Co to jest zmętnienie?
Definicja zmętnienia to zmętnienie lub zmętnienie płynu spowodowane przez zawieszone ciała stałe, które są zwykle niewidoczne gołym okiem. Pomiar zmętnienia jest ważnym testem przy próbie określenia jakości wody. Jest to zbiorcza optyczna właściwość wody i nie identyfikuje poszczególnych substancji; po prostu mówi, że coś tam jest.
Woda prawie zawsze zawiera zawieszone ciała stałe, które składają się z wielu różnych cząstek o różnych rozmiarach. Niektóre z cząstek są wystarczająco duże i wystarczająco ciężkie, aby ostatecznie osiąść na dnie pojemnika, jeśli próbka zostanie pozostawiona (są to osiadalne ciała stałe). Mniejsze cząsteczki będą się osadzać powoli, jeśli w ogóle (są to ciała stałe koloidalne). To właśnie te cząsteczki powodują, że woda wygląda na mętną.
Termin zmętnienie (zwany także zamgleniem) można również zastosować do przezroczystych ciał stałych, takich jak plastik i szkło.
Co powoduje zmętnienie?
Organizmy takie jak fitoplankton mogą przyczyniać się do zmętnienia w wodach otwartych . Erozja i ścieki ze stref silnie zurbanizowanych przyczyniają się do zmętnienia wód na tych obszarach. Budownictwo, górnictwo i rolnictwo niszczą glebę i mogą prowadzić do podwyższenia poziomu osadów, które podczas burz spływają do cieków wodnych. Do zmętnienia przyczynia się również woda deszczowa z utwardzonych powierzchni, takich jak drogi, mosty i parkingi.
W wodzie pitnej im wyższy poziom zmętnienia, tym większa szansa, że osoby ją stosujące mogą rozwinąć choroby żołądkowo-jelitowe. Zanieczyszczenia, takie jak wirusy i bakterie chorobotwórcze, mogą przyczepiać się do zawieszonych ciał stałych. Te ciała stałe następnie przeszkadzają w dezynfekcji.
Wysokie poziomy zmętnienia mogą zmniejszyć ilość światła docierającego do mniejszych głębokości w zbiornikach wodnych, takich jak rzeki, jeziora i zbiorniki, co hamuje wzrost niektóre formy roślin wodnych i mogą negatywnie wpływać na zależne od nich gatunki, takie jak ryby i skorupiaki. Wysokie poziomy zmętnienia będą również utrudniać zdolność ryb do wchłaniania rozpuszczonego tlenu. Ten stan został zaobserwowany i udokumentowany w całej zatoce Chesapeake w regionie środkowoatlantyckim w USA.
Jak mierzy się mętność?
Najczęstszym pomiarem mętności w Stanach Zjednoczonych są nefelometryczne jednostki zmętnienia (NTU).
Istnieje kilka sposobów sprawdzenia zmętnienia wody, z których najbardziej bezpośredni jest miarą tłumienia lub zmniejszenia mocy źródła światła przechodzącego przez próbkę wody. Starszy system nazwano metodą Jacksona Candle, z jednostkami wyrażonymi jako JTU lub jednostki mętności Jacksona. Używał płomienia świecy oglądanego przez przezroczystą kolumnę wypełnioną wodą. Długość wody, przez którą można było zobaczyć świecę, jest powiązana ze zmętnieniem próbki wody. Wraz z pojawieniem się technologii liczników elektronicznych metoda ta nie jest już używana.
Cząsteczki zawieszone w wodzie będą rozpraszać skupioną na nich wiązkę światła. Następnie mierzy się rozproszone światło pod różnymi kątami od padającej drogi światła. Obecnie przyjmuje się to jako dokładniejszą miarę mętności. Aby zmierzyć mętność w ten sposób, użyj nefelometru, takiego jak LaMotte 2020we. Nephele to greckie słowo oznaczające „chmurę”; metryka oznacza „miarę”. Dlatego nefelometria oznacza „pomiar zachmurzenia”. Większość nefelometrów mierzy rozproszone światło pod kątem 90 °. Jeśli więcej światła jest w stanie dotrzeć do detektora, oznacza to, że jest wiele małych cząstek rozpraszających wiązkę źródłową, mniej światła docierającego do detektora oznacza mniej cząstek. Nefelometryczne jednostki zmętnienia (NTU) to jednostki miary używane przez nefelometr spełniający kryteria projektowe EPA. Na ilość rozproszonego światła wpływa wiele aspektów cząstek, takich jak kolor, kształt i współczynnik odbicia. Z tego powodu oraz faktu, że cięższe cząstki mogą szybko osadzać się i nie przyczyniać się do odczytu mętności, zależność między mętnością a całkowitą zawartością zawiesiny (TSS) może się zmieniać w zależności od miejsca, w którym pobrano próbkę testową. div id = „f83c5d6bd6”> Do pomiaru mętności w zastosowaniach środowiskowych, takich jak oceany, rzeki i jeziora, można użyć dysku Secchiego. To czarno-biały dysk, który zanurza się w wodzie, aż nie można go już zobaczyć. Na tej głębokości (zwanej głębią Secchiego) korelująca liczba jest zapisywana jako miara przejrzystości wody. Zaletą stosowania tego urządzenia na wodach otwartych jest możliwość pomiaru mętności na różnych głębokościach, na których występuje wiele warstw zmętnienia. To urządzenie jest również łatwe w obsłudze i stosunkowo niedrogie.
