كيف يتم اختيار أجهزة قياس مستوى المياه في صناعة معالجة مياه الصرف الصحي؟

تُشكّل أجهزة قياس مستوى السوائل نسبة كبيرة من تطبيقات معالجة مياه الصرف الصحي، وتُستخدم في جميع مراحل عملية المعالجة تقريبًا. في معالجة مياه الصرف الصحي، يلزم قياس مستويات السوائل في مياه الصرف الصحي، والحمأة، والمحاليل الكيميائية، وغيرها.

في أنظمة التحكم الآلي لأنظمة الصرف الصحي، لا يقتصر دور مقياس مستوى السائل على قياس مستوى السائل فحسب، بل يشمل أيضاً التحكم الآلي في تشغيل وإيقاف مضخة السلسلة، بالإضافة إلى التحكم في فتح وإغلاق الصمامات. لذا، يُعدّ اختيار مقياس المستوى المناسب أمراً بالغ الأهمية لتلبية متطلبات عملية الإنتاج على النحو الأمثل.

1. مقياس مستوى الرادار

يرسل هوائي مستشعر الرادار إشارات موجات كهرومغناطيسية على شكل شعاع، تنعكس الموجة المرسلة على سطح المادة المراد قياسها، ويستقبل الهوائي الإشارة المنعكسة. تُجمع كل نقطة في الشعاع المرسل والمنعكس باستخدام طريقة أخذ العينات بالموجات فوق الصوتية. تُعالج الإشارة بواسطة معالج ذكي لحساب المسافة بين الوسط والمسبار، ثم تُرسل إلى شاشة العرض الطرفية للعرض أو الإنذار أو التشغيل، وما إلى ذلك. تتناسب المسافة من سطح المادة (D) طرديًا مع زمن انتقال النبضة (T): D = C × T / 2، حيث C هي سرعة الضوء. إذا عُرفت المسافة إلى الخزان الفارغ (E)، فإن المستوى (L) يُحسب كالتالي: L = E - D

ميزات مقياس مستوى الرادار:

(1) مقياس مستوى الرادار يتميز بتصميم متكامل، بدون أجزاء متحركة، بدون تآكل ميكانيكي، وعمر خدمة طويل.

(2) نظرًا لخصائص الموجات الكهرومغناطيسية، فإنها لا تتأثر بالبيئة المحيطة. ولذلك، فإن استخداماتها في القياس واسعة نسبيًا. لا يلامس مسبار مقياس مستوى الرادار سطح الوسط، مما يجعله قياسًا لا تلامسيًا، ويمكنه قياس مختلف الوسائط بدقة وسرعة. كما أن المسبار لا يتأثر تقريبًا بدرجة الحرارة أو الضغط أو الغازات، وما إلى ذلك. ويمكن استخدامه في ظروف العمل الصعبة، والتغيرات الكبيرة، وفي البيئات التي لا يُناسبها مقياس مستوى الموجات فوق الصوتية، مثل الماء والبخار والرغوة.

(3) مقياس مستوى الرادار مناسب أيضًا للاستخدام في المحرك، حيث يكون مستوى السائل غير متوقع ومتغير في بعض الأحيان.

(4) سعر مقياس مستوى الرادار مرتفع نسبيًا، ولكن يمكن تطبيقه تقريبًا على عملية التحكم في مستوى معالجة مياه الصرف الصحي.

ثانياً: مقياس مستوى ذو غطاء مغناطيسي

المبدأ: يعمل مقياس مستوى السائل وفقًا لمبدأ الطفو والاقتران المغناطيسي. فعندما يرتفع مستوى السائل في الوعاء المراد قياسه أو ينخفض، يرتفع وينخفض ​​العوامة الموجودة في الأنبوب الرئيسي للمقياس تبعًا لذلك، وينتقل المغناطيس الموجود داخل العوامة إلى مؤشر المجال عبر الاقتران المغناطيسي، مما يدفع عمودًا أحمر وأبيض قلابًا للدوران 180 درجة. فعندما يرتفع مستوى السائل، يتحول لون العمود القلاب من الأبيض إلى الأحمر، وعندما ينخفض، يتحول لونه من الأحمر إلى الأبيض. وتمثل الحدود الحمراء والبيضاء للمؤشر الارتفاع الفعلي لمستوى السائل في الوعاء، وذلك لتحقيق قراءة دقيقة لمستوى السائل.

مميزات مقياس مستوى اللوحة القلابة المغناطيسية:

(1) هيكل بسيط، شاشة عرض واضحة، قراءة بديهية، مناسب بشكل خاص للعرض في الموقع.

(2) فتحات أقل للمعدات، بشكل عام يتم استخدام مقياس مستوى اللوحة المغناطيسية مع مخرج عن بعد، بحيث تتم المراقبة في الموقع وعن بعد.

