Υψηλής ακρίβειας αισθητήρας θολότητας για εγκαταστάσεις επεξεργασίας αστικών λυμάτων

Ποιες είναι οι διαφορές μεταξύ των τριών δεικτών διαυγείας στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας αποβλήτων; Διάκριση μεταξύ αιώρησης, SS και διαφάνειας

Στα εγκαταστήματα επεξεργασίας αποβλήτων υδάτων, αναφέρονται συχνά τρεις δείκτες διαύγειας: η θολότητα, η διαφάνεια και τα αιωρούμενα στερεά (SS). Αντιπροσωπεύουν τρεις διαφορετικές διαστάσεις αξιολόγησης της διαύγειας: τη συγκέντρωση μάζας, τις οπτικές ιδιότητες και την αισθητηριακή αντίληψη. Η τυποποιημένη μέθοδος δοκιμής για τα αιωρούμενα στερεά είναι η γραμμική μέθοδος, η οποία περιλαμβάνει τη διέλευση ενός δείγματος νερού μέσω μεμβράνης φίλτρου με συγκεκριμένα μεγέθη πόρων και την αποξήρανσή του μέχρι σταθερού βάρους. Η μονάδα μέτρησης είναι mg/L. Θεωρητικά, αυτός ο δείκτης συγκέντρωσης μάζας δεν μπορεί να παρακολουθείται σε πραγματικό χρόνο και πρέπει να αποξηρανθεί και να ζυγιστεί. Ουσίες που επηρεάζουν τα αιωρούμενα στερεά περιλαμβάνουν ιλύ, αργιλικά και μικροοργανισμούς με μεγάλη ακτίνα. Η θολότητα ορίζεται ως ο βαθμός σκέδασης του φωτός από τα αιωρούμενα σωματίδια στο νερό. Η τυποποιημένη μέθοδος δοκιμής είναι η μέθοδος σκέδασης φωτός σε γωνία 90°, η οποία εξετάζει την ικανότητα των αιωρούμενων σωματιδίων να παρεμβαίνουν στη διάδοση του φωτός. Η μονάδα μέτρησης είναι NTU (ή FTU, μονάδα θολότητας φορμαλδεΰδης). Πολλές ουσίες επηρεάζουν τη θολότητα, όπως η ιλύς, οι μικροοργανισμοί, οι αλγες, η οργανική ύλη σε σωματιδιακή μορφή και οι μικροφυσαλίδες.

Γιατί η μέθοδος του σκεδασμένου φωτός υπό γωνία 90° αποτελεί την κυρίαρχη λύση για την εν λειτουργία δοκιμή της θολερότητας;

Αυτή η μέθοδος περιλαμβάνει την εκπομπή μιας κατευθυνόμενης παράλληλης δέσμης φωτός από μια πηγή φωτός σε ένα δείγμα νερού. Ένας φωτοανιχνευτής τοποθετείται υπό γωνία 90°, κάθετα προς την προσπίπτουσα δέσμη φωτός. Όταν το φως συναντήσει τα αιωρούμενα σωματίδια στο δείγμα νερού, σκεδάζεται. Το σκεδασμένο φως διαδίδεται προς όλες τις κατευθύνσεις, αλλά ο φωτοανιχνευτής συλλέγει μόνο την ένταση του πλευρικού σκεδασμένου φωτός, με βάση την οποία υπολογίζεται η τιμή της θολερότητας (η ένταση του πλευρικού σκεδασμένου φωτός είναι ανάλογη προς τη συγκέντρωση των σωματιδίων στο νερό). Αυτή είναι η πιο κυρίαρχη εν λειτουργία λύση δοκιμής θολερότητας, η οποία χρησιμοποιείται από κορυφαίες μάρκες στην αγορά παρακολούθησης της ποιότητας του νερού, όπως οι E+H, Hach, JIDE και OPTEX.

Σύγκριση των προτύπων θολερότητας για την ποιότητα του νερού σε διάφορες χώρες

Τα πρότυπα θολερότητας σε διάφορες χώρες επικεντρώνονται σε τρεις περιοχές:

1. Πόσιμο νερό (υποχρεωτικά πρότυπα, αυστηρά πρότυπα);

2. Επιφανειακά ύδατα (ταξινομούνται σύμφωνα με τη λειτουργία του υδάτινου σώματος, συνήθως διαχειρίζονται σε συνδυασμό με τη διαφάνεια).

3. Βιομηχανικά λύματα (συνήθως υπολογίζονται ως αιωρούμενα στερεά).

