Hvad er uklarhed?
Definitionen af uklarhed er uklarhed eller uklarhed af en væske forårsaget af suspenderede faste stoffer, der er normalt usynlige for det blotte øje. Måling af uklarhed er en vigtig test, når man prøver at bestemme vandkvaliteten. Det er en samlet optisk egenskab af vandet og identificerer ikke individuelle stoffer; det siger bare, at der er noget.
Vand indeholder næsten altid suspenderede faste stoffer, der består af mange forskellige partikler i forskellige størrelser. Nogle af partiklerne er store nok og tunge nok til i sidste ende at bundfælde sig i bunden af en beholder, hvis en prøve efterlades stående (disse er de faste fælder). De mindre partikler vil kun sætte sig langsomt, hvis overhovedet (disse er de kolloide faste stoffer). Det er disse partikler, der får vandet til at se grumset ud.
Udtrykket uklarhed (også kaldet dis) kan også anvendes på gennemsigtige faste stoffer som plast og glas.
Hvad forårsager uklarhed?
Organismer som fytoplankton kan bidrage til uklarhed i åbent vand . Erosion og spildevand fra stærkt urbaniserede zoner bidrager til uklarheden i vandet i disse områder. Byggeri, minedrift og landbrug forstyrrer jorden og kan føre til forhøjede niveauer af sediment, der løber ud i vandveje under storme. Stormvand fra asfalterede overflader som veje, broer og parkeringspladser bidrager også til uklarhed.
Jo højere graden af uklarhed er i drikkevand, jo større er chancen for, at de, der bruger det, kan udvikle gastrointestinale sygdomme. Forurenende stoffer som vira og patogene bakterier kan binde sig til de suspenderede faste stoffer. Disse faste stoffer interfererer derefter med desinfektion.
Høje turbiditetsniveauer kan reducere mængden af lys, der når nedre dybder i vandområder som floder, søer og reservoirer, hvilket hæmmer væksten af nogle former for vandplanter og kan påvirke arter, der er afhængige af dem, som fisk og skaldyr negativt. Høje turbiditetsniveauer vil også hindre fiskens evne til at absorbere opløst ilt. Denne tilstand er blevet observeret og dokumenteret i hele Chesapeake Bay i det midatlantiske område i USA.
Hvordan måles turbiditet?
Den mest almindelige måling for uklarhed i USA er de nefelometriske turbiditetsenheder (NTU).
Der er flere måder, hvorpå du kan kontrollere uklarhed i vand, hvor den mest direkte er et mål for dæmpning eller reduktion i styrke for en lyskilde, når den passerer gennem en vandprøve. Et ældre system blev kaldt Jackson Candle-metoden med enheder udtrykt som JTU eller Jackson Turbidity Units. Det brugte en stearinflamme set gennem en klar søjle fyldt med vand. Længden af vand, som lyset kunne ses igennem, var relateret til uklarheden i vandprøven. Med fremkomsten af elektronisk målerteknologi anvendes denne metode ikke længere.
Partiklerne suspenderet i vandet spreder en lysstråle fokuseret på dem. Det spredte lys måles derefter i forskellige vinkler fra den indfaldende lysvej. Dette accepteres nu som et mere præcist mål for uklarhed. For at måle uklarhed på denne måde skal du bruge et nefelometer, såsom LaMotte 2020we. Nephele er det græske ord for “sky”; metrisk betyder “mål”. Nephelometric betyder derfor “måling af uklarhed.” De fleste nefelometre måler det spredte lys ved 90 °. Hvis mere lys kan nå detektoren, betyder det, at der er mange små partikler, der spreder kildestrålen, mindre lys, der når detektoren, betyder færre partikler. Nephelometric Turbidity Units (NTU) er måleenhederne, der anvendes af et nefelometer, der opfylder EPA-designkriterierne. Mængden af spredt lys påvirkes af mange aspekter af partiklerne som farve, form og reflektionsevne. På grund af dette, og det faktum, at tungere partikler kan bundfældes hurtigt og muligvis ikke bidrage til turbiditetsaflæsningen, kan forholdet mellem turbiditet og totalt suspenderet fast stof (TSS) ændre sig afhængigt af placeringen, hvor testprøven blev opsamlet.
