Vysokopřesný senzor turbidity pro čistírny odpadních vod

Jaké jsou rozdíly mezi třemi ukazateli průhlednosti v čistírnách odpadních vod? Rozlišení mezi turbiditou, SS a průhledností

Ve čistírnách odpadních vod se často uvádějí tři ukazatele průhlednosti: zákal, průhlednost a suspendované látky (SS). Tyto ukazatele představují tři různé dimenze hodnocení průhlednosti: koncentraci hmoty, optické vlastnosti a smyslové vnímání. Standardní způsob stanovení suspendovaných látek je gravimetrická metoda, při které se vzorek vody filtruje přes filtrační membránu s určenou velikostí pórů a následně suší do konstantní hmotnosti. Jednotkou měření je mg/L. Tento ukazatel koncentrace hmoty nelze teoreticky monitorovat online a vyžaduje sušení a vážení. Mezi látky ovlivňující suspendované látky patří prachové částice, jíl a mikroorganismy s velkým poloměrem. Zákal je definován jako míra rozptylu světla suspendovanými částicemi ve vodě. Standardní způsob stanovení zákalu je metoda rozptýleného světla pod úhlem 90°, která zkoumá schopnost suspendovaných částic rušit šíření světla. Jednotkou je NTU (nebo FTU – jednotka zákalu formálního roztoku). Na zákal působí mnoho látek, například prachové částice, mikroorganismy, řasy, organické částice a mikrobobule.

Proč je metoda rozptýleného světla pod úhlem 90° hlavním řešením pro online měření turbidity?

Tato metoda spočívá v emitování směrového rovnoběžného světelného paprsku z optického zdroje do vzorku vody. Fotodetektor je umístěn pod úhlem 90° kolmo k dopadajícímu světlu. Když světlo narazí na suspendované částice ve vzorku vody, dochází k jeho rozptylu. Rozptýlené světlo se šíří ve všech směrech, ale fotodetektor zachytí pouze intenzitu bočně rozptýleného světla, z níž je následně vypočítána hodnota turbidity (intenzita bočně rozptýleného světla je úměrná množství částic ve vodě). Toto je nejrozšířenější řešení pro online měření turbidity, které používají přední značky na trhu s monitorováním kvality vody, jako jsou E+H, Hach, JIDE a OPTEX.

Porovnání standardů turbidity pro kvalitu vody v různých zemích

Standardy turbidity v jednotlivých zemích se zaměřují na tři oblasti:

1. Pitná voda (povinné normy, vysoké požadavky);

2. Povrchová voda (kategorizovaná podle funkce vodního útvaru, obvykle řízená ve spojení s průhledností);

3. Průmyslové odpadní vody (obvykle vyjádřené jako suspendované látky).

Níže jsou uvedeny příklady norem z hlavních zemí a regionů: Standard US EPA stanovuje, že turbidita běžné povrchové vody, jako jsou řeky a jezera, by měla být udržována v rozmezí 25–150 NTU; turbidita pitné vody by měla být nižší než 1 NTU; pro průmyslové vypouštěcí místa se používá norma pro suspendované látky (TSS) s hodnotou mezi 30–100 mg/l.

Čínské normy pro povrchovou vodu stanovují turbiditu nižší než 25 NTU (třída V) a nižší než 10 NTU (třída III). U vypouštění z městských čistíren odpadních vod, vyjádřeného jako TSS, je nejpřísnější vypouštěcí norma nižší než 10 mg/l a limit pro vypouštění do předúpravní sítě je 50 mg/l; limit turbidity pro vývody pitné vody je 1 NTU.

Evropský normativ EN ISO 7027 stanovuje, že vodní průtok používaný jako referenční limit nesmí překročit 4 FNU; požadavek na konvenční odtok z městských čistíren odpadních vod, vyjádřený pomocí TSS, je nižší než 35 mg/L a pro vody s vysokými požadavky (citlivé vodní útvary) je nižší než 15 mg/L; u povrchových vod je nutné současně řídit jak průhlednost, tak turbiditu, přičemž požadavek na vodu ze zdroje obvykle nepřesahuje 5 NTU.

Proč jsou vaše měření turbidity vždy nepřesná?

Bolavý bod 1: Odpadní vody z některých průmyslových odvětví mají barvu a nízkou průhlednost – typicky se jedná o odpadní vody z koksování, barvení nebo odpadní vody s vysokým obsahem velkých částic. To má za následek nestabilní údaje z turbidimetrického senzoru, výrazné kolísání naměřených hodnot a celkově výrazně nižší výsledky.

