سنسور کدری با دقت بالا برای نیروگاه‌های تصفیه فاضلاب

تفاوت‌های بین سه شاخص شفافیت در کارخانه‌های تصفیه فاضلاب چیست؟ تمایز بین کدری، مواد معلق (SS) و شفافیت

در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب، سه شاخص شفافیت به‌طور مکرر ذکر می‌شوند: کدری، شفافیت و جامدات معلق (SS). این شاخص‌ها سه بعد مختلف ارزیابی شفافیت را نشان می‌دهند: غلظت جرمی، خواص نوری و ادراک حسی. روش استاندارد آزمون جامدات معلق، روش گرانی‌سنجی است که شامل عبور دادن نمونه آب از یک غشای فیلتر با منافذ مشخص و سپس خشک‌کردن آن تا رسیدن به وزن ثابت می‌شود. واحد اندازه‌گیری آن میلی‌گرم بر لیتر (mg/L) است. از نظر تئوری، این شاخص غلظت جرمی قابل پایش آنلاین نیست و باید خشک و وزن‌گیری شود. مواد مؤثر بر جامدات معلق شامل رسوبات، خاک رس و میکروارگانیسم‌های با شعاع بزرگ هستند. کدری به‌عنوان میزان پراکندگی نور توسط ذرات معلق در آب تعریف می‌شود. روش استاندارد آزمون آن، روش پراکندگی نور در زاویه ۹۰ درجه است که توانایی ذرات معلق در اختلال در انتشار نور را ارزیابی می‌کند. واحد آن NTU (یا FTU، واحد کدری فرمالین) است. بسیاری از مواد بر کدری تأثیر می‌گذارند، از جمله رسوبات، میکروارگانیسم‌ها، جلبک‌ها، مواد آلی ذره‌ای و حباب‌های ریز.

چرا روش نور پراکنده‌شده در زاویه ۹۰ درجه، راه‌حل اصلی برای اندازه‌گیری آنلاین کدری آب است؟

این روش شامل تاباندن پرتوی موازی و جهت‌دار نور از یک منبع نور به نمونه آب است. یک فوتودتکتور در زاویه‌ای ۹۰ درجه و عمود بر نور تابش‌یافته قرار دارد. هنگامی که نور به ذرات معلق موجود در نمونه آب برخورد می‌کند، پراکنده می‌شود. نور پراکنده‌شده در تمام جهات منتشر می‌گردد، اما فوتودتکتور تنها شدت نور پراکنده‌شده در جهت جانبی را ثبت می‌کند و بر اساس آن مقدار کدری محاسبه می‌شود (شدت نور پراکنده‌شده در جهت جانبی با میزان مواد معلق در آب متناسب است). این روش متداول‌ترین راه‌حل برای اندازه‌گیری آنلاین کدری آب است و توسط برندهای پیشرو در بازار پایش کیفیت آب از جمله E+H، Hach، JIDE و OPTEX مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مقایسه استانداردهای کدری آب در کشورهای مختلف

استانداردهای کدری در کشورهای مختلف بر سه حوزه تمرکز دارند:

۱. آب آشامیدنی (استانداردهای الزامی و با سطح بالا)؛

۲. آب سطحی (طبقه‌بندی‌شده بر اساس عملکرد بدنه آب، معمولاً همراه با شفافیت مدیریت می‌شود)؛

۳. فاضلاب صنعتی (معمولاً به‌صورت جامدات معلق محاسبه می‌شود).

در اینجا نمونه‌هایی از استانداردها در کشورها و مناطق اصلی آورده شده است: استاندارد آژانس حفاظت محیط زیست ایالات متحده (EPA) مشخص می‌کند که کدری آب سطحی معمولی مانند رودخانه‌ها و دریاچه‌ها باید بین ۲۵ تا ۱۵۰ NTU کنترل شود؛ کدری آب آشامیدنی باید کمتر از ۱ NTU باشد؛ استاندارد خروجی فاضلاب صنعتی بر اساس جامدات معلق کل (TSS) تعیین می‌شود که مقدار کنترلی آن بین ۳۰ تا ۱۰۰ میلی‌گرم بر لیتر است.

استانداردهای آب سطحی چین کدری را برای آب کلاس V کمتر از ۲۵ NTU و برای آب کلاس III کمتر از ۱۰ NTU تعیین می‌کند. برای تخلیه فاضلاب از تصفیه‌خانه‌های شهری، بر اساس جامدات معلق کل (TSS) محاسبه می‌شود که سخت‌ترین استاندارد تخلیه کمتر از ۱۰ میلی‌گرم بر لیتر است و حد مجاز تخلیه به شبکه‌های پیش‌تصفیه ۵۰ میلی‌گرم بر لیتر است؛ همچنین حد کدری برای خروجی آب آشامیدنی ۱ NTU است.

