Che cosè la torbidità?
La definizione di torbidità è la torbidezza o nebulosità di un fluido causata da solidi sospesi che di solito sono invisibili ad occhio nudo. La misurazione della torbidità è un test importante quando si cerca di determinare la qualità dellacqua. È una proprietà ottica aggregata dellacqua e non identifica le singole sostanze; dice solo che cè qualcosa.
Lacqua contiene quasi sempre solidi sospesi costituiti da molte particelle diverse di dimensioni variabili. Alcune delle particelle sono abbastanza grandi e abbastanza pesanti da depositarsi eventualmente sul fondo di un contenitore se un campione viene lasciato in piedi (questi sono i solidi sedimentabili). Le particelle più piccole si depositeranno solo lentamente, se non del tutto (questi sono i solidi colloidali). Sono queste particelle che fanno sembrare lacqua torbida.
Il termine Torbidità (chiamato anche foschia) può essere applicato anche a solidi trasparenti come plastica e vetro.
Che cosa causa la torbidità?
Organismi come il fitoplancton possono contribuire alla torbidità in acque libere . Lerosione e gli effluenti dalle zone altamente urbanizzate contribuiscono alla torbidità delle acque in quelle aree. Ledilizia, lestrazione mineraria e lagricoltura disturbano il suolo e possono portare a livelli elevati di sedimenti che scorrono nei corsi dacqua durante le tempeste. Anche lacqua piovana proveniente da superfici pavimentate come strade, ponti e parcheggi contribuisce alla torbidità.
Nellacqua potabile maggiore è il livello di torbidità, maggiori sono le possibilità che chi lo utilizza possa sviluppare malattie gastrointestinali. Contaminanti come virus e batteri patogeni possono attaccarsi ai solidi sospesi. Questi solidi quindi interferiscono con la disinfezione.
Livelli elevati di torbidità possono ridurre la quantità di luce che raggiunge le profondità inferiori in corpi idrici come fiumi, laghi e bacini artificiali, il che inibisce la crescita di alcune forme di piante acquatiche e possono influenzare negativamente le specie che dipendono da esse, come pesci e crostacei. Livelli elevati di torbidità ostacoleranno anche la capacità del pesce di assorbire lossigeno disciolto. Questa condizione è stata osservata e documentata in tutta la baia di Chesapeake nella regione dellAtlantico centrale degli Stati Uniti.
Come viene misurata la torbidità?
La misura più comune per la torbidità negli Stati Uniti sono le unità di torbidità nefelometrica (NTU).
Esistono diversi modi per controllare la torbidità nellacqua, il più diretto è una misura dellattenuazione, o riduzione dellintensità, di una sorgente luminosa mentre passa attraverso un campione dacqua. Un sistema più vecchio era chiamato metodo Jackson Candle, con unità espresse come JTU o Jackson Turbidity Units. Ha usato una fiamma di candela vista attraverso una chiara colonna piena dacqua. La lunghezza dellacqua attraverso la quale la candela poteva essere vista era correlata alla torbidità nel campione dacqua. Con lavvento della tecnologia dei contatori elettronici questo metodo non viene più utilizzato.
Le particelle sospese nellacqua disperderanno un fascio di luce focalizzato su di esse. La luce diffusa viene quindi misurata a vari angoli dal percorso della luce incidente. Questo è ora accettato come una misura più precisa della torbidità. Per misurare la torbidità in questo modo utilizzare un nefelometro, come LaMotte 2020we. Nefele è la parola greca per “nuvola”; metric significa “misura”. Nefelometrico, quindi, significa “misurare la nuvolosità”. La maggior parte dei nefelometri misura la luce diffusa a 90 °. Se più luce è in grado di raggiungere il rivelatore significa che ci sono molte piccole particelle che disperdono il fascio della sorgente, meno luce che raggiunge il rivelatore significa meno particelle. Le unità di torbidità nefelometriche (NTU) sono le unità di misura utilizzate da un nefelometro che soddisfa i criteri di progettazione dellEPA. La quantità di luce diffusa è influenzata da molti aspetti delle particelle come colore, forma e riflettività. Per questo motivo e per il fatto che le particelle più pesanti possono depositarsi rapidamente e potrebbero non contribuire alla lettura della torbidità, la relazione tra torbidità e solidi sospesi totali (TSS) può cambiare a seconda della posizione in cui è stato raccolto il campione di prova.