Παρακάτω αναφέρονται παραδείγματα προτύπων από κύριες χώρες και περιοχές: Το πρότυπο της Αμερικανικής Υπηρεσίας Προστασίας του Περιβάλλοντος (US EPA) προβλέπει ότι η θολερότητα συνηθισμένων επιφανειακών υδάτων, όπως ποταμών και λιμνών, πρέπει να διατηρείται στο εύρος 25–150 NTU· η θολερότητα του πόσιμου νερού πρέπει να είναι κάτω του 1 NTU· το πρότυπο για τις βιομηχανικές εκροές αφορά τα αιωρούμενα στερεά (TSS), με τιμή ελέγχου στο εύρος 30–100 mg/L.

Τα κινεζικά πρότυπα επιφανειακών υδάτων προβλέπουν θολερότητα κάτω των 25 NTU (κατηγορία V) και κάτω των 10 NTU (κατηγορία III). Για τις εκροές από εγκαταστάσεις επεξεργασίας αστικών λυμάτων, ο υπολογισμός γίνεται με βάση τα αιωρούμενα στερεά (TSS), όπου το αυστηρότερο πρότυπο εκροής είναι κάτω των 10 mg/L, ενώ το όριο για εκροές σε δίκτυα προεπεξεργασίας είναι 50 mg/L· το όριο θολερότητας για τις εκροές πόσιμου νερού είναι 1 NTU.

Το σύστημα EU EN ISO 7027 προδιαγράφει ότι το καθοδηγητικό όριο για την εφαρμοζόμενη ποσότητα νερού είναι κάτω των 4 FNU· η απαίτηση για συμβατικά απόβλητα από εγκαταστάσεις επεξεργασίας αστικών λυμάτων, υπολογισμένη με βάση τα συνολικά αιωρούμενα στερεά (TSS), είναι κάτω των 35 mg/L, ενώ για ευαίσθητα ύδατα υψηλού προτύπου είναι κάτω των 15 mg/L· τα επιφανειακά ύδατα απαιτούν συντονισμένο έλεγχο της διαφάνειας και της θολότητας, ενώ η απαίτηση για πηγαίο νερό είναι συνήθως κάτω των 5 NTU.

Γιατί οι μετρήσεις θολότητας σας είναι πάντα ανακριβείς;

Σημείο Πόνου 1: Τα βιομηχανικά λύματα από ορισμένες βιομηχανίες είναι χρωματισμένα και έχουν χαμηλή διαφάνεια, όπως συνήθως συμβαίνει με τα λύματα από την παραγωγή κάρβουνου, τα λύματα από τη βαφή ή τα λύματα με υψηλά επίπεδα μεγάλων σωματιδίων. Αυτό οδηγεί σε ασταθείς ενδείξεις των αισθητήρων θολότητας, με σημαντικές διακυμάνσεις και συνολικά σημαντικά χαμηλότερες ενδείξεις.

Μηχανισμός παρεμβολής: Οι παραδοσιακοί ασαφόμετροι, που βασίζονται στην αρχή του σκεδασμένου φωτός, μετρούν την ένταση του φωτεινού σήματος που επιστρέφει στον ανιχνευτή. Εάν το νερό είναι χρωματισμένο, ένα μέρος του σκεδασμένου φωτός απορροφάται πρόωρα, μειώνοντας το φωτεινό σήμα που λαμβάνει ο ανιχνευτής και οδηγώντας σε χαμηλότερη τιμή μέτρησης. Μεγάλα κολλοειδή σωματίδια μπορούν επίσης να προκαλέσουν διακυμάνσεις στις ενδείξεις καθώς διέρχονται από τη διαδρομή διέλευσης του φωτός.

Λύση: Τα ασαφόμετρα που βασίζονται σε υπέρυθρο φως 860 nm αποφεύγουν αποτελεσματικά τις παρεμβολές από το χρώμα. Ταυτόχρονα, απαιτείται η ρύθμιση ενός αλγορίθμου, χρησιμοποιώντας μέθοδο μέτρησης λόγου για να προσαρμόσει τον αλγόριθμο αντιστάθμισης του φωτεινού σήματος και να εξαλείψει τα σφάλματα που προκαλούνται από την κίνηση μεγάλων σωματιδίων και το χρώμα. Σήμερα, τα κυριότερα μοντέλα που χρησιμοποιούν αυτήν τη λύση περιλαμβάνουν το HACH TSS-Sc, το CUS51D Turbimax της E+H και το WQ3000-TSS/Turb της JIDE.