سیستم استاندارد اتحادیه اروپا EN ISO 7027 مشخص می‌کند که حد بالای راهنما برای کدری آب مصرفی، کمتر از ۴ FNU است؛ الزام مربوط به پساب متعارف حاصل از تصفیه‌خانه‌های فاضلاب شهری که بر اساس TSS محاسبه می‌شود، کمتر از ۳۵ میلی‌گرم بر لیتر است و برای آب‌های حساس با استاندارد بالا این مقدار کمتر از ۱۵ میلی‌گرم بر لیتر تعیین شده است؛ برای آب‌های سطحی کنترل هماهنگ شفافیت و کدری الزامی است و الزام مربوط به آب منبع عموماً کمتر از ۵ NTU است.

چرا اندازه‌گیری‌های کدری شما همیشه نادرست هستند؟

نقطه درد ۱: پساب صنعتی برخی صنایع رنگی بوده و شفافیت پایینی دارد، مانند پساب کُکس‌سازی، پساب رنگرزی یا پساب حاوی ذرات درشت با غلظت بالا. این امر منجر به خوانش‌های ناپایدار سنسور کدری، نوسانات قابل توجه و در مجموع خوانشی بسیار پایین‌تر می‌شود.

مکانیسم تداخل: توربیدی‌مترهای سنتی مبتنی بر اصل نور پراکنده، شدت سیگنال نوری را که به آشکارساز بازمی‌گردد اندازه‌گیری می‌کنند. اگر آب رنگی باشد، بخشی از نور پراکنده پیش از رسیدن به آشکارساز جذب می‌شود و در نتیجه سیگنال نوری دریافتی توسط آشکارساز ضعیف‌تر شده و مقدار اندازه‌گیری‌شده کاهش می‌یابد. ذرات معلق بزرگ نیز می‌توانند با عبور از مسیر انتقال نور، باعث نوسان در مقادیر خوانده‌شده شوند.

راه‌حل: توربیدی‌مترهای مبتنی بر نور مادون قرمز ۸۶۰ نانومتری به‌طور مؤثری از تداخل رنگ جلوگیری می‌کنند. هم‌زمان، لازم است الگوریتمی تنظیم شود که از روش اندازه‌گیری نسبتی برای تنظیم الگوریتم جبران سیگنال نوری استفاده کند تا خطاهای ناشی از حرکت ذرات بزرگ و رنگ حذف شوند. در حال حاضر، مدل‌های اصلی متداولی که از این راه‌حل استفاده می‌کنند شامل HACH TSS-Sc، CUS51D Turbimax از E+H و WQ3000-TSS/Turb از JIDE هستند.

نقطه درد ۲: در فرآیندهای پیشرفته تصفیه فاضلاب، مانند تصفیه با غشا، راکتور بیولوژیکی غشایی (MBR)، آب خوراک اسمز معکوس یا تصفیه در تانک ته‌نشینی ثانویه، هنگامی که آب خروجی بسیار شفاف است (معمولاً کدری کمتر از ۱ NTU)، سرعت پاسخ دستگاه اندازه‌گیری کدری کاهش می‌یابد یا در صورت ثابت بودن نمونه آب، نمایشگر دستگاه به‌طور ناگهانی و شدید افزایش می‌یابد.

مکانیسم تداخل: تداخل حباب. حباب‌های ایجادشده توسط دبی جریان ناپایدار، به‌طور قابل‌توجهی بر اندازه‌گیری کدری در سطوح پایین کدری تأثیر می‌گذارند و منجر به مقادیر اندازه‌گیری شده‌ای بالاتر از واقعیت می‌شوند. دستگاه‌هایی که کالیبره نشده‌اند می‌توانند سیگنال‌های نوری داخلی نامنظمی ایجاد کنند که بر مقدار بسیار کم نور پراکنده‌شده در اندازه‌گیری‌های کدری پایین تأثیر می‌گذارند و در نتیجه سرعت پاسخ دستگاه کاهش می‌یابد.

راه‌حل‌ها: نصب یک تانک جریان ضدحباب (با اصل گرانشی یا تحت فشار) , بهینه‌سازی طراحی کانال جریان و انجام منظم کالیبراسیون نقطه صفر با استفاده از آب فوق‌خالص.

مسائل چالش‌برانگیز دیگری نیز در آزمایش کدری در محل وجود دارد. می‌توانید برای بحث بیشتر با مهندسان ما از طریق وب‌سایت ما تماس بگیرید. ما مشتریان را از صنایع مختلف به‌خوشی می‌پذیریم تا مطالعات موردی ارائه دهند تا محصولات ما را بهبود بخشند و تجربهٔ کاربردی خود را در محل گسترش دهند.

