Vad är grumlighet?
Definitionen av grumlighet är grumlighet eller risk för en vätska orsakad av suspenderade fasta ämnen som är vanligtvis osynliga för blotta ögat. Mätningen av grumlighet är ett viktigt test när man försöker bestämma vattenkvaliteten. Det är en sammanlagd optisk egenskap hos vattnet och identifierar inte enskilda ämnen; det säger bara att något är där.
Vatten innehåller nästan alltid suspenderade fasta ämnen som består av många olika partiklar i olika storlekar. En del av partiklarna är tillräckligt stora och tillräckligt tunga för att så småningom sätta sig på botten av en behållare om ett prov lämnas stående (dessa är de fasta fasta ämnena). De mindre partiklarna kommer bara att sätta sig långsamt, om alls (dessa är de kolloidala fasta ämnena). Det är dessa partiklar som får vattnet att se grumligt ut.
Termen grumlighet (även kallad dis) kan också appliceras på transparenta fasta ämnen som plast och glas.
Vad orsakar grumlighet?
Organismer som växtplankton kan bidra till grumlighet i öppet vatten . Erosion och avlopp från starkt urbaniserade zoner bidrar till grumligheten i vattnet i dessa områden. Byggande, gruvdrift och jordbruk stör jorden och kan leda till ökade nivåer av sediment som rinner ut i vattenvägar under stormar. Stormvatten från asfalterade ytor som vägar, broar och parkeringsplatser bidrar också till grumlighet.
Ju högre grumlighet är i dricksvatten, desto större är chansen att de som använder det kan utveckla mag-tarmsjukdomar. Föroreningar som virus och patogena bakterier kan fästa sig vid de suspenderade fasta ämnena. Dessa fasta ämnen stör då desinfektionen.
Höga grumlighetnivåer kan minska mängden ljus som når lägre djup i vattendrag som floder, sjöar och reservoarer, vilket hämmar tillväxten vissa former av vattenväxter och kan negativt påverka arter som är beroende av dem, som fisk och skaldjur. Höga grumlighetnivåer hindrar också fiskens förmåga att absorbera upplöst syre. Detta tillstånd har observerats och dokumenterats i hela Chesapeake Bay i Mid-Atlantic-regionen i USA.
Hur mäts grumlighet?
Den vanligaste mätningen för grumlighet i USA är Nephelometric Turbidity Units (NTU).
Det finns flera sätt du kan kontrollera grumlighet i vatten, det mest direkta är ett mått på dämpning eller minskning av styrkan hos en ljuskälla när den passerar genom ett vattenprov. Ett äldre system kallades Jackson Candle-metoden, med enheter uttryckta som JTU eller Jackson Turbidity Units. Den använde en ljusflamma som betraktades genom en klar kolonn fylld med vatten. Längden på vatten som ljuset kunde ses genom relaterade till grumligheten i vattenprovet. Med tillkomsten av elektronisk mätarteknik används inte längre denna metod.
Partiklarna som är upphängda i vattnet sprider en ljusstråle fokuserad på dem. Det spridda ljuset mäts sedan i olika vinklar från den infallande ljusvägen. Detta accepteras nu som ett mer exakt mått på grumlighet. För att mäta grumlighet på detta sätt, använd en nefelometer, som LaMotte 2020we. Nephele är det grekiska ordet för ”moln”; mätvärde betyder ”mått”. Nephelometric betyder därför ”att mäta grumlighet.” De flesta nefelometrar mäter det spridda ljuset vid 90 °. Om mer ljus kan nå detektorn betyder det att det finns många små partiklar som sprider källstrålen, mindre ljus som når detektorn betyder färre partiklar. Nephelometric Turbidity Units (NTU) är de måttenheter som används av en nefelometer som uppfyller EPA-designkriterierna. Mängden ljus som sprids påverkas av många aspekter av partiklarna som färg, form och reflektionsförmåga. På grund av detta, och det faktum att tyngre partiklar kan sätta sig snabbt och kanske inte bidrar till grumlingsavläsningen, kan förhållandet mellan grumlighet och totala suspenderade fasta ämnen (TSS) förändras beroende på den plats som testprovet samlades in.