Σημείο Πόνου 2: Σε προχωρημένες διαδικασίες επεξεργασίας αποβλήτων, όπως η επεξεργασία με μεμβράνες, η επεξεργασία με βιοαντιδραστήρα με μεμβράνη (MBR), η προετοιμασία του νερού τροφοδοσίας για αντίστροφη όσμωση ή η επεξεργασία σε δευτερογενή δεξαμενή καθίζησης, όταν η απορροή είναι εξαιρετικά διαυγής (συνήθως αιώρηση μικρότερη των 1 NTU), η ταχύτητα ανταπόκρισης του μετρητή αιώρησης μειώνεται ή η ένδειξη αυξάνεται απότομα, ακόμη και όταν το δείγμα νερού είναι σταθερό.

Μηχανισμός Παρεμβολής: Παρεμβολή από φυσαλίδες. Οι φυσαλίδες που παράγονται από ασταθείς ρυθμούς ροής παρεμβαίνουν σημαντικά στις μετρήσεις αιώρησης σε χαμηλά επίπεδα αιώρησης, οδηγώντας σε ψευδώς υψηλές τιμές μέτρησης. Τα μη βαθμονομημένα όργανα μπορούν να προκαλέσουν χαοτικά εσωτερικά σήματα φωτός, επηρεάζοντας την ήδη πολύ μικρή ποσότητα διασκορπισμένου φωτός κατά τη μέτρηση χαμηλής αιώρησης, με αποτέλεσμα τη μείωση της ταχύτητας ανταπόκρισης του εξοπλισμού.

Λύσεις: Εγκαταστήστε ένα δεξαμενή αφαίρεσης αφρού (με αρχή βαρύτητας ή υπερπίεσης) , βελτιστοποιήστε τον σχεδιασμό του διαύλου ροής και εκτελέστε τακτική βαθμονόμηση μηδενικού σημείου με υπερκαθαρό νερό.

Υπάρχουν πολλά άλλα δύσκολα προβλήματα δοκιμής της θολότητας επιτόπου. Μπορείτε να επικοινωνήσετε με τους μηχανικούς μας μέσω της ιστοσελίδας μας για περαιτέρω συζήτηση. Καλωσορίζουμε πελάτες από διάφορες βιομηχανίες να μας παρέχουν μελέτες περίπτωσης προκειμένου να βελτιώσουμε τα προϊόντα μας και να επεκτείνουμε την εμπειρία μας σε εφαρμογές επιτόπου.

Σημείο Πόνου 3: Το όργανο μέτρησης θολότητας είναι εξαιρετικά ακριβές αμέσως μετά τη βαθμονόμηση, αλλά μετά από λιγότερο από μία εβδομάδα σε φυσικό νερό/λύματα, οι μετρήσεις παρουσιάζουν διακυμάνσεις και ανεβαίνουν σταδιακά.

Μηχανισμός Παρεμβολής: Συνήθης παρεμβολή από βιοφιλμ σε φυσικά υδάτινα σώματα και ωκεανούς, ή παρεμβολή από ενώσεις ασβεστίου και μαγνησίου που προσκολλώνται λόγω της υψηλής σκληρότητας των λυμάτων. Αυτή η παρεμβολή καθιστά δύσκολη τη μετάδοση και τη λήψη του φωτεινού σήματος, επηρεάζοντας τα αποτελέσματα των δοκιμών.

Λύση: Επιλέξτε μετρητή θολότητας με αυτόματη βούρτσα καθαρισμού. Αυτού του είδους η βούρτσα καθαρισμού από πυριτικό καουτσούκ είναι ανθεκτική, εύκολη στην αντικατάσταση και μπορεί να καθαρίζει περιοδικά το οπτικό παράθυρο όπως απαιτείται, μειώνοντας αποτελεσματικά τη διαταραχή από βιοφίλμ. Για τα απόβλητα νερά με υψηλή σκληρότητα, η συχνότητα συντήρησης πρέπει να αυξηθεί. Επιλέξτε μετρητή θολότητας που είναι ενσωματωμένος σε ανθεκτικά στη διάβρωση υλικά, όπως κράμα τιτανίου (εδώ, συνιστάται ο εξαιρετικά οικονομικός σε σχέση με την απόδοσή του διαδικτυακός αναλυτής θολότητας JIDE WQ3000-turb-Ti με αυτόματο καθαρισμό και κράμα τιτανίου). Κατά την τακτική συντήρηση, η πλύση με οξύ μπορεί να διαλύσει αποτελεσματικά τις ενώσεις του ασβεστίου και του μαγνησίου.

Σημείο Πόνου 4: Τα δεδομένα θολότητας από τις εργαστηριακές δοκιμές και τα δεδομένα από τον διαδικτυακό αναλυτή δεν μπορούν να συγκριθούν, με σφάλμα μεγαλύτερο του 10%, καθιστώντας αδύνατη την εμπιστοσύνη οποιασδήποτε πλευράς στα αποτελέσματα των δοκιμών.