نکتهٔ دردناک ۳: دستگاه سنجش کدری پس از کالیبراسیون بسیار دقیق است، اما پس از کمتر از یک هفته در آب طبیعی یا فاضلاب، نتایج اندازه‌گیری نوسان کرده و به‌سوی بالا منحرف می‌شوند.

مکانیسم تداخل: تداخل رایج از لایه‌های زیستی (بیوفیلم) در آب‌های طبیعی و اقیانوس‌ها، یا تداخل ناشی از ترکیبات کلسیم و منیزیم که به دلیل سختی بالای فاضلاب روی سطوح می‌چسبند. این تداخل به‌راحتی اجزای انتقال و دریافت سیگنال نوری را مسدود کرده و بر نتایج آزمایش تأثیر می‌گذارد.

راه‌حل: انتخاب دستگاه اندازه‌گیری میزان کدری با قلم‌موی خودکار برای پاک‌سازی. این نوع قلم‌موی سیلیکونی بادوام است، تعویض آن آسان است و می‌تواند به‌صورت دوره‌ای پنجره نوری را در زمان‌های لازم پاک کند و به‌طور مؤثری از تأثیرات لایه زیستی جلوگیری کند. در مورد فاضلاب‌هایی با سختی بالا، فراوانی نگهداری باید افزایش یابد. دستگاه اندازه‌گیری میزان کدری را با پوششی از مواد مقاوم در برابر خوردگی مانند آلیاژ تیتانیوم انتخاب کنید (در اینجا دستگاه آنالیزور آنلاین کدری JIDE WQ3000-turb-Ti با قابلیت پاک‌سازی خودکار و ساختار تیتانیومی که از نظر هزینه بسیار مقرون‌به‌صرفه است، توصیه می‌شود). در نگهداری معمولی، شست‌وشو با اسید می‌تواند ترکیبات کلسیم و منیزیم را به‌طور مؤثری حل کند.

نقطه درد ۴: داده‌های کدری حاصل از آزمایش‌های آزمایشگاهی و داده‌های حاصل از دستگاه آنلاین قابل مقایسه نیستند و خطای آن‌ها بیش از ۱۰٪ است؛ بنابراین هیچ‌یک از دو طرف نمی‌توانند به نتایج آزمایش اعتماد کنند.

مکانیسم‌های تداخل: کدری و مواد معلق پارامترهایی پویا و فعال هستند که به‌راحتی رسوب می‌کنند. بنابراین، تکان‌دادن دقیق نمونه قبل از آزمایش ضروری است و ممکن است برای حفظ پایداری آزمایش از هم‌زن مغناطیسی نیز استفاده شود. علاوه بر این، هنگام کالیبراسیون آنالیزورهای آنلاین کدری در آزمایشگاه، باید از ظرف کالیبراسیون ضد نور ارائه‌شده توسط سازنده استفاده کرد و محلول استاندارد فرمالین را در محیطی کاملاً تاریک آزمایش نمود تا از تأثیر نور محیط جلوگیری شود. در برخی شرایط عملیاتی پیچیده، اگر نیاز به تطابق دقیق با داده‌های آزمایشگاهی وجود داشته باشد و دستگاه قادر به تطبیق با آزمایش محلول استاندارد آزمایشگاهی نباشد (اصل آزمایش در آزمایشگاه ممکن است بر پایه‌ی لامپ روشنایی باشد نه روش نور مادون قرمز)، می‌توان از نمونه‌های واقعی آب برای کالیبراسیون استفاده کرد تا نتایج مقایسه‌ای مورد تأیید قرار گیرند.

نحوه انتخاب سنسور کدری با دقت بالا در شرایط عملیاتی پیچیده در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب

در کل سیستم فرآیندی یک تصفیه‌خانه فاضلاب صنعتی، کدری یک شاخص فرآیندی اصلی است که به‌طور مستقیم اثر حذف جامدات معلق کل (TSS)، عملکرد ته‌نشینی لجن، نظارت بر کیفیت آب ورودی و اینکه آیا کیفیت آب خروجی معیارهای استاندارد را برآورده می‌کند یا خیر را منعکس می‌کند. نمونه‌برداری و آزمایش دستی قادر به ارائه بازخورد دقیقی درباره نوسانات کیفیت آب نیست و این امر خطر تجاوز از استانداردهای تخلیه را ایجاد می‌کند. سنسورهای کدری با دقت پایین نیز در برابر عوامل مزاحم مختلفی مانند رنگ، رسوبات چسبنده، مواد آلی و حباب‌های هوا آسیب‌پذیر هستند و ممکن است باعث ناپایداری مکرر در طول زمان شوند، به‌ویژه در شرایط عملیاتی پیچیده که عدم قطعیت به‌طور قابل توجهی افزایش می‌یابد.