(3) وفقًا لوسائل الإعلام، مثل سهولة اتساخها وسهولة انسدادها، فمن الضروري تنظيف الأنبوب الرئيسي بانتظام لإزالة الرواسب في خط الأنابيب، وذلك لضمان دقة القياس.

في عملية معالجة مياه الصرف الصحي، يستخدم مقياس مستوى القلاب المغناطيسي بشكل شائع في خزانات المذيبات الكيميائية، وخزانات الأحماض، وخزانات القلويات، وغيرها من قياسات مستوى السوائل.

ثالثًا: مقياس مستوى الموجات فوق الصوتية

مقياس مستوى بالموجات فوق الصوتية تعتمد هذه التقنية على مبدأ انعكاس الموجات فوق الصوتية على سطح السائل لقياس مستوى السائل عن بُعد، أي أنها تستخدم مبدأ قياس المسافة بالصدى. فعندما يرسل مسبار الموجات فوق الصوتية نبضة قصيرة إلى سطح السائل، يستقبل بعد فترة زمنية (t) نبضة الصدى المنعكسة من سطح السائل.

لذا، يمكن إيجاد المسافة من المجس إلى سطح السائل وفقًا للصيغة التالية: نعتبر المسافة من مجس الموجات فوق الصوتية إلى قاع الوعاء h، ثم مستوى السائل الفعلي. حيث v هي سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية في الوسط المقاس (أي سرعة الصوت م/ث)، مما يعني أنه بمعرفة سرعة الصوت v، يمكن قياس الزمن t بدقة، ومن ثم تحديد ارتفاع مستوى السائل H.

مميزات جهاز قياس مستوى السوائل بالموجات فوق الصوتية:

(1) يمكن لمقياس مستوى الموجات فوق الصوتية إجراء قياس بدون تلامس، وتشغيل مستقر وموثوق: يتم تركيب مقياس مستوى الموجات فوق الصوتية في الصومعة، وخزان السائل أعلاه، وليس على اتصال مباشر بالمادة، للتغلب على نماذج مقياس مستوى السائل (المادة) الأخرى التي تتلامس مباشرة مع المادة وما ينتج عن ذلك من عيوب.

(2) يمكن قياس مجموعة واسعة من السوائل والكتل والمساحيق.

(3) يمكن أن يكون قياسًا مستمرًا بنقطة ثابتة، ويمكنه بسهولة توفير القياس عن بعد والتحكم عن بعد في إشارة القياس.

(4) تركيب بسيط ومريح، ولا يتطلب حماية أمنية.

عيوب أجهزة قياس مستوى السوائل بالموجات فوق الصوتية:

(1) قد تحتوي أجهزة قياس مستوى السوائل بالموجات فوق الصوتية على منطقة غير مرئية، لذا يجب تجنب هذه المنطقة عند تركيبها. فعندما يقع مستوى السائل داخل هذه المنطقة، لن يتمكن جهاز الإرسال من قياسه. لذلك، عند تحديد نطاق جهاز قياس مستوى السوائل بالموجات فوق الصوتية، يجب ترك هامش أمان كافٍ لهذه المنطقة. عند التركيب، يجب أن يكون مسبار جهاز الإرسال أعلى من أعلى مستوى في هذه المنطقة. هذا يضمن دقة مراقبة مستوى السائل وسلامة جهاز قياس مستوى السوائل بالموجات فوق الصوتية.

(2) في حالة استخدام مقياس مستوى بالموجات فوق الصوتية مع الرغوة، لا تستطيع الموجات الصوتية اختراق الرغوة، بل تنعكس داخلها، مما يؤدي إلى انحراف كبير في قياس المستوى الفعلي. لذا، يمكن إضافة الرغوة إلى جهاز إزالة الرغوة في خزان السائل لتقليل تكوّنها وضمان دقة القياس.

(3) يتأثر مقياس مستوى السائل بالموجات فوق الصوتية الموجود في الحاوية المزودة بمحرك تقليب بحركة المحرك، مما يؤدي إلى انعكاس صدى زائف، وبالتالي قياس غير دقيق. يمكن تقليل تأثير المحرك على قياس مستوى السائل بالموجات فوق الصوتية عن طريق تقليل سرعة المحرك وتركيب مقياس المستوى بعيدًا عن مركزه.

(4) تؤثر درجة حرارة الوسط المقاس أيضًا على مقياس مستوى الماء بالموجات فوق الصوتية، خاصةً في الحاويات المغلقة. ففرق درجة حرارة الوسط عن درجة حرارة الوسط المحيط يؤدي إلى تكثف قطرات الماء حول المجس، مما يؤثر على دقة القياس. يمكن تركيب جهاز في مقياس مستوى الماء بالموجات فوق الصوتية، موصول بأنبوب هواء مضغوط، لتوجيه الهواء نحو المجس، لتقليل فرق درجة الحرارة بين الوسط والحاوية، وبالتالي تقليل تأثير تكثف قطرات الماء على المجس في القياس.