Att mäta grumlighet i miljöapplikationer, såsom hav, floder och sjöar, kan en Secchi-skiva användas. Detta är en svartvit skiva som sänks ner i vattnet tills den inte längre kan ses. På det djupet (kallat Secchi-djup) registreras korrelationsnumret som ett mått på klarheten i vattnet. Fördelen med att använda denna anordning i öppet vatten är förmågan att mäta grumlighet på olika djup där flera grumlighetskikt förekommer. Denna enhet är också enkel att använda och relativt billig.
Standarder för dricksvatten och testmetoder
Många saker kan påverka kvaliteten på dricksvatten, så statliga föreskrifter anger den grumlighet som är tillåten. I USA får offentliga dricksvattensystem som använder flockning eller direktfiltrering för grumlighetskontroll inte överstiga 1,0 nefelometrisk grumlingsenhet (NTU) som lämnar reningsverket. I proverna som samlats in för grumlingsmätning bör grumligheten förbli mindre än eller lika med 0,3 NTU för minst 95 procent av de som samlats in under en månad. Om ett offentligt dricksvattensystem använder någon annan filtrering än flockning eller direktfiltrering är de föremål för sin individuella tillståndsgräns, men även dessa får inte överstiga en grumlighet på 5 NTU. Vanligtvis försöker verktyg att upprätthålla en grumlighet på cirka 0,1 NTU.
Analysmetoder
De publicerade analytiska testmetoderna för grumlighet inkluderar:
Nephelometers and Turbidimeters
I denna diskussion kommer vi att fokusera på att använda nefelometrar och turbidimetrar för att analysera grumlighet i dricksvatten och i miljö- och industriella applikationer. Skillnaden mellan de två är subtil. Om ljusdetektorn är i en vinkel på 90 ° mot ljuskällan betraktas mätaren som en nefelometer, om den är i en 180 ° vinkel är den en grumling. Eftersom ljuskällan eller källorna i de flesta bärbara mätare innehåller båda typerna av detektorer kallas mätarna vanligtvis turbidimetrar.
Som tidigare nämnts är grumlingsmätning i dricksvatten viktigt eftersom av möjligheten att bakterier kan använda de suspenderade partiklarna för att ”gömma sig” för de kemikalier som verktyg använder för desinfektion. Partiklarna själva interagerar också med desinfektionsmedel vilket gör det svårt att bibehålla en tillräckligt hög rest för att effektivt neutralisera de närvarande patogenerna.
De flesta bärbara grumlingsmätare skiljer sig åt beroende på vilken typ av ljuskälla de använder. De två typerna som vanligtvis finns är glödlampor (vitt ljus) ) och infraröda LED-lampor.
Turbiditeten hos ett prov kommer att öka med mängden närvarande olösta fasta ämnen. Mäta ljuset när det sprider bort provet vid en 90 ° vinkel är en bättre och mer exakt metod vid mått ring i de lägre intervallen, < 40 NTU. Vid högre intervall är 180 ° vinkeln mer exakt. Mellan 500 och 1000 NTU byter de flesta meter från att mäta i 90 ° -vinkeln i NTU-enheter till 180 ° -vinkel- och dämpningsenheter, eller AU: er. Dessa två enheter är direkt jämförbara.
En grumlingsmätare med ISO-specifik design använder en infraröd LED (IR-LED) med en våglängd på 860 nm och kollimerad ljusväg som krävs för metoder: ISO 7027 / DIN EN 27027 (EN ISO 7027).
Turbiditetsmätare med EPA-specificerade konstruktioner använder en glödlampa av volframtyp och krävs för samplingsprovtagning enligt EPA 180.1-metoden för bestämning av grumlighet genom nefelometri, som säger:
”Skillnader i fysisk design av turbidimetrar kommer att orsaka skillnader i uppmätta värden för grumlighet, även om samma upphängning används för kalibrering. För att minimera sådana skillnader följer följande designkriterier bör observeras:
- Ljuskälla: Tungstenlampa drivs vid en färgtemperatur mellan 2200-3000 ° K.