از سوی دیگر، سنسورهای کدرسنجی با دقت بالا بر اساس اصول اصلی نظارت و جزئیات فنی طراحی شده‌اند تا مداخلات را حذف کرده و انحرافات احتمالی داده‌ها و خطاهای ناشی از آن را کاهش دهند. این بخش از تحلیل‌گر کدرسنجی/مواد معلق سری WQ3000 شرکت JIDE و دستگاه کدرسنجی محدوده پایین مرجع کارخانه تصفیه فاضلاب ۱۷۲۰E شرکت Hach به‌عنوان نمونه‌هایی استفاده می‌کند.

تحلیل‌گر کدرسنجی/مواد معلق سری WQ3000 شرکت JIDE از منبع نور LED مادون قرمز نزدیک با طول موج ۸۶۰ نانومتر استفاده می‌کند که در آب تابیده می‌شود و تحت تأثیر رنگ زرد-قهوه‌ای فاضلاب یا رنگ‌پذیری فاضلاب رنگرزی قرار نمی‌گیرد؛ بنابراین خطاهای ذاتی تشخیص نور مرئی را از بین می‌برد.

ماژول دریافت‌کننده نوری در زاویه‌ای ۹۰ درجه عمود بر نور ورودی قرار گرفته است تا به‌طور خاص نور پراکنده جانبی ایجادشده توسط ذرات معلق و کلوئیدی موجود در آب را ثبت کند.

شدت نور پراکنده‌شده به‌صورت خطی با کدری آب متناسب است. این تراشه، از طریق جبران دما و فیلترکردن الگوریتمی، کدری را به‌طور دقیق به واحدهای استاندارد کدری (NTU) تبدیل می‌کند.

طراحی مدار شامل سیستم جداسازی برای جلوگیری از تداخل نور محیطی است و دقت تشخیص بسیار بالایی در محدوده کدری پایین (۰ تا ۵۰ NTU) ایجاد می‌کند، به‌طوری‌که وضوح آن تا ۰٫۰۱ NTU می‌رسد.

آنالیزور کدریت پایین هاچ مدل ۱۷۲۰E بر اساس روش نور پراکنده‌شده در زاویه ۹۰ درجه عمل می‌کند و دارای سیستمی برای حذف فوم و گاز است تا مداخله حباب‌های هوا را در آزمایش‌های کدریت پایین به‌طور مؤثری از بین ببرد. این دستگاه دارای محدوده اندازه‌گیری ۰ تا ۱۰۰ NTU و دقت کدریت پایین ۰٫۰۰۱ NTU است و بنابراین برای نظارت بر استانداردهای بسیار بالای آب آشامیدنی و بالاترین استانداردهای تخلیه فاضلاب مناسب می‌باشد. این محصول در حال حاضر بزرگ‌ترین سهم بازار و شناخت بالایی در صنعت دارد، اما برخی از مخزن‌های نمونه‌گیری در محل، مستعد تشکیل رسوب هستند و نیازمند نگهداری مکرر می‌باشند که این مسئله توسط صنعت گزارش شده است. همچنین این دستگاه هنوز هم نیازمند کیفیت خاصی از آب در محل نصب است.

راهنمای مقایسه و انتخاب

روش‌های اندازه‌گیری	اصول اصلی	مزایا	معایب/محدودیت‌ها	سناریوهای کاربردی در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب
روش پراکندگی ۹۰ درجه	تشخیص نور پراکنده‌شده عمودی در زاویه ۹۰ درجه	سازگان با محدوده‌های اندازه‌گیری بالا و پایین، دقت بسیار بالا برای اندازه‌گیری‌های کدری پایین	باید تأثیر مقیاس یا حباب در نظر گرفته شود.	پایش استاندارد کیفیت آب ورودی و خروجی
روش انتقال قدرت	اندازه‌گیری میزان کاهش نور نفوذکننده به آب	مناسب برای اندازه‌گیری‌های پایه کدری بالا	حساسیت ضعیف در محدوده کدری پایین و بسیار مستعد تداخل رنگی.	برای پایش دقیق فاضلاب مناسب نیست
روش پراکندگی به عقب	جمع‌آوری نور پراکنده‌شده با زاویه گسترده نزدیک به ۱۸۰ درجه	برای اندازه‌گیری‌های غلظت فوق‌العاده بالا بسیار مناسب است	خطی‌بودن ضعیف در محدوده کدری پایین.	تنها برای لجن با غلظت بالا و جریان ورودی مناسب است