Standardy wody pitnej i metody testowania
Wiele rzeczy może wpłynąć na jakości wody pitnej, dlatego przepisy państwowe określają dopuszczalny poziom zmętnienia. W Stanach Zjednoczonych publiczne systemy wody pitnej, które wykorzystują flokulację lub bezpośrednią filtrację do kontroli zmętnienia, nie mogą przekraczać 1,0 nefelometrycznej jednostki mętności (NTU) opuszczającej oczyszczalnię. W próbkach pobranych do pomiaru mętności mętność powinna pozostać mniejsza lub równa 0,3 NTU dla co najmniej 95% próbek pobranych w dowolnym miesiącu. Jeśli publiczny system wody pitnej wykorzystuje inną filtrację niż flokulacja lub filtracja bezpośrednia, to podlegają one indywidualnym ograniczeniom stanu, ale nawet te nie mogą przekraczać poziomu zmętnienia 5 NTU. Zwykle zakłady użyteczności publicznej starają się utrzymać poziom mętności na poziomie około 0,1 NTU.
Metody analityczne
Opublikowane analityczne metody badań mętności obejmują:
Nefelometry i mętnościomierze
W tej dyskusji skupimy się na wykorzystaniu nefelometrów i mętnościomierzy do analizy mętności w wodzie pitnej oraz w zastosowaniach środowiskowych i przemysłowych. Różnica w tych dwóch jest subtelna. Jeśli detektor światła jest ustawiony pod kątem 90 ° do źródła światła, miernik jest uważany za nefelometr, jeśli jest ustawiony pod kątem 180 °, jest to mętnościomierz. Ponieważ źródło lub źródła światła w większości przenośnych mierników zawierają oba typy detektorów, mierniki są zwykle nazywane mętnościami.
Jak wspomniano wcześniej, pomiar mętności w wodzie pitnej jest ważny, ponieważ o możliwości, że bakterie mogą wykorzystać zawieszone cząstki do „ukrycia się” przed chemikaliami używanymi przez narzędzia do dezynfekcji. Same cząsteczki oddziałują również ze środkami dezynfekującymi, co utrudnia utrzymanie wystarczająco wysokiego poziomu pozostałości, aby skutecznie zneutralizować obecne patogeny.
Większość przenośnych mierników mętności różni się typem używanego źródła światła. Dwa najczęściej spotykane typy to żarowe żarówki wolframowe (białe światło ) i żarówki LED na podczerwień.
Zmętnienie próbki będzie rosło wraz z ilością nierozpuszczonych ciał stałych. Pomiar światła rozpraszającego się z próbki przy 90 Kąt ° jest lepszą i dokładniejszą metodą pomiaru dzwonić w niższych zakresach, < 40 NTU. Przy wyższych zakresach kąt 180 ° jest dokładniejszy. Pomiędzy 500 a 1000 NTU większość mierników przełączy się z pomiaru pod kątem 90 ° w NTU na kąt 180 ° i jednostki tłumienia lub jednostki AU. Te dwie jednostki są bezpośrednio porównywalne.
Mętnościomierz o konstrukcji określonej przez ISO wykorzystuje diodę podczerwieni (IR-LED) o długości fali 860nm i skolimowaną ścieżkę światła wymaganą dla metod: ISO 7027 / DIN EN 27027 (EN ISO 7027).
Mętności z konstrukcjami określonymi przez EPA używają żarowej lampy wolframowej i są wymagane do pobierania próbek zgodności zgodnie z metodą EPA 180.1 do oznaczania mętności za pomocą nefelometrii, która stwierdza:
„Różnice w fizycznym projekcie mętności będą powodować różnice w zmierzonych wartościach mętności, nawet jeśli do kalibracji używana jest ta sama zawiesina. Aby zminimalizować te różnice, następujące kryteria projektowe należy przestrzegać:
- Źródło światła: lampa wolframowa działająca przy temperaturze barwowej pomiędzy 2200-3000 ° K.
