ابزار حفاظت از آب آشامیدنی
این مقاله تحقیقی است پیرامون استفاده از دستگاه های کنترل آنلاین آب شرب در شهرها برای مقابله با رخدادهای نامطلوب کیفی آب
مردم در سراسر دنیا انتظارات زیادی در مورد کیفیت آب آشامیدنی شان دارند. اگر عوامل بیماری زا و یا مواد سمی وارد سیستم لوله کشی شوند، به سرعت میتواند باعث عفونی شدن یا آسیب دیدن بسیاری از مردم شوند. به همین دلیل است که این ریسک همواره باید در سطح پایین باقی بماند. برای این کار دانشمندان تکنولوژی هایی را در زمینه تصفیه آب توسعه داده اند که بتوانند نظارت جامعی در همه مراحل داشته باشند و در مواقع بروز اشکال، هشدار های لازم را داده و حتی برنامه هایی برای سیستم مدیریت اضطراری داشته باشد.
نظارت آنلاین لوله های تامین آب شرب : حسگر پهنای باند بیولوژیکی آکوا بیوتکس AquaBioTox بلافاصله به مواد سمی در آب واکنش نشان می دهد.
آب نوشیدنی لازمه هر انسانی است. عملیات تصفیه آب و نگهداری و تاسیسات آب نه تنها باید سیستم عرضه آب را در برابر ورود ناخالصی ها محافظت کنند، بلکه سیستم آبرسانی باید در برابر دستکاری های احتمالی نیز محافظت شود. هر روز نمونه های آب جمع آوری می شوند و کیفیت آب آشامیدنی در آزمایشگاه مورد بررسی قرار می گیرد. اما چنین تجزیه و تحلیلی نیاز به زمان دارد.
"امروزه یک نظارت دقیق جهت شناسایی مستمر و سریع آب مورد نیاز است که بتواند مواد سمی غیر منتظره ای را که وارد آب شده اند شناسایی کند. حتی چند قطره از مواد خطرناک میتواند عواقب مخربی داشته باشد.
سمومی که راه خود را به تجهیزات آبی می یابند، در چند ساعت می توانند به دست میلیون ها مصرف کننده برسند." این مطلب را دکتر توماس برنارد Thomas Bernard متخصص مدل های جریان در موسسه فرانهوفر Fraunhofer در آپترونیکس Optronics ـ تکنولوژی سیستم و بهره برداری تصویری IOSBدر کارلزوهه Karlsruhe ـ توضیح می دهد.
جهت محافظت مردم، باید توانایی تشخیص هر چه سریعتر مواد خطرناک و اینکه چگونه منتشر خواهند شد را داشته باشیم. در یک طرح تحقیقی و صنعتی که با مشارکت چند موسسه دیگر انجام شد، این دانشمند و تیمش در یک پروژه آلمانی ـ فرانسوی با عنوان مدیریت آنلاین ایمنی و ابزار معتبر برای شبکه های توزیع آب Smart-OnlineWDN ، ابزاری را توسعه داده اند که استفاده از آب را سرعت بخشیده و در مواقع اضطراری برای محافظت از مردم اقدامات متقابلی انجام می دهد.
این پروژه توسط وزارت آموزش و پژوهش آلمان BMBF و آژانس تحقیقات ملی فرانسه ANR پشتیبانی می شد. اداره توزیع و تاسیسات آب برلین BWB Berliner Wasserbetriebe این پروژه را هماهنگ کرده است.
شبیه ساز آنلاین، مسیر آب را محاسبه می کند
ایجاد یک مدل ریاضی برای شبیه سازی شبکه هیدرولیک تجهیزات آب آشامیدنی و توزیع پارامترهای کیفی در سیستم های لوله کشی، باعث می شود بتوان چندین کار را همزمان انجام داد. بر اساس شبیه سازهای متعدد، به منظور اطمینان از شناسایی زود هنگام ناخالصی ها، می توان مکان های مناسب برای حسگر را مشخص کرد. بعلاوه اگر یک زنگ هشدار خاموش شود، مدل شبیه سازی آنلاین میتواند در تعیین دقیق منبع آلودگی کمک کند.
دانشمندان برای اینکه آلودگی را در یک نقطه متمرکز کنند و برای محاسبه اینکه ناخالصی ها در چند ساعت آینده و در کجا پخش خواهند شد، الگوریتمی را توسعه دادند. اما محاسبه و پیش بینی مسیر آب و در نتیجه مسیر مواد سمی حتی برای برنارد کار آسانی نبود. زیرا جریان آب در شبکه تامین در همه جا یکسان نیست. "این تغییرات به فشار لوله های آب، قطر و شکل هندسیشان و تعداد مصرف کنندگان بستگی دارد. و جریان آشفته و نامنظم در جاهایی اتفاق می افتد که سیستم های لوله کشی چند شاخه ای می شوند."
تست ها در مرکز تکنولوژی آب TZW در منطقه درسدن Dresden انجام شدند، که یک شبکه لوله کشی پیچیده از پلکسی گلاس Plexiglas دارد. این امر به برنارد و شرکای فرانسویش در ساخت ماژول تشخیص هوشمند، کمک بسیاری می کند. در مرکز درسدن، حسگرها حرکت آب را ثبت می کنند. فیزیکدانان با استفاده از مقادیر اندازه گیری قادر به بهینه سازی شبیه سازی کامپیوتری شدند.
هدف از اینکار، محاسبه جریان آب در شبکه تامین آب تمامی شهرها در زمان واقعی است. سرپرست گروه میگوید: "چنین شبیه سازی می تواند شرکت های تاسیساتی را در تصمیم گیری درست در مواقع اضطراری کمک کند، اما تنها زمانی موثر است که به اندازه کافی دقیق و سریع باشد."
زنگ هشدار فقط در مواقع اضطراری
نرم افزار هوشند، مقادیر قابل اندازه گیری جریان آب را از قبیل تیرگی، دما، فشار، کلر و اکسیژن، درجهPH و همچنین مقدار آلودگی آب مورد محاسبه قرار می دهد. اما هنگامی که مقادیر بحرانی شوند، زنگ هشدار سیستم بلافاصله به صدا در نمی آید. در عوض در ابتدا به دنبال علل احتمالی میگردد. آیا تاکنون منابع مختلف آب شیر فلکه داشته اند؟ آیا یک پمپ باز یا بسته شده است؟ برنارد میگوید: "بیش از ۹۰ درصد ناهنجاری ها از طریق تغییرات در شرایط عملیاتی ایجاد می شود و هیچ دلیلی برای زنگ هشدار محسوب نمی شود."
این سیستم در حال حاضر در استراسبورگ Strasburg اجرا شده و کیفیت آب شبکه را در زمان واقعی تحت نظر دارد. حسگرهای کیفی آب و هیدرولیک در شبکه لوله کشی، اطلاعاتی به پایگاه داده می دهد. سپس داده های جمع آوری شده به یک سیستم کنترل فرایند ارسال می شود. در مواقع اضطراری اقدامات متقابل از قبیل خارج کردن آب آلوده از طریق مسیرهای فرعی یا مسدود کردن بخش هایی از شبکه تامین آب آغاز می شود.
کنترل از طریق ایستگاه نظارت
مدل های آینده کارایی و توان بیشتری دارند: در پروژه آلمانی و فرانسوی ResiWater ، دانشمندان IOSB روی امنیتIT بهتر برای دستگاه تصفیه آب آشامیدنی و بر یک ماژول پیشرفته تر برای ایجاد زنگ هشدار کار می کنند. همراه با استراسبرگ سیستم آب آشامیدنی پاریس نیز در آینده تحت نظارت خواهد بود.
علاوه بر این، شرکای این پروژه بر ایستگاه نظارتی ای متمرکز شدند که هزاران داده حسگر را گرفته و به وضوح نشان میدهد، اطلاعات را به صورت تصویر مجسم میکند و آن را ذخیره سازی می نماید. همچنین بطور خودکار گزارشاتی را تولید می کند. به عنوان مثال، نوسانات موجود در کیفیت آب را میتوان بطور منظم و خلاصه شده مشاهده نمود.
شرکای پروژه ResiWater توسعه این حسگرها را نیز در دست اجرا دارند. به عنوان مثال: موسسه فرانهوفر برای مهندسی سطحی و بیوتکنولوژی IGBدر اشتوتگارت، دانش خود را در اختیار دیگران قرار می دهد.
سال های بسیاری است که بر روی آکوابیوتکس AquaBioTox کار می کنند که یک حسگر حیاتی (بیوسنسور) ساخته شده از سلولهای زنده شفاف می باشد. هنگامی که باکتری ها با مواد سمی در تماس قرار بگیرند، شدت شفافیت کاهش می یابد. نمونه اولیه آکوابیوتکس بعنوان بخشی از پروژه ResiWater کاملا اتوماتیک خواهد شد.
**ن