Mechanism interference: Tradiční turbidimetry založené na principu rozptýleného světla měří intenzitu světelného signálu, který se vrací k detektoru. Pokud je voda zbarvená, část rozptýleného světla bude předčasně absorbována, čímž se oslabí světelný signál přijímaný detektorem a výsledná naměřená hodnota bude nižší. Velké suspendované částice mohou rovněž způsobit kolísání údajů, protože procházejí světelnou dráhou.

Řešení: Turbidimetry založené na infračerveném světle o vlnové délce 860 nm efektivně eliminují interferenci způsobenou barvou. Současně je nutné nakonfigurovat algoritmus, který používá poměrovou metodu měření k úpravě algoritmu kompenzace světelného signálu a odstranění chyb způsobených pohybem velkých částic a barvou. Mezi současné hlavní modely využívající toto řešení patří HACH TSS-Sc, CUS51D Turbimax od společnosti E+H a WQ3000-TSS/Turb od společnosti JIDE.

Bod bolesti 2: V pokročilých procesech čištění odpadních vod, jako je membránové čištění, MBR, příprava vody pro reverzní osmózu nebo čištění ve druhém usazovacím prostoru, klesá rychlost odezvy turbidimetru nebo se náhle výrazně zvýší naměřená hodnota, pokud je odtok velmi průhledný (obvykle s turbiditou nižší než 1 NTU).

Mechanismus rušení: Rušení bublinami. Bubliny vznikající nestabilním průtokem výrazně ovlivňují měření turbidity při nízkých hodnotách turbidity a vedou k falešně vysokým naměřeným hodnotám. Nezkalibrované přístroje mohou generovat chaotické vnitřní světelné signály, které ovlivňují již tak velmi malé množství rozptýleného světla při měření nízké turbidity, což má za následek snížení rychlosti odezvy přístroje.

Řešení: Nainstalujte odpěňovací průtokovou nádrž (podle principu gravitace nebo tlakového odvzdušnění) , optimalizujte návrh průtokového kanálu a pravidelně provádějte kalibraci nulového bodu pomocí ultracísté vody.

Na místě existuje mnoho dalších náročných problémů souvisejících s měřením turbidity. Naše inženýry můžete kontaktovat prostřednictvím našich webových stránek, abyste s nimi probrali podrobnosti. Vítejte všem zákazníkům z různých odvětví, kteří nám poskytnou případové studie za účelem zlepšení našich produktů a rozšíření našich zkušeností s aplikacemi přímo na místě.

Bolavý bod 3: Turbidimetr je okamžitě po kalibraci vysoce přesný, avšak po méně než týdnu používání ve vodách přírodního původu či odpadních vodách se naměřené hodnoty začínají kolísat a postupně stoupat.

Mechanismus interference: Běžná interference způsobená biofilmem v přírodních vodách a oceánech nebo interference způsobená sloučeninami vápníku a hořčíku, které se usazují v důsledku vysoké tvrdosti odpadních vod. Tato interference snadno zakrývá optické komponenty pro přenos a příjem světla, čímž ovlivňuje výsledky měření.

Řešení: Vyberte turbidimetr se samočisticí kartáčkem. Tento typ křemičitanového čisticího kartáčku je odolný, snadno vyměnitelný a pravidelně čistí optické okénko podle potřeby, čímž účinně snižuje interferenci biofilmu. U odpadních vod s vysokou tvrdostí je nutné zvýšit frekvenci údržby. Vyberte turbidimetr uzavřený v korozivzdorných materiálech, např. v titanové slitině (zde doporučujeme velmi cenově výhodný online analyzátor turbidity JIDE WQ3000-turb-Ti s automatickým čisticím systémem z titanové slitiny). Během běžné údržby lze k odstranění sloučenin vápníku a hořčíku účinně použít kyselinové promývání.

Bolavý bod 4: Naměřené hodnoty turbidity z laboratorních testů a z online analyzátoru nelze porovnat – rozdíl přesahuje 10 %, což znemožňuje oběma stranám důvěřovat výsledkům měření.

Mechanismy rušení: Zákal a suspendované látky jsou dynamické a aktivní parametry, které se snadno usazují. Proto je před měřením nezbytné důkladně vzorek protřepat a pro udržení stabilitu měření může být nutné použít magnetický míchač. Dále při kalibraci online analyzátorů zákalu v laboratoři je třeba použít kalibrační nádobu se stíněním světla dodanou výrobcem a standardní roztok formalinu testovat v úplné temnotě, aby nedocházelo k rušení okolním světlem. V některých složitých provozních podmínkách, pokud je vyžadována přesná shoda s laboratorními testovacími daty a přístroj není schopen odpovídat laboratornímu testování standardního roztoku (princip laboratorního měření může být založen na žárovkové metodě místo infračervené metody), lze k kalibraci použít skutečné vzorky vody, aby byly zajištěny srovnatelné výsledky splňující požadavky testu.

