוא מדידה לא כימית שמייצגת את הפוטנציאל הכולל של כל החומרים המומסים בתווך.

לחלופין, ניתן לבחור חיישן אמון (NH₄⁺). הוא מורכב מאלקטרודת אמון וממודול מעגל קדמי. כאשר משתמשים באלקטרודת אמון יחד עם אלקטרודת ייחוס, היא מודדת מתח במיליוולט, אשר לאחר מכן ממורכב לערך ריכוז היונים באמצעות שיטה חישובית ספציפית.

כדי לקלות את תהליך התיקון, החיישן מצויד בעיצוב ייחודי שמאפשר החלפת אלקטרודה או כיסוי הממברנה בשטח. מתחבר נמצא בין מודול המעגל העליון לאלקטרודה. כדי להחליף את האלקטרודה, פשוט פותחים את האלקטרודה הישנה ומרכיבים אחת חדשה – אין צורך בצעדים נוספים.

5. עכירות

עכירות היא מדידה לא ישירה של ריכוז החומרים הלא מסיסים המרחפים במים. חיישן העכירות פולט אור אינפרא אדום לתוך הדגימה ומודד את האור המפוזר על ידי חלקיקים במים. עכירות מהווה מדד חשוב באיכות המים וכן פרמטר בסיסי להערכת שינויים סביבתיים. החומרים הלא מסיסים המרחפים במגוון מקורות טבעיים (למשל: חרסית, טין, משקעים, אצות וחומר אורגני) משפיעים על מעבר האור ויוצרים אות עכירות.

6. סה"כ אצות

חיישן האלגיים הכולל משתמש באיזון דו-אורך גל כדי למדוד בו זמנית את ריכוזי الكلורופיל ואלגי הכחול-ירוק.

• מולקולות כלורופיל מקרינות פלואורסצנציה כאשר נחשפות לאור כחול; עוצמת הפלואורסצנציה משמשת לחישוב ריכוז הכלורופיל.

• פיקוציאנין (פסיגמנט הנמצא באלגי הכחול-ירוק) מקרין פלואורסצנציה כאשר נחשף לאור כתום; עוצמת הפלואורסצנציה משמשת לחישוב ריכוז אלגי הכחול-ירוק.

אמצה בשטח

מערכת המנתחים המקוונים JDMPA של JIDE משמשת כיום באופן נרחב באוקיינוסים וبحירות גדולות ברחבי סין. מהנדסים מעריכים את הגוף החזק והעמיד, את פרוטוקול התקשורת הפתוח MODBUS שמאפשר חיבור קל לרשת, ואת העיצוב המודולרי שמאפשר תחזוקה קלה והחלפה פשוטה של רכיבים. תכונות אלו הפכו את סדרת JDMPA לבחירה המועדפת בקרב מקצוענים בתחום.