- Avstånd genom infallande ljus och spridd ljus i provröret: Totalt inte överstiga 10 cm.
- Detektor: Centrerad 90 ° mot infallsljuset och inte överstiga ± 30 ° från 90 °. Detektorn och filtersystemet, om det används, ska ha ett spektraltoppsvar mellan 400 nm och 600 nm.
Instrumentets känslighet bör möjliggöra detektering av en grumlingsskillnad på 0,02 NTU eller mindre i vatten med grumlighet mindre än 1 enhet. Instrumentet bör mäta från 0-40 enheter grumlighet. Flera intervall kan vara nödvändiga för att få både tillräcklig täckning och tillräcklig känslighet för låga grumligheter. ”
Det är viktigt att bestämma vilken typ av mätare som ska användas innan du köper. Ett dricksvattenverktyg som måste uppfylla EPA 180.1-metoden bör använda en nefelometer av volframtyp. För de flesta andra applikationer bör IR-LED-typ ISO-turbidimeter användas.
Anledningen till detta är att en infraröd ljuskälla minimerar eller möjligen eliminerar påverkan av färgning i ett prov.Dessa kan förlora viss känslighet hos mindre partiklar vid denna 860 nm våglängd eftersom de mindre partiklarna tenderar att sprida mindre ljus vid 860 nm än vid synliga våglängder. Volframtypens ”vita ljus” -mätare kommer att ha en högre känslighet för dessa små partiklar, men kommer att förlora noggrannhet när någon färg finns i provet.
Det är viktigt att kom ihåg att med båda typerna av bärbara grumlingsmätare kan flytande och rörliga partiklar orsaka små mätavvikelser. För att dessa mätare ska ge bästa möjliga resultat bör man alltid mäta provet omedelbart, eftersom partiklar kommer att sätta sig över tiden. Det är bäst att bibehålla en konstant lamptemperatur genom att inte slå på och av mätaren ofta mellan analysproverna. Positionen på provcellerna bör också markeras när den placeras i provkammaren för att eliminera avvikelser i glasflaskorna.
Provtagning , Kalibrering och analys
För denna diskussions syfte kommer LaMotte 2020we / wi turbiditetsmätare används som exempel. De flesta bärbara grumlingsmätare följer liknande förfaranden för kalibrering och testning. Det är viktigt att alltid följa tillverkarens rekommendationer för användning, skötsel och förvaring av mätaren.
Mätaren bör levereras med en uppsättning grumlighetskrav. Om den inte gör det, köp sedan de standarder som tillverkaren rekommenderar för den enheten. 2020we / wi-mätarna levereras med en tom eller 0 NTU-standard, en 1 NTU-standard och en 10 NTU-standard. Ytterligare NTU-nivåstandarder kan köpas separat. Välj alltid standarder som ligger nära intervallet av grumlighetsprover som ska testas. För de mest exakta resultaten, välj standarder över minsta möjliga intervall. Mätaren ska kalibreras åtminstone varje månad, men kalibreringen bör kontrolleras dagligen för att säkerställa att den fortfarande är korrekt. En kontroll kan utföras genom att skanna ett prov av en av standarderna för att se att mätaren fortfarande läser sant.
Att testa för grumlighet i reglerade vattensystem är kritiskt steg för att säkerställa efterlevnad och behandlingseffektivitet. De bästa resultaten uppnås genom noggrann uppmärksamhet på procedur och teknik. Att underhålla utrustning inklusive mätaren, rören och provkammaren samt noggrann provhantering minimerar störningar och ger de mest exakta resultaten. Kontrollera regelbundet provkammaren i mätaren för att avgöra om någon har repat. Om den har det, byt ut kammaren så snart som möjligt. Detsamma gäller provrör om de repas. Applicering av silikonolja på repade glasytor rekommenderas inte eftersom det kan ge en ojämn yta av olja på röret och förändra slutavläsningarna.
Oavsett hur bra en mätaren är utformad, kan den bara fungera korrekt om uppmärksamhet på dessa detaljer och korrekta kalibreringar följs.