رابعاً: مقياس مستوى الضغط الهيدروستاتيكي

تعتمد طريقة قياس مستوى السائل بالضغط الهيدروستاتيكي على مبدأ أن الضغط الهيدروستاتيكي لعمود السائل يتناسب طرديًا مع ارتفاعه، وذلك لتحقيق قياس مستوى السائل من خلال قياس الضغط الهيدروستاتيكي الناتج عن ارتفاع عمود السائل. أما مقياس مستوى الضغط التفاضلي، فيعتمد على مبدأ تغير الضغط الهيدروستاتيكي الناتج عن عمود السائل بتغير مستوى السائل في الوعاء.

يُستخدم مقياس مستوى السائل الهيدروستاتيكي لقياس مستوى السائل عن طريق قياس الضغط الساكن الناتج عن ارتفاع مستوى السائل. وبمعرفة الضغط P = ρgh، وكثافة السائل ρ، وتسارع الجاذبية الأرضية g، يمكن إيجاد مستوى السائل h بمعرفة الضغط المقاس P.

يتم إدخال نوع من أجهزة قياس الضغط لقياس مستوى السائل مقياس المستوى أي أن جهاز قياس المستوى يوضع في مستوى السائل المراد قياسه في النباتات الوسيطة، ومع تغير مستوى السائل، يقوم جهاز إرسال الضغط في السيليكون الانتشار وعناصر الكشف عن الضغط الأخرى بتحويل الضغط الساكن إلى إشارة مقاومة للكشف عن مستوى السائل، ويمكن وضع مقياس مستوى الإدخال مباشرة في الوسط المراد قياسه.

خصائص مقياس مستوى ضغط الإدخال:

(1) بنية بسيطة، بنية صلبة، لا توجد أجزاء متحركة.

(2) سهل التركيب والاستخدام، وعمر الخدمة طويل.

(3) نطاق القياس واسع نسبياً، ويمكن قياسه من الماء والزيت إلى لزوجة الطور، إلخ.

(4) لا يتأثر بالتقرحات المتوسطة المقاسة، أو الترسيب، أو التثبيت الكهربائي، أو تآكل إجهاد المادة، أو الاهتزاز، أو الصدمات.

(5) رخيص الثمن وموثوقية عالية نسبياً.

(6) عند التركيب، يجب الانتباه إلى اختيار سائل سلس نسبيًا، والتقلبات في أماكن التركيب الصغيرة، وإذا لم يكن من الممكن تجنب تأثير تدفق المياه والاهتزاز الاحتكاكي، فمن الضروري تركيب أنبوب عزل، وتقليل تأثير تدفق المياه، لضمان دقة واستقرار القياس.

(7) عند تركيب مقياس مستوى الإدخال، من الأفضل ترك قاع المسبح أو قاع الخزان من 100 مم إلى 200 مم، وذلك لتقليل قاع المسبح أو قاع الخزان بسبب الطمي والرواسب، مما يؤثر على دقة القياس.

(8) في البيئات ذات جودة المياه الرديئة، وخاصةً عندما تحتوي المياه على كميات كبيرة من المواد الصلبة العالقة والشوائب، يسهل انسداد فتحة الضغط، مما يؤثر على دقة القياس. لذا، يلزم تنظيف مقياس المستوى بانتظام، وتنظيف فتحة الضغط لضمان دقة القياس واستقراره.

تُعدّ أجهزة قياس مستوى الضغط مناسبة للاستخدام في العمليات التي تتطلب جودة مياه عالية، مثل أحواض تجميع السوائل الطافية، وأحواض الترشيح، وأحواض التصفية، وأحواض التصريف الخارجي، وأحواض مفاعل الدفعات المتسلسلة (SBR). كما يمكن استخدامها في خزانات التكثيف والتنظيم المزودة بآلية تقليب، وذلك عن طريق تركيب أنابيب عزل لمنع تراكم شوائب الحمأة في قاع الخزان.

خامساً: ملخص

باختصار، نظراً لأن عملية معالجة مياه الصرف الصحي تتضمن العديد من المناسبات التي تتطلب قياس المستوى، وأيضاً نظراً لخصائص عملية معالجة مياه الصرف الصحي نفسها، فإن اختيار مقياس المستوى المناسب في عملية الاختيار يعتمد بشكل كبير على احتياجات كل عملية وخصائص الوسط، حيث أن دقة وموثوقية قياس العملية واستقرارها واقتصادية عمرها الافتراضي سيكون لها تأثير كبير.

يُنصح، في حال توفر التمويل، باختيار جهاز قياس مستوى السائل عالي الدقة، قليل الصيانة، وطويل العمر. يضمن ذلك تشغيلاً موثوقاً ومستقراً وآمناً لمستوى مياه الصرف الصحي.