Højpræcisions-turbiditetssensor til spildevandsrenseanlæg

Hvad er forskellene mellem de tre klarhedsindikatorer i renseanlæg? At skelne mellem turbiditet, SS og gennemsigtighed

I renseanlæg nævnes tre klarhedsindikatorer ofte: uklarhed, gennemsigtighed og suspenderede stoffer (SS). De repræsenterer tre forskellige dimensioner af klarhedsvurdering: massekoncentration, optiske egenskaber og sansemæssig opfattelse. Den standardiserede metode til bestemmelse af suspenderede stoffer er gravimetriske metode, som indebærer at lede en vandprøve gennem en filtermembran med specifikke porer og tørre den til konstant vægt. Måleenheden er mg/L. Teoretisk set kan denne massekoncentrationsindikator ikke overvåges online og kræver tørring og veje. Stoffer, der påvirker mængden af suspenderede stoffer, omfatter ler, silt og mikroorganismer med stor radius. Uklarhed defineres som graden af lysspredning forårsaget af suspenderede partikler i vandet. Den standardiserede testmetode er 90°-spredningslys-metoden, som måler suspenderede partiklers evne til at forstyrre lysudbredelsen. Måleenheden er NTU (eller FTU, formalin-turbiditetsenhed). Mange stoffer påvirker uklarheden, herunder silt, mikroorganismer, alger, partikulært organisk materiale og mikrobobler.

Hvorfor er metoden med spredt lys i 90° den mest udbredte løsning til online-turbiditetsmåling?

Denne metode indebærer, at en rettet parallel lysstråle udsendes fra en lyskilde ind i en vandprøve. En fotodetektor placeres i en vinkel på 90° vinkelret på den indfaldende lysstråle. Når lyset rammer opløste partikler i vandprøven, spredes det. Det spredte lys bevæger sig i alle retninger, men fotodetektoren registrerer kun intensiteten af det tværsrettede spredte lys, hvorfra turbiditetsværdien beregnes (intensiteten af det tværsrettede spredte lys er proportional med mængden af partikulært materiale i vandet). Dette er den mest udbredte online-løsning til turbiditetsmåling og anvendes af ledende mærker på markedet for vandkvalitetsmonitorering, såsom E+H, Hach, JIDE og OPTEX.

Sammenligning af turbiditetsstandarder for vandkvalitet i forskellige lande

Turbiditetsstandarder i forskellige lande fokuserer på tre områder:

1. Drikkevand (tvungne standarder, høje krav);

2. Overfladevand (klassificeret i henhold til vandområdets funktion, normalt håndteret i forbindelse med gennemsigtighed);

3. Industrielt spildevand (normalt beregnet som suspenderede stoffer).

Her er eksempler på standarder fra store lande og regioner: US EPA's standard specificerer, at uklarheden i almindeligt overfladevand såsom floder og søer skal begrænses til 25–150 NTU; uklarheden i drikkevand skal være under 1 NTU; standarden for industrielle udledningspunkter er suspenderede stoffer (TSS), med en grænseværdi på 30–100 mg/L.

Kinas standarder for overfladevand kræver en uklarhed under 25 NTU (klasse V-vand) og under 10 NTU (klasse III-vand). For udledning fra byens spildevandsrensningssystemer, beregnet som TSS, er den strengeste udledningsstandard under 10 mg/L, og grænsen for udledning til forbehandlingsnetværk er 50 mg/L; grænsen for uklarhed ved drikkevandsudtag er 1 NTU.

EU-standard EN ISO 7027 specificerer, at den vejledende grænseværdi for anvendt vand er under 4 FNU; kravet til konventionelt udledningsvand fra byens spildevandsrenseanlæg, beregnet på baggrund af TSS, er under 35 mg/L, og for højkvalitets følsomme vandområder er det under 15 mg/L; overfladevand kræver samordineret kontrol af gennemsigtighed og uklarhed, og kravet til råvand er generelt under 5 NTU.

Hvorfor er dine målinger af uklarhed altid unøjagtige?

Smertepunkt 1: Industrielt spildevand fra nogle industrier er farvet og har lav gennemsigtighed, typisk som koksningsspildevand, farvespildevand eller spildevand med høje koncentrationer af store partikler. Dette fører til ustabile målinger fra uklarhedssensoren med betydelige svingninger og en generelt markant lavere aflæsning.