Måling af uklarhed i miljømæssige applikationer, såsom oceaner, floder og søer, kan en Secchi-disk bruges. Dette er en sort og hvid disk, der sænkes ned i vandet, indtil den ikke længere kan ses. På den dybde (kaldet Secchi dybde) registreres korrelationsnummeret som et mål for klarheden i vandet. Fordelen ved at bruge denne enhed i åbent vand er evnen til at måle uklarhed i forskellige dybder, hvor der er flere uklarhedslag. Denne enhed er også nem at bruge og relativt billig.
Standarder for drikkevand og testmetoder
Mange ting kan påvirke drikkevandskvalitet, så regeringens regler fastsætter det tilladte uklarhedsniveau. I USA må offentlige drikkevandsanlæg, der bruger flokkulering eller direkte filtrering til turbiditetskontrol, ikke overstige 1,0 nefelometrisk turbiditetsenhed (NTU), der forlader rensningsanlægget. I prøverne, der indsamles til måling af turbiditet, bør turbiditeten forblive mindre end eller lig med 0,3 NTU for mindst 95 procent af dem, der er indsamlet i en måned. Hvis et offentligt drikkevandssystem bruger anden filtrering end flokkulering eller direkte filtrering, er de underlagt deres individuelle tilstandsgrænse, men selv disse må ikke overstige et uklarhedsniveau på 5 NTU. Normalt vil forsyningsselskaber forsøge at opretholde et uklarhedsniveau på ca. 0,1 NTU.
Analytiske metoder
De offentliggjorte analytiske testmetoder for uklarhed inkluderer:
Nephelometers and Turbidimeters
I denne diskussion vil vi fokusere på at bruge nephelometers og turbidimetre til at analysere uklarhed i drikkevand og i miljømæssige og industrielle applikationer. Forskellen i de to er subtil. Hvis lysdetektoren er i en vinkel på 90 ° i forhold til lyskilden, betragtes måleren som et nefelometer, hvis den er i en 180 ° vinkel, er det et turbidimeter. Da lyskilden eller kilderne i de fleste bærbare målere indeholder begge typer detektorer, kaldes målerne normalt turbidimetre.
Som tidligere nævnt er turbiditetsmåling i drikkevand vigtig af muligheden for, at bakterier kan bruge de suspenderede partikler til at “skjule” sig for de kemikalier, som forsyningsselskaber bruger til desinfektion. Partiklerne selv interagerer også med desinfektionsmidler, hvilket gør det vanskeligt at opretholde en høj nok rest til effektivt at neutralisere de tilstedeværende patogener.
De fleste bærbare uklarhedsmålere adskiller sig efter den type lyskilde, de anvender. De to typer, der normalt findes, er glødelampe (hvidt lys) ) og infrarøde LED-pærer.
En prøves uklarhed øges med mængden af uopløste faste stoffer til stede. Måling af lyset, når det spreder prøven ud ved en 90 ° vinkel er en bedre og mere nøjagtig metode ved måling ring i de nedre intervaller, < 40 NTU. Ved højere områder er 180 ° vinklen mere præcis. Mellem 500 og 1000 NTU skifter de fleste meter fra måling ved 90 ° vinkel i NTUer til 180 ° vinkel og dæmpningsenheder eller AUer. Disse to enheder er direkte sammenlignelige.
En uklarhedsmåler med et ISO-specificeret design bruger en infrarød LED (IR-LED) med en bølgelængde på 860 nm og kollimeret lysvej, der kræves til metoder: ISO 7027 / DIN EN 27027 (EN ISO 7027).
Uklarhedsmålere med EPA-specificeret design bruger en glødelampe af wolframtype og kræves til prøvetagning i overensstemmelse med EPA 180.1-metoden til bestemmelse af uklarhed ved nefelometri, der siger:
“Forskelle i fysisk udformning af turbidimetre vil medføre forskelle i målte værdier for uklarhed, selvom den samme suspension anvendes til kalibrering. For at minimere sådanne forskelle, er følgende designkriterier skal overholdes:
- Lyskilde: Wolframlampe betjenes ved en farvetemperatur mellem 2200-3000 ° K.