Μηχανισμοί παρεμβολής: Η θολερότητα και τα αιωρούμενα στερεά είναι δυναμικές και ενεργές παράμετροι που εναποθέτονται εύκολα. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να ανακινείται εντατικά το δείγμα πριν από τη δοκιμή, ενώ μπορεί να απαιτείται και αναδευτήρας με μαγνητικό ανακατευτήρα για να διατηρηθεί η σταθερότητα της δοκιμής. Επιπλέον, κατά τη βαθμονόμηση ηλεκτρονικών αναλυτών θολερότητας στο εργαστήριο, πρέπει να χρησιμοποιείται το δοχείο βαθμονόμησης με προστασία από το φως που παρέχεται από τον κατασκευαστή, ενώ η τυπική διάλυση φορμαλδεΰδης πρέπει να δοκιμάζεται σε πλήρως σκοτεινό περιβάλλον για να αποφευχθεί η παρεμβολή φωτός από το περιβάλλον. Σε ορισμένες περίπλοκες συνθήκες λειτουργίας, εάν απαιτείται ακριβής συμφωνία με τα δεδομένα των εργαστηριακών δοκιμών και το όργανο δεν μπορεί να εξομοιωθεί με τη δοκιμή της εργαστηριακής τυπικής διάλυσης (η αρχή της εργαστηριακής δοκιμής μπορεί να βασίζεται στη μέθοδο της λαμπτήρα πυρακτώσεως και όχι στη μέθοδο του υπέρυθρου φωτός), μπορούν να χρησιμοποιηθούν πραγματικά δείγματα νερού για τη βαθμονόμηση, προκειμένου να διασφαλιστεί ότι τα αποτελέσματα της σύγκρισης επαληθεύονται.

Πώς να επιλέξετε έναν αισθητήρα θολερότητας υψηλής ακρίβειας σε περίπλοκες συνθήκες λειτουργίας σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων

Σε ολόκληρο το σύστημα διαδικασίας ενός εργοστασίου επεξεργασίας βιομηχανικών λυμάτων, η θολερότητα αποτελεί έναν πυρήνα δείκτη διαδικασίας που αντανακλά απευθείας την απόδοση αφαίρεσης των συνολικών αιωρούμενων στερεών (TSS), την απόδοση ιζηματοποίησης της λάσπης, την παρακολούθηση της ποιότητας των εισερχόμενων υδάτων και το εάν η ποιότητα των εκροών υδάτων πληροί τα καθορισμένα πρότυπα. Η χειροκίνητη δειγματοληψία και δοκιμή δεν μπορεί να παρέχει ακριβή ανατροφοδότηση για τις διακυμάνσεις της ποιότητας του νερού, ενώ παρουσιάζει κίνδυνο υπέρβασης των ορίων απόρριψης. Επίσης, οι αισθητήρες θολερότητας χαμηλής ακρίβειας είναι ευάλωτοι σε διάφορους παράγοντες παρεμβολής, όπως το χρώμα, οι κολλώδεις ιζηματικές εναποθέσεις, η οργανική ύλη και οι αέριες φυσαλίδες, με αποτέλεσμα να προκαλούν συχνά αστάθεια κατά τη μακροχρόνια χρήση, ειδικά σε περίπλοκες συνθήκες λειτουργίας, όπου η αβεβαιότητα αυξάνεται σημαντικά.

Οι αισθητήρες υψηλής ακρίβειας για την αιώρηση, από την άλλη πλευρά, σχεδιάζονται με βάση τις βασικές αρχές παρακολούθησης και τις τεχνικές λεπτομέρειες που στοχεύουν στην εξάλειψη παρεμβολών και στην αντιμετώπιση πιθανής παρέκκλισης και σφαλμάτων των δεδομένων. Σε αυτήν την ενότητα χρησιμοποιούνται ως παραδείγματα ο αναλυτής αιώρησης/αιωρούμενων στερεών WQ3000 της JIDE και ο βαθμονομημένος μετρητής αιώρησης χαμηλού εύρους 1720E της Hach για εγκαταστάσεις επεξεργασίας αποβλήτων.

Ο αναλυτής αιώρησης/αιωρούμενων στερεών σειράς JIDE WQ3000 ενσωματώνει μια πηγή φωτός LED πλησιέστερης υπέρυθρης ακτινοβολίας 860 nm, η οποία προσπίπτει στο νερό χωρίς να επηρεάζεται από το κιτρινωπό-καφετί χρώμα των αποβλήτων ή από τη χρωματικότητα των υδατικών αποβλήτων από βαφικές διαδικασίες, αποφεύγοντας έτσι τα ενδογενή σφάλματα της ανίχνευσης με ορατό φως.

