Korkean tarkkuuden sameusanturi jäteveden käsittelylaitoksille

Mitkä ovat kolmen selkeyttä mittaavan indikaattorin erot jätevesiasemilla? Pilkkoutumisen, kiintoaineen (SS) ja läpinäkyvyyden erottaminen

Jätevesien käsittelylaitoksissa mainitaan usein kolme selkeyden indikaattoria: pilvisyys, läpinäkyvyys ja kelluvat kiinteät ainekset (SS). Ne edustavat kolmea eri selkeyden arviointiulottuvuutta: massakonsentraatiota, optisia ominaisuuksia ja sensorista havaintoa. Kelluville kiinteille aineksille käytetty standarditestimenetelmä on gravimetrisen menetelmän mukainen, jossa vedenäyte suodatetaan tiettyjen kokoisten pienten reikien läpi ja kuivataan vakioon. Mittayksikkö on mg/l. Teoreettisesti tätä massakonsentraatioindikaattoria ei voida seurata verkossa, vaan näyte on kuivattava ja punnittava. Kelluviin kiinteisiin aineksiin vaikuttavia aineita ovat mm. hiekka, savi ja suurikokoiset mikro-organismit. Pilvisyys määritellään veden sisältämien kelluvien hiukkasten aiheuttamana valon sirontana. Standarditestimenetelmä on 90 asteen sirontavalomenetelmä, jolla mitataan kelluvien hiukkasten kykyä häiritä valon etenemistä. Mittayksikkö on NTU (tai FTU, formalinipilvisyysyksikkö). Pilvisyyteen vaikuttavia aineita ovat mm. hiekka, mikro-organismit, levät, hiukkasmainen orgaaninen aine ja mikroboksi.

Miksi 90 asteen hajakylväysmenetelmä on yleisin ratkaisu online-turbiditeettimittauksiin?

Tässä menetelmässä valonlähde lähettää suunnattua yhdensuuntaista valosädettä vesinäytteeseen. Valoherätin on sijoitettu 90 asteen kulmaan tulevan valonsäteen suhteen kohtisuoraan. Kun valo osuu vesinäytteessä oleviin kelluviin hiukkasiin, se hajaantuu. Hajautunut valo etenee kaikkiin suuntiin, mutta valoherätin kerää vain sivusuuntaisen hajavalon intensiteetin, jonka perusteella turbiditeettiarvo lasketaan (sivusuuntaisen hajavalon intensiteetti on verrannollinen vesinäytteessä olevaan hiukkasmäärään). Tämä on yleisin online-turbiditeettimittausratkaisu, jota käyttävät johtavat merkkituotteet vedenlaatun seurannan markkinoilla, kuten E+H, Hach, JIDE ja OPTEX.

Turbiditeettistandardien vertailu eri maissa

Eri maiden turbiditeettistandardit keskittyvät kolmeen alueeseen:

1. Juomavesi (pakolliset standardit, korkeat vaatimukset);

2. Pintavesi (luokiteltu vesikunnan toiminnan mukaan, yleensä hallittava yhdessä läpinäkyvyyden kanssa);

3. Teollisuuden jätevesi (yleensä lasketaan kelluvien aineiden määränä).

Tässä on esimerkkejä standardeista pääasiallisilta maailman alueilta ja maista: Yhdysvalloissa EPA:n standardin mukaan tavallisen pintaveden, kuten jokien ja järvien, pilkottavuus tulisi pitää 25–150 NTU:n välillä; juomaveden pilkottavuuden tulisi olla alle 1 NTU; teollisuuden jätevesiputkien standardi perustuu kelluvien kiinteiden aineiden (TSS) määrään, ja sallittu enimmäisarvo on 30–100 mg/l.

Kiinan pintavesistandardit määrittelevät pilkottavuuden alle 25 NTU:n (luokka V) ja alle 10 NTU:n (luokka III). Kaupunkisten jätevesien puhdistamoiden päästöille, joita mitataan TSS:n (kelluvat kiinteät aineet) perusteella, tiukin päästöstandardi on alle 10 mg/l, ja esikäsittelyverkkoon päästettävälle vedelle raja-arvo on 50 mg/l; juomaveden päästöpaikoille asetettu pilkottavuusraja on 1 NTU.

EU:n EN ISO 7027 -standardin mukaan käytetyn veden ohjaava raja-arvo on alle 4 FNU; kaupunkisten jätevesien puhdistamolaitosten perinteisen jäteveden vaatimus, joka lasketaan TSS:n (kokonaisliukenevien kiintoaineiden) perusteella, on alle 35 mg/l, ja korkeatasoisille herkille vesikunnille se on alle 15 mg/l; pinnanvesien turbiditeetin ja läpinäkyvyyden hallinta vaatii koordinoituja toimenpiteitä, ja lähteenveden vaatimus on yleensä alle 5 NTU.

Miksi turbiditeettimittauksenne ovat aina epätarkkoja?

Kipupiste 1: Joissakin teollisuuden aloilla tuotettu teollinen jätevesi on värjäytynyttä ja sen läpinäkyvyys on alhainen, mikä tyypillisesti koskee esimerkiksi koksintajätevettä, värjäysjätevettä tai suurien hiukkasten määrän suhteen rikasta jätevettä. Tämä johtaa epävakaaseen turbiditeettianturin lukemaan, jossa esiintyy merkittäviä vaihteluita ja joka on kokonaisuudessaan huomattavasti alhaisempi.

Häiriömekanismi: Perinteiset sirontavalon periaatteella toimivat sekämittarit mittaavat valosignaalin voimakkuutta, joka palaa detektorille. Jos vesi on värjätty, osa sirontavalosta absorboituu ennenaikaisesti, mikä heikentää detektorin vastaanottamaa valosignaalia ja johtaa alhaisempaan mittausarvoon. Suuret kelluvat hiukkaset voivat myös aiheuttaa lukemien vaihtelua, kun ne kulkevat valonsäteen kulkureitillä.

Ratkaisu: 860 nm:n infrapunavaloa käyttävät sekämittarit välttävät tehokkaasti värin aiheuttaman häiriön. Samalla tarvitaan algoritmin konfigurointi, jossa käytetään suhdemittaustapaa säätämään valosignaalin korjausalgoritmia suurten hiukkasten liikkeestä ja värivistä aiheutuvien virheiden poistamiseksi. Tällä ratkaisulla varustettuja yleisimmistä malleista ovat tällä hetkellä HACH TSS-Sc, E+H:n CUS51D Turbimax ja JIDE:n WQ3000-TSS/Turb.

Kipupiste 2: Edistyneissä jätevesien käsittelyprosesseissa, kuten kalvojen käsittelyssä, MBR:ssä, käänteisosmoosin syöttöveden käsittelyssä tai toissijaisessa sedimentointialtaassa, kun puhdistettu vesi on erinomaisen selkeää (yleensä pilvisyys alle 1 NTU), pilvisyysmittarin vastausaika hidastuu tai lukema nousee äkillisesti jyrkästi, vaikka vesinäyte olisi vakaa.

Häiriömekanismi: kuplakäyttäytyminen. Epävakaiden virtausnopeuksien aiheuttamat kuplat häiritsevät merkittävästi pilvisyysmittauksia alhaisilla pilvisyystasoilla, mikä johtaa virheellisen korkeisiin mittausarvoihin. Kalibroimattomat laitteet voivat tuottaa sekavaa sisäistä valosignaalia, joka vaikuttaa jo niin pieniin hajatettuun valoon liittyviin mittaustuloksiin alhaisilla pilvisyystasoilla, mikä johtaa laitteen vastausajan hidastumiseen.

Ratkaisut: Asenna kuplanpoistotankki (painovoiman tai paineen periaatteella) , optimoi virtauskanavan suunnittelu ja suorita säännöllinen nollapiste-kalibrointi ultrapuhdalla vedellä.

Monia muita haastavia sameuden testausongelmia esiintyy paikan päällä. Voitte ottaa yhteyttä insinööreihimme verkkosivuiltamme lisäkeskustelua varten. Tervetuloa asiakkaille eri aloilta jakamaan tapaustutkimuksia parantaaksemme tuotteitamme ja laajentaaksemme kokemustamme paikan päällä suoritetuista sovelluksista.

Kipupiste 3: Sameusmittari on erinomaisen tarkka heti kalibroinnin jälkeen, mutta luonnonvedessä tai jätevesissä vähemmän kuin viikossa mittausarvot vaihtelevat ja poikkeavat ylöspäin.

Häiriömekanismi: Yleisiä häiriötekijöitä ovat esimerkiksi luonnonvesissä ja valtamerissä esiintyvät biofilmien muodostamat häiriöt tai kovuusrikkaassa jätevedessä kalsium- ja magnesiumyhdisteiden aiheuttamat häiriöt. Nämä häiriöt peittävät helposti valosignaalin lähetys- ja vastaanottokomponentit, mikä vaikuttaa testituloksiin.

Ratkaisu: Valitse sekä automaattinen puhdistusharja sisältävä sameusmittari. Tämä tyypin silikoni puhdistusharja on kestävä, helppokorvattava ja pystyy puhdistamaan optista ikkunaa tarvittaessa säännöllisesti, mikä vähentää tehokkaasti biofilmien aiheuttamaa häiriötä. Korkean kovuuden omaavassa jätevedessä huoltoväliä on pidettävä lyhyempänä. Valitse sameusmittari, joka on koteloitua korroosioon kestävistä materiaaleista, kuten titaaniseoksesta (tässä suositellaan erinomaisen kustannustehokasta JIDE WQ3000-turb-Ti -titaaniseoksen automaattisen puhdistuksen sisältävää online-sameusanalyysilaite). Tavallisessa huollossa happopesu poistaa tehokkaasti kalsium- ja magnesiumyhdisteet.

Kipupiste 4: Laboratoriotestien sameusdata