- Afstand krydset af indfaldende lys og spredt lys inden i prøverøret: I alt ikke over 10 cm.
- Detektor: Centreret 90 ° til det indfaldende lys sti og må ikke overstige ± 30 ° fra 90 °. Detektoren og filtersystemet, hvis det anvendes, skal have et spektralt toprespons mellem 400 nm og 600 nm.
Instrumentets følsomhed skal muliggøre detektion af en uklarhedsforskel på 0,02 NTU eller mindre i farvande med turbiditeter mindre end 1 enhed. Instrumentet skal måle fra 0-40 enheder uklarhed. Flere intervaller kan være nødvendige for at opnå både tilstrækkelig dækning og tilstrækkelig følsomhed for lave turbiditeter. ”
Det er vigtigt at bestemme, hvilken type meter der skal bruges, inden du køber. Et drikkevandsprogram, der skal overholde EPA 180.1-metoden, skal bruge et nefelometer af wolframtype. Til de fleste andre applikationer skal IR-LED-typen ISO-turbidimeter bruges.
Årsagen til dette er, at en infrarød lyskilde minimerer eller muligvis eliminerer indflydelsen af farvning i en prøve.Disse kan miste en vis følsomhed for mindre partikler ved denne 860 nm bølgelængde, fordi de mindre partikler har tendens til at sprede mindre lys ved 860 nm end ved synlige bølgelængder. Wolfram-typen “hvidt lys” -måler har en højere følsomhed for disse små partikler, men mister nøjagtighed, når der er en farve i prøven.
Det er vigtigt at Husk, at flydende og bevægelige partikler med begge typer bærbare uklarhedsmålere kan forårsage små måleafvigelser. For at disse målere skal give de bedst mulige resultater, skal man altid måle prøven med det samme, da partikler vil lægge sig over tid. Det er bedst at oprethold en konstant lampetemperatur ved ikke at tænde og slukke for måleren mellem analyseprøver. Også placeringen på prøvecellerne skal markeres, når den placeres i prøvekammeret for at eliminere afvigelser i hætteglassene.
Prøveudtagning , Kalibrering og analyse
Med henblik på denne diskussion vil LaMotte 2020we / wi turbiditetsmåler bruges som et eksempel. De fleste bærbare uklarhedsmålere følger ens procedurer til kalibrering og test. Det er vigtigt altid at følge producentens anbefalinger til brug, pleje og opbevaring af måleren.
Måleren skal leveres med et sæt uklarhedsstandarder. Hvis den ikke gør det, skal du købe de standarder, som producenten anbefaler for den enhed. 2020we / wi-målere leveres med en blank eller 0 NTU-standard, en 1 NTU-standard og en 10 NTU-standard. Yderligere NTU-standarder kan købes separat. Vælg altid standarder tæt på det interval af uklarhedsprøver, der skal testes. For at få de mest nøjagtige resultater skal du vælge standarder over det mindste interval. Måleren skal kalibreres mindst en gang om måneden, men kalibreringen bør kontrolleres dagligt for at sikre, at den stadig er nøjagtig. En kontrol kan udføres ved at scanne en prøve af en af standarderne for at se, at måleren stadig læser sandt.
Test af uklarhed i regulerede vandsystemer er kritisk trin i at sikre overholdelse og behandlingseffektivitet. De bedste resultater opnås ved omhyggelig opmærksomhed på procedure og teknik. Vedligeholdelse af udstyr, herunder måler, rør og prøvekammer samt omhyggelig prøvehåndtering, minimerer interferenser og giver de mest nøjagtige resultater. Kontroller regelmæssigt prøvekammeret i måleren for at afgøre, om der er opstået ridser. Hvis det er tilfældet, skal kammeret udskiftes så hurtigt som muligt. Det samme gælder prøverør, hvis de bliver ridsede. Påføring af silikoneolie på ridsede glasoverflader anbefales ikke, da dette kan producere en ujævn overflade af olie på røret og ændre de endelige aflæsninger.
Ligegyldigt hvor godt en måleren er designet, kan den kun fungere korrekt, hvis opmærksomhed på disse detaljer og korrekte kalibreringer følges.