Ένα φωτοηλεκτρικό μονάδα λήψης τοποθετείται σε γωνία 90° κάθετα προς την προσπίπτουσα ακτινοβολία, προκειμένου να ανιχνεύει ειδικά το πλευρικά σκεδασμένο φως που παράγεται από τα αιωρούμενα στερεά και τα κολλοειδή σωματίδια στο νερό.

Η ένταση του διασκορπισμένου φωτός είναι γραμμικά ανάλογη προς την αιώρηση του νερού. Το μικροκύκλωμα, μέσω αντιστάθμισης της θερμοκρασίας και αλγοριθμικής φιλτράρισης, μετατρέπει με ακρίβεια την αιώρηση σε μονάδες αιώρησης NTU.

Ο σχεδιασμός του κυκλώματος περιλαμβάνει σύστημα απομόνωσης για να αποτρέψει την παρεμβολή φωτός από το περιβάλλον, επιτυγχάνοντας υπερυψηλή ακρίβεια ανίχνευσης στο χαμηλό εύρος αιώρησης (0–50 NTU), με ανάλυση έως 0,01 NTU.

Ο αναλυτής χαμηλής διαταραχής Hach 1720E λειτουργεί με τη μέθοδο του σκεδασμού φωτός σε γωνία 90° και ενσωματώνει σύστημα αφροαπομάκρυνσης και αποαερισμού για να εξαλείψει αποτελεσματικά την παρεμβολή αερίων φυσαλίδων στις μετρήσεις διαταραχής σε χαμηλές περιοχές. Αυτή η συσκευή έχει εύρος μέτρησης 0–100 NTU και ακρίβεια σε χαμηλές τιμές διαταραχής 0,001 NTU, καθιστώντας την κατάλληλη για την παρακολούθηση νερού ανθρώπινης κατανάλωσης που πληροί εξαιρετικά αυστηρές προδιαγραφές, καθώς και για την παρακολούθηση αποβλήτων που πρέπει να πληρούν τις αυστηρότερες προδιαγραφές εκροής. Αυτό το προϊόν έχει σήμερα το μεγαλύτερο μερίδιο της αγοράς και υψηλή αναγνώριση στον κλάδο, ωστόσο ορισμένες δεξαμενές δειγμάτων επιτόπου είναι ευαίσθητες στην απόθεση λεπτών επικαλύψεων (scaling) και απαιτούν συχνή συντήρηση, γεγονός που αναφέρεται από τον κλάδο. Εξακολουθεί επίσης να θέτει ορισμένες απαιτήσεις όσον αφορά την ποιότητα του νερού επιτόπου.

Οδηγός σύγκρισης και επιλογής

Μέθοδοι μέτρησης	Βασικές Αρχές	Πλεονεκτήματα	Μειονεκτήματα/Περιορισμοί	Σενάρια εφαρμογής σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας αστικών λυμάτων
μέθοδος σκέδασης σε γωνία 90°	Ανίχνευση πλευρικού σκεδασμένου φωτός σε κάθετη γωνία 90°	Συμβατό με εύρη μέτρησης τόσο υψηλά όσο και χαμηλά, εξαιρετικά υψηλή ακρίβεια για μετρήσεις χαμηλής θολότητας	Πρέπει να ληφθεί υπόψη η παρεμβολή κλίμακας/φυσαλίδων.	Τυπική παρακολούθηση της ποιότητας του εισερχόμενου και εξερχόμενου νερού
Μέθοδος Μετάδοσης	Μέτρηση της εξασθένισης του φωτός που διαπερνά το νερό	Κατάλληλο για βασικές μετρήσεις υψηλής θολότητας	Χαμηλή ευαισθησία στο εύρος χαμηλής θολότητας, εξαιρετικά ευάλωτο σε παρεμβολές χρώματος.	Δεν είναι κατάλληλο για λεπτομερή παρακολούθηση των αποβλήτων
Μέθοδος οπισθοσκέδασης	Αίσθηση διάχυτου φωτός σε ευρύ γωνιακό φάσμα κοντά στις 180°	Ιδιαίτερα κατάλληλο για μετρήσεις υπερυψηλής συγκέντρωσης	Κακή γραμμικότητα στο χαμηλό εύρος θολερότητας.	Κατάλληλο μόνο για λάσπη υψηλής συγκέντρωσης και εισερχόμενα ρεύματα