- Odległość pokonywana przez padające i rozproszone światło w probówce: łącznie nie może przekraczać 10 cm.
- Detektor: wyśrodkowany pod kątem 90 ° względem padającego światła i nie przekraczać ± 30 ° od 90 °. Detektor i system filtrów, jeśli jest używany, powinny mieć widmową reakcję szczytową w zakresie od 400 nm do 600 nm.
Czułość przyrządu powinna pozwolić na wykrycie różnicy mętności 0,02 NTU lub mniejszej w wodach o zmętnieniu mniejszym niż 1 jednostka. Przyrząd powinien mierzyć mętność w zakresie od 0 do 40 jednostek. Aby uzyskać zarówno odpowiednie pokrycie, jak i wystarczającą czułość przy niskich mętnościach, może być konieczne kilka zakresów. ”
Ważne jest, aby przed zakupem określić, jakiego rodzaju miernika użyć. Zakład wodociągowy, który musi przestrzegać metody EPA 180.1, powinien używać nefelometru wolframowego. W większości innych zastosowań należy używać mętnościomierza ISO typu IR-LED.
Przyczyną tego jest to, że źródło światła podczerwonego zminimalizuje lub prawdopodobnie wyeliminuje wpływ zabarwienia w próbce.Mogą one stracić pewną czułość mniejszych cząstek przy tej długości fali 860nm, ponieważ mniejsze cząsteczki mają tendencję do rozpraszania mniej światła przy 860nm niż przy długościach fal widzialnych. Miernik „białego światła” typu wolframowego będzie miał wyższą czułość dla tych małych cząstek, ale straci dokładność, gdy w próbce znajdzie się jakikolwiek kolor.
Ważne jest, aby należy pamiętać, że w przypadku obu typów przenośnych mierników mętności pływające i poruszające się cząstki mogą powodować niewielkie odchylenia pomiaru. Aby mierniki te zapewniały jak najlepsze wyniki, należy zawsze dokonać pomiaru próbki natychmiast, ponieważ cząstki osiadają w czasie. utrzymywać stałą temperaturę lampy, nie włączając i wyłączając często miernika pomiędzy analizami próbek. Również położenie na kuwecie z próbką powinno być zaznaczone po umieszczeniu w komorze próbki, aby wyeliminować odchylenia w szklanych fiolkach.
Pobieranie próbek , Kalibracja i analiza
Na potrzeby tej dyskusji miernik mętności LaMotte 2020we / wi będzie Większość przenośnych mierników mętności działa podobnie procedury kalibracji i testowania. Ważne jest, aby zawsze postępować zgodnie z zaleceniami producenta dotyczącymi użytkowania, pielęgnacji i przechowywania miernika.
Miernik powinien być wyposażony w zestaw wzorców mętności. Jeśli tak nie jest, kup standardy, które producent zaleca dla tego urządzenia. Mierniki 2020we / wi są dostarczane ze standardem pustym lub standardem 0 NTU, standardem 1 NTU i standardem 10 NTU. Dodatkowe standardy poziomu NTU można zakupić osobno. Zawsze wybieraj standardy zbliżone do zakresu próbek do badania mętności. Aby uzyskać najdokładniejsze wyniki, wybieraj standardy w jak najmniejszym zakresie. Miernik powinien być kalibrowany co najmniej raz w miesiącu, ale kalibrację należy sprawdzać codziennie, aby upewnić się, że jest nadal dokładna. Sprawdzenie można przeprowadzić skanując próbkę jednego ze standardów, aby zobaczyć, czy miernik nadal wskazuje prawdę.
Badanie zmętnienia w regulowanych systemach wodnych ma kluczowe znaczenie krok w zapewnieniu przestrzegania zaleceń i skuteczności leczenia. Najlepsze rezultaty uzyskuje się, zwracając szczególną uwagę na procedurę i technikę. Konserwacja sprzętu, w tym miernika, probówek i komory próbki, a także ostrożne obchodzenie się z próbkami zminimalizuje zakłócenia i zapewni najdokładniejsze wyniki. Okresowo sprawdzaj komorę próbki w mierniku, aby określić, czy nie ma zarysowań. Jeśli tak, jak najszybciej wymień komorę. To samo dotyczy probówek, jeśli zostaną zarysowane. Nie zaleca się stosowania oleju silikonowego na zarysowane szklane powierzchnie, ponieważ może to spowodować powstanie nierównej powierzchni oleju na rurce i zmienić końcowe odczyty.
Nieważne, jak dobrze miernik jest zaprojektowany, może działać prawidłowo tylko wtedy, gdy przestrzegane są te szczegóły i odpowiednie kalibracje.