Jak vybrat senzor zákalu s vysokou přesností za složitých provozních podmínek v čistírnách odpadních vod

V celém procesním systému průmyslové čistírny odpadních vod je turbidita klíčovým procesním ukazatelem, který přímo odráží účinnost odstranění celkových suspendovaných látek (TSS), usazovací vlastnosti kalu, monitorování kvality přitékající vody a splnění předepsaných norem pro kvalitu odtékající vody. Ruční odběr vzorků a jejich analýza nedokáží poskytnout přesnou zpětnou vazbu o kolísání kvality vody, což představuje riziko překročení povolených limitů pro vypouštění. Turbiditní senzory s nízkou přesností jsou rovněž citlivé na různé rušivé faktory, jako je barva, lepkavé usazeniny, organické látky a vzduchové bubliny, což může vést k časté nestabilitě při dlouhodobém provozu, zejména za složitých provozních podmínek, kdy míra nejistoty výrazně stoupá.

Na druhou stranu jsou senzory pro měření turbidity s vysokou přesností navrženy na základě zásad a technických detailů klíčového monitoringu, jejichž cílem je eliminovat rušení a potlačit možné posuny a chyby naměřených dat. Tato část uvádí jako příklady analyzátor turbidity/rozpuštěných látek řady WQ3000 od společnosti JIDE a referenční turbidimetr s nízkým rozsahem pro čistírny odpadních vod model 1720E od společnosti Hach.

Analyzátor turbidity/rozpuštěných látek řady JIDE WQ3000 využívá světelný zdroj ve formě LED emitující blízké infračervené záření o vlnové délce 860 nm, které proniká do vody bez ovlivnění žlutohnědou barvou odpadních vod nebo barevností vod z barvíren, čímž se vyhne vnitřním chybám detekce viditelného světla.

Fotodiodový přijímací modul je umístěn pod úhlem 90° kolmo k dopadajícímu světlu, aby specificky zachytil bočně rozptýlené světlo vznikající v důsledku přítomnosti rozptýlených látek a koloidních částic ve vodě.

Intenzita rozptýleného světla je přímo úměrná turbiditě vody. Čip prostřednictvím kompenzace teploty a algoritmického filtrování přesně převádí turbiditu na standardní jednotky turbidity NTU.

Návrh obvodu zahrnuje izolační systém, který brání rušení okolním světlem, a dosahuje ultra-vysoké přesnosti detekce v rozsahu nízké turbidity (0 až 50 NTU) s rozlišením až 0,01 NTU.

Analyzátor nízké turbidity Hach 1720E funguje na principu rozptýleného světla pod úhlem 90° a je vybaven odplyňovacím a odplyňovacím systémem, který účinně eliminuje rušivý vliv vzduchových bublinek při měření turbidity v nízkém rozsahu. Toto zařízení má měřicí rozsah 0–100 NTU a přesnost měření nízké turbidity 0,001 NTU, což jej činí vhodným pro monitorování vody určené k pití vysoce přísných norem a pro kontrolu splaškových vod podle nejpřísnějších požadavků. Tento výrobek v současnosti zaujímá největší podíl trhu a těší se v odvětví vysokému uznání, avšak u některých polních vzorkovacích nádob dochází k tvorbě vodního kamene, což vyžaduje častou údržbu – jedná se o problémy hlášené odborníky z praxe. Zařízení stále klade určité požadavky na kvalitu vody na místě.

Porovnávací a výběrový průvodce

Metody měření	Základní principy	Výhody	Nevýhody/omezení	Použití ve čistírnách odpadních vod
metoda rozptýleného světla pod úhlem 90°	Zachycení rozptýleného světla pod úhlem 90° z boční svislé strany	Kompatibilní s vysokými i nízkými měřicími rozsahy, extrémně vysoká přesnost pro měření nízké turbidity	Je třeba vzít v úvahu interferenci stupnice/bublin.	Standardní monitorování kvality vstupní a výstupní vody
Metoda přenosu	Měření útlumu světla pronikajícího do vody	Vhodné pro základní měření vysoké turbidity	Nízká citlivost v rozsahu nízké turbidity, velmi citlivé na interferenci barvy.	Nepodporuje jemné monitorování odtoku
Metoda zpětného rozptylu	Zachycení širokoúhlého rozptýleného světla v blízkosti úhlu 180°	Velmi vhodné pro měření ultra-vysokých koncentrací	Špatná lineárnost v nízkém rozsahu turbidity.	Pouze vhodné pro suspenzi s vysokou koncentrací a přítok