Misurando la torbidità in applicazioni ambientali, come oceani, fiumi e laghi, è possibile utilizzare un disco di Secchi. Questo è un disco bianco e nero che viene calato nellacqua fino a quando non può più essere visto. A quella profondità (detta profondità di Secchi) il numero di correlazione viene registrato come misura della limpidezza dellacqua. Il vantaggio nellutilizzo di questo dispositivo in acque aperte è la capacità di misurare la torbidità a varie profondità dove sono presenti più strati di torbidità. Questo dispositivo è anche facile da usare e relativamente economico.
Standard per lacqua potabile e metodi di test
Molte cose possono influenzare il qualità dellacqua potabile, quindi i regolamenti governativi stabiliscono il livello di torbidità consentito. Negli Stati Uniti, i sistemi di acqua potabile pubblica che utilizzano flocculazione o filtrazione diretta per il controllo della torbidità non possono superare 1,0 unità di torbidità nefelometrica (NTU) in uscita dallimpianto di trattamento. Nei campioni raccolti per la misurazione della torbidità la torbidità deve rimanere inferiore o uguale a 0,3 NTU per almeno il 95% di quelli raccolti in un mese. Se un sistema di acqua potabile pubblico utilizza una filtrazione diversa dalla flocculazione o dalla filtrazione diretta, è soggetto al limite di stato individuale, ma anche questi non devono superare un livello di torbidità di 5 NTU. Di solito le utility tentano di mantenere un livello di torbidità di circa 0,1 NTU.
Metodi analitici
I metodi di test analitici pubblicati per la torbidità includono:
Nefelometri e torbidimetri
In questa discussione ci concentreremo sulluso di nefelometri e torbidimetri per analizzare la torbidità nellacqua potabile e in applicazioni ambientali e industriali. La differenza tra i due è sottile. Se il rilevatore di luce è a un angolo di 90 ° rispetto alla sorgente di luce, lo strumento è considerato un nefelometro, se è a un angolo di 180 ° allora è un torbidimetro. Poiché la sorgente o le sorgenti luminose nella maggior parte dei misuratori portatili contengono entrambi i tipi di rilevatori, i misuratori sono generalmente chiamati torbidimetri.
Come affermato in precedenza, la misurazione della torbidità nellacqua potabile è importante perché della possibilità che i batteri possano utilizzare le particelle sospese per “nascondersi” dalle sostanze chimiche utilizzate dalle utility per la disinfezione. Le particelle stesse interagiscono anche con i disinfettanti rendendo difficile mantenere un residuo sufficientemente alto da neutralizzare efficacemente i patogeni presenti.
La maggior parte dei misuratori di torbidità portatili differisce dal tipo di sorgente luminosa che impiegano. I due tipi di solito trovati sono lampadine al tungsteno a incandescenza (luce bianca ) e lampadine LED a infrarossi.
La torbidità di un campione aumenterà con la quantità di solidi non disciolti presenti. Misurare la luce mentre si disperde dal campione a 90 ° langolo è un metodo migliore e più accurato durante la misurazione anello negli intervalli inferiori, < 40 NTU. A distanze maggiori langolo di 180 ° è più preciso. Tra 500 e 1000 NTU la maggior parte dei contatori passerà dalla misurazione allangolo di 90 ° in NTU allangolo di 180 ° e alle unità di attenuazione, o AU. Queste due unità sono direttamente confrontabili.
Un torbidimetro con un design specificato ISO utilizza un LED a infrarossi (LED IR) con una lunghezza donda di 860 nm e un percorso della luce collimato richiesto per i metodi: ISO 7027 / DIN EN 27027 (EN ISO 7027).
I misuratori di torbidità con design specificato dallEPA utilizzano una lampada al tungsteno a incandescenza e sono richiesti per il campionamento di conformità secondo il metodo EPA 180.1 per la determinazione della torbidità mediante nefelometria, che afferma: / p>
“Le differenze nella progettazione fisica dei torbidimetri causeranno differenze nei valori misurati per la torbidità, anche se per la calibrazione viene utilizzata la stessa sospensione. Per ridurre al minimo tali differenze, i seguenti criteri di progettazione deve essere osservato:
- Sorgente luminosa: lampada al tungsteno funzionante a una temperatura di colore compresa tra 2200-3000 ° K.