Forstyringsmekanisme: Traditionelle turbidimetre, der bygger på prinsippet om spredt lys, måler intensiteten af det lysignal, der returnerer til detektoren. Hvis vandet er farvet, vil en del af det spredte lys blive absorberet for tidligt, hvilket svækker det lysignal, som detektoren modtager, og resulterer i en lavere måleværdi. Store suspenderede partikler kan også forårsage udsving i aflæsningen, når de passerer gennem lysstrålens transmissionssti.

Løsning: Turbidimetre baseret på 860 nm infrarødt lys undgår effektivt forstyringer fra farve. Samtidig skal en algoritme konfigureres ved hjælp af en forholdsmålingsmetode til at justere algoritmen til lyskompensation for at eliminere fejl forårsaget af bevægelse af store partikler og farve. I dag omfatter de mest udbredte modeller, der anvender denne løsning, HACH TSS-Sc, E+H's CUS51D Turbimax og JIDE's WQ3000-TSS/Turb.

Problempunkt 2: I avancerede spildevandssaneringsprocesser, såsom membranbehandling, MBR, faldvand til omvendt osmose eller behandling i sekundære bundfældningstanke, falder turbiditetsmålerens responshastighed, eller aflæsningen stiger pludseligt kraftigt, når udløbsvandet er meget klart (typisk turbiditet under 1 NTU).

Forstyrrelsesmekanisme: Bobleforstyrrelse. Bobler, der dannes ved ustabile strømningshastigheder, påvirker betydeligt turbiditetsmålinger ved lave turbiditetsniveauer og fører til forkert høje måleværdier. Ukalibrerede instrumenter kan indføre kaotiske interne lysignaler, hvilket påvirker den allerede meget lille mængde spredt lys under måling ved lave turbiditetsniveauer og resulterer i en nedsat udstyrsresponshastighed.

Løsninger: Installer en skumafspændingsstrømningstank (ved tyngdekraft- eller trykprincip) , optimer strømningskanalens design og udfør regelmæssig nulpunktskalibrering med ultraren vand.

Der findes mange andre udfordrende problemer med turbiditetsmåling på stedet. Du kan kontakte vores ingeniører via vores hjemmeside for yderligere drøftelse. Vi byder kunder fra forskellige brancher velkommen til at levere os casestudier, så vi kan forbedre vores produkter og udvide vores erfaring med anvendelse på stedet.

Smertepunkt 3: Turbiditetsmåleren er meget præcis umiddelbart efter kalibrering, men efter mindre end en uge i naturligt vand/affaldsvand begynder målingerne at svinge og skifte mod højere værdier.

Forstyrrelsesmekanisme: Almindelige forstyrrelser fra biofilm i naturlige vandområder og oceaner eller forstyrrelser fra calcium- og magnesiumforbindelser, der fastholder sig på grund af det høje hårdhedsniveau i affaldsvand. Denne forstyrrelse kan nemt dække lyskildens udsendende og modtagende komponenter og påvirke testresultaterne.

Løsning: Vælg en turbiditetsmåler med en automatisk rengøringsbørste. Denne type silikone-rengøringsbørste er holdbar, nem at udskifte og kan periodisk rengøre det optiske vindue efter behov, hvilket effektivt reducerer biofilm-forstyrrelser. Ved spildevand med høj hårdhed skal vedligeholdelsesfrekvensen øges. Vælg en turbiditetsmåler indkapslet i korrosionsbestandige materialer som titanlegering (her anbefales den meget omkostningseffektive JIDE WQ3000-turb-Ti-titanlegerede online-turbiditetsanalyser med automatisk rengøring). Under rutinemæssig vedligeholdelse kan sydvaskning effektivt opløse calcium- og magnesiumforbindelser.

Problempunkt 4: Turbiditetsdata fra laboratorietests og data fra online-analysatoren kan ikke sammenlignes, da fejlen overstiger 10 %, hvilket gør det umuligt for begge parter at stole på testresultaterne.

Forstyrrelsesmekanismer: Turbiditet og suspenderede stoffer er dynamiske og aktive parametre, der let sætter sig. Derfor er grundigt rystning afgørende før testen, og en magnetisk omrører kan være nødvendig for at opretholde testens stabilitet. Desuden skal der ved kalibrering af online-turbiditetsanalyser i laboratoriet anvendes en lysabsorberende kalibreringskop fra producenten, og standardformalinopløsningen skal testes i et fuldstændigt mørkt miljø for at undgå forstyrrelse fra omgivende lys. I nogle komplekse driftsforhold, hvor præcis overensstemmelse med laboratorietestdata kræves, og instrumentet ikke kan matche laboratoriets standardopløsnings-test (laboratorietestprincippet kan f.eks. være glødelampe-metoden i stedet for infrarød metode), kan der bruges reelle vandprøver til kalibrering for at sikre, at sammenligningsresultaterne opfylder kravene.

Hvordan man vælger en højpræcisions-turbiditetssensor under komplekse driftsforhold på renseanlæg

I det samlede procesanlæg på en industrielle spildevandsrensning, er uigennemsigtighed en kerneprocesindikator, der direkte afspejler fjernelseseffekten af totale opløste faste stoffer (TSS), slamafsigtningsydelsen, overvågningen af indløbsvandets kvalitet og om udløbsvandets kvalitet opfylder de gældende standarder. Manuel prøvetagning og analyse kan ikke give præcis feedback på kvalitetsvariationer i vandet, hvilket udgør en risiko for, at udledningsgrænserne overskrides. Turbiditetssensorer med lav præcision er også sårbare over for forskellige interfererende faktorer, såsom farve, tyktflydende aflejringer, organiske stoffer og luftbobler, hvilket potentielt kan føre til hyppig ustabilitet ved langtidsbrug – især under komplekse driftsforhold, hvor usikkerheden stiger betydeligt.

Præcisions-turbiditetsmålere er derimod designet med kerneovervågningsprincipper og tekniske detaljer, der har til formål at eliminere forstyrrelser og mindske potentiel datadrift og fejl. Dette afsnit bruger JIDE's WQ3000-serie turbiditet/suspenderede-stoffer-analysator og Hach's 1720E benchmark-turbiditetsmåler til spildevandssaneringsanlæg med lav måleområde som eksempler.

JIDE WQ3000-seriens turbiditets- og suspenderede-stoffer-analysator anvender en 860 nm nær-infrarød LED-lysquelle, der skinner ind i vandet uden at blive påvirket af det gult-brune farvetone i spildevand eller farvetonen i farveaffaldsvand, hvilket undgår de indbyggede fejl ved synligt lys-detection.

En fotoelektrisk modtageenhed er placeret i 90° vinkel retning til den indkommende lysstråle for specifikt at registrere det tværgående spredte lys, der genereres af suspenderede stoffer og kolloidale partikler i vandet.

Intensiteten af det spredte lys er lineært proportional med vandets uklarhed. Chippen konverterer præcist uklarheden til standardenheder for uklarhed (NTU) ved hjælp af temperaturkompensation og algoritmebaseret filtrering.

Kredsløbsdesignet indeholder et isoleringssystem, der forhindrer interferens fra omgivende lys, og opnår ekstremt høj detekteringspræcision i det lave uklarhedsområde (0–50 NTU), med en opløsning på op til 0,01 NTU.

Hach 1720E-analysatoren til lav turbiditet fungerer efter metoden med 90° spredt lys og er udstyret med et skums- og luftfjerningssystem, der effektivt eliminerer forstyrrelser fra luftbobler ved turbiditetsmåling i det lave område. Denne enhed har et måleområde på 0–100 NTU og en nøjagtighed ved lav turbiditet på 0,001 NTU, hvilket gør den velegnet til overvågning af drikkevand af ekstremt høj kvalitet samt afløbsvand af den højeste kvalitet. Dette produkt har i øjeblikket den største markedsandel og stor anerkendelse inden for branchen, men nogle feltprøvetanke er tilbøjelige til at udvikle aflejringer og kræver hyppig vedligeholdelse – dette er problemer, der er rapporteret af branchen. Den stiller stadig visse krav til kvaliteten af det lokale vand.

Sammenlignings- og valgvejledning

Målemetoder	Kernepincipper	Fordele	Ulemper/begrænsninger	Anvendelsesscenarier på renseanlæg
90°-spredningsmetode	Detektering af 90° lodret side-spredt lys	Kompatibel med både høje og lave måleområder, ekstremt høj nøjagtighed ved måling af lav turbiditet	Skala/bobleforstyrrelser skal tages i betragtning.	Standardovervågning af indløbs- og udløbsvandkvalitet
Transmissionsmetode	Måling af svækkelsen af lys, der trænger igennem vand	Passende til grundlæggende måling af høj turbiditet	Dårlig følsomhed i det lave turbiditetsområde, meget følsom over for farveforstyrrelser.	Ikke egnet til præcis overvågning af udløbsvand
Bagudspredningsmetode	Opsamling af spredt lys i næsten 180° bred vinkel	Meget velegnet til måling af ultra-høje koncentrationer	Dårlig linearitet i det lave turbiditetsområde.	Kun velegnet til slam med høj koncentration og indløbsvand