لزوم کاربرد سیستم های هوشمند پایش کیفی آب

سردبیر محترم کیفیت و عدم دسترسی به آب به عنوان یک چالش اساسی در سراسر جهان و ایران در حال ظهور است و نیاز فزآینده ای به پایش کیفیت آب در طیف وسیعی از منابع شامل، آب آشامیدنی، فاضلاب شهری و صنعتی تا آب های محیطی(رودخانه ها، دریاچه ها، آب های زیرزمینی و اقیانوس ها) وجود دارد [1]. موضوعات موجود در مورد کیفیت آب پیچیده است و شامل طیف گسترده ای از آلاینده های شیمیایی و بیولوژیکی و نو ظهور است که بسیار نگران کننده هستند [2]. فعالیت های پایش می تواند به درک، حفاظت و بهبود زیستگاه های آبی و تجزیه و تحلیل داده های کیفیت آب جهت کمی کردن تغییرات محیطی و توسعه بهترین شیوه های مدیریتی برای تصمیمات آگاهانه، کمک کند. بنابراین، شبکه پایش کیفیت آب (water quality monitoring network:WQMN) عنصر اصلی یا کلیدی برای مدیریت و حفاظت از اکوسیستم آبی است [3]. پایش متداول و سنتی کیفیت آب شامل نمونه برداری در محل و انتقال نمونه ها به آزمایشگاه و آزمایش تعیین خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی آب است [2]. سیستم های پایش کیفی آب سنتی به علت قابلیت تغییرپذیری بالای مکانی-زمانی پارامترهای فیزیکوشیمیایی یا میکروبی آب، دارای محدودیت های زیادی هستند. علاوه بر این، چندین عامل خطا وجود دارد که می توانند بر رویکرد پایش دستی آب بصورت سنتی تاثیر بگذارند. این خطاها شامل: خطاهای انسانی، خطای مربوط به تجهیزات آزمایشگاهی و سایر خطاها می باشد [5-4]. مدیریت مدرن آب به شناسایی مطمین تر (صحت بالا) و سریع تر آلاینده ها نیاز دارد تا پاسخ به موقع و بجا دهد. پایش در زمان واقعی (Real-time monitoring) می تواند پاسخ یا واکنش سریع به نگرانی های مربوط به کیفیت آب را که ناشی از آلودگی منابع طبیعی یا عمدی است، فراهم کند و بیش ترین حفاظت از سلامت عمومی را میسر سازد. در حالت ایده آل، همه پایش کیفیت آب باید به صورت Real-time انجام شود، تا بتوان دقیق ترین و صحیح ترین قضاوت در خصوص کیفیت آب را ارایه داد [2]. برای ارزیابی تغییرات کیفی آب، شناسایی روندها (trends) و تعیین وضعیت کیفیت آب و اکوسیستم آبی، شناسایی آلودگی های نوظهور و آلاینده ها و دستیابی سریع جهت غربالگری (screening) آب برای مواد سمی و عوامل بیماری زا می توان از اطلاعات Real-time استفاده کرد. کاربرد مهم دیگر آن، پایش و بهینه سازی فرآیندهای تصفیه آب و فاضلاب برای اطمینان از انطباق با استانداردهای کیفی آب است [3-2]. سیستم های هوشمند پایش کیفی آب با استفاده از حسگرهای (Sensors) می توانند پارامترهای کیفی آب شامل: pH، اکسیژن محلول (Dissolved Oxygen; DO)، دما، پتانسیل اکسیداسیون-احیاء (Oxidation Reduction Potential; ORP)، BOD، EC، TDS و کدورت بصورت Real time و مداوم اندازه گیری کنند که برای تشخیص سریع آلودگی ها و ایجاد پاسخ سریع به آلودگی ها اهمیت حیاتی دارند. سیستم های هوشمند پایش کیفی آب براساس شبکه حسگر بی سیم (Wireless Sensor Network; WSN) و (Internet of Things; IOT) کار می کنند و می توانند داده های کیفیت آب به صورت Real time و پیوسته از راه دور انتقال و پردازش کنند و محدودیت های مربوط به پایش کیفیت آب را به صورت متداول و سنتی را ندارند. IOT به اشیا و تجهیزات محیط پیرامون مان که به شبکه اینترنت متصل شده و توسط اپلیکیشن های موجود در تلفن های هوشمند و تبلت قابل کنترل و مدیریت هستند، گفته می شود. IoT به طور کلی شامل یک کنترل کننده، سنسور و یک برنامه (Application) برای نمایش داده می باشد. سنسورها دستگاه های متصل به کنترل کننده هستند که برای ثبت مقادیر مانند مقدار PH، هدایت الکتریکی، اکسیژن، شوری و غیره استفاده می شوند. حسگرها مقدار محاسبه شده را جمع می کنند و آن را به کنترل کننده منتقل می کنند. کنترل کننده یک کامپیوتر با اندازه کوچک، با قابلیت اتصال به شبکه و اجرای برنامه ها است. آن می تواند برای دریافت مقادیر از سنسورها برنامه ریزی شود و مقادیر را برای ذخیره سازی و تجزیه و تحلیل به اینترنت منتقل کند. یک برنامه اساسا برنامه ای است که در اینترنت برای دریافت مقادیر از کنترل کننده دسته بندی شده است و در نمایش گر کاربر نمایش داده می شود [6]. شبکه های WSN شامل گره های حسگر(sensor nodes) خودکار، خودپیکربندی و  ایستگاه پایه گره ها (یا مستغرق) است که قادر به اندازه گیری برخی پدیده فیزیکی و انتقال اطلاعات به دست آمده به یک دفتر مرکزی هستند. گره های حسگر در محل های نمونه گیری مختلف پیکره آبی، مستقر می شوند. ارتباط از راه دور بین گره های حسگر و دفتر مرکزی، با استفاده از یک فرستنده رادیویی کم مصرف به منظور به حداکثر رساندن طول عمر گره های حسگر انجام می شود. داده های جمع آوری شده توسط گره های حسگر از طریق دروازه ای به ابر یا پایگاه داده با استفاده از یک شبکه ارتباطی ارسال می شود. داده های سنجش شده از این حسگرها در یک پورتال وب در زمان واقعی در دسترس قرار می گیرند و ذینفعان را قادر می سازد تا در فرآیندهای مدیریت کیفیت آب به طور موثر مداخله کنند [7]. با توجه به محدودیت منابع آب شیرین در کشور، ضرورت دارد که مسیولین و تصمیم سازان مرتبط با مدیریت منابع آب استفاده حداکثری از سیستم های هوشمند پایش کیفی آب جهت پایش و کنترل منابع آب در دستور کار خود قرار دهند تا از آلودگی منابع آب به فاضلاب های شهری، صنعتی و کشاورزی یا شیرابه زباله جلوگیری یا به حداقل برسد تا از صرف هزینه های هنگفت برای تصفیه و سالم سازی آب خودداری شود. به قول سعدی:« علاج واقعه پیش از وقوع باید کرد دریغ سود ندارد چو رفت کار از دست به روزگار سلامت سلاح جنگ بساز وگرنه سیل چو بگرفت، سد نشاید بست»