- Distanza percorsa dalla luce incidente e dalla luce diffusa allinterno del tubo campione: totale non superiore a 10 cm.
- Rivelatore: centrato a 90 ° rispetto alla luce incidente percorso e non superare ± 30 ° da 90 °. Il rivelatore e il sistema di filtraggio, se utilizzato, devono avere una risposta di picco spettrale compresa tra 400 nm e 600 nm.
La sensibilità dello strumento dovrebbe consentire il rilevamento di una differenza di torbidità di 0,02 NTU o inferiore in acque con torbidità inferiori a 1 unità. Lo strumento dovrebbe misurare da 0 a 40 unità di torbidità. Potrebbero essere necessari diversi intervalli per ottenere sia una copertura adeguata che una sensibilità sufficiente per torbidità basse. “
È importante determinare quale tipo di misuratore utilizzare prima dellacquisto. Un servizio di acqua potabile che deve essere conforme al metodo EPA 180.1 dovrebbe utilizzare un nefelometro di tipo al tungsteno. Per la maggior parte delle altre applicazioni dovrebbe essere utilizzato il torbidimetro ISO di tipo IR-LED.
Il motivo è che una sorgente di luce a infrarossi ridurrà al minimo o forse eliminerà linfluenza della colorazione in un campione.Questi possono perdere una certa sensibilità delle particelle più piccole a questa lunghezza donda di 860 nm perché le particelle più piccole tendono a diffondere meno luce a 860 nm rispetto alle lunghezze donda visibili. Il misuratore di “luce bianca” di tipo al tungsteno avrà una sensibilità maggiore per quelle piccole particelle, ma perderà la precisione quando è presente del colore nel campione.
È importante ricordare che con entrambi i tipi di misuratori di torbidità portatili, le particelle fluttuanti e in movimento possono causare lievi deviazioni di misurazione. Affinché questi misuratori forniscano i migliori risultati possibili, è necessario misurare sempre il campione immediatamente, poiché le particelle si depositeranno nel tempo. È meglio mantenere una temperatura costante della lampada evitando di accendere e spegnere frequentemente lo strumento tra i campioni di analisi. Inoltre, la posizione sulle celle del campione deve essere contrassegnata quando vengono posizionate nella camera del campione per eliminare le variazioni nelle fiale di vetro.
Campionamento , Calibrazione e analisi
Ai fini di questa discussione il Torbidimetro LaMotte 2020we / wi essere usato come esempio La maggior parte dei misuratori di torbidità portatili seguiranno simili procedure per la calibrazione e il test. È importante seguire sempre le raccomandazioni del produttore per luso, la cura e la conservazione del misuratore.
Il misuratore dovrebbe essere fornito con una serie di standard di torbidità. In caso contrario, acquistare gli standard consigliati dal produttore per quellunità. I misuratori 2020we / wi vengono forniti con uno standard vuoto o 0 NTU, uno standard 1 NTU e uno standard 10 NTU. È possibile acquistare separatamente standard di livello NTU aggiuntivi. Scegliere sempre standard vicini alla gamma di campioni di torbidità da testare. Per i risultati più accurati selezionare gli standard su un intervallo più piccolo possibile. Lo strumento deve essere calibrato almeno su base mensile, ma la calibrazione deve essere controllata quotidianamente per assicurarsi che sia ancora accurata. È possibile eseguire un controllo scansionando un campione di uno degli standard per vedere che il contatore sta ancora leggendo il vero.
Il test della torbidità nei sistemi idrici regolamentati è fondamentale passo nellassicurare la compliance e lefficacia del trattamento. I migliori risultati si ottengono con unattenta attenzione alla procedura e alla tecnica. La manutenzione dellattrezzatura, inclusi lo strumento, i tubi e la camera del campione, nonché unattenta manipolazione dei campioni ridurrà al minimo le interferenze e fornirà i risultati più accurati. Controllare periodicamente la camera del campione nel misuratore per determinare se si sono verificati graffi. In caso affermativo, far sostituire la camera il prima possibile. Lo stesso vale per le provette dei campioni se si graffiano. Lapplicazione di olio di silicone su superfici di vetro graffiate è sconsigliata poiché ciò può produrre una superficie irregolare di olio sul tubo e alterare le letture finali.
Non importa quanto bene un lo strumento è progettato, può funzionare correttamente solo se si seguono questi dettagli e le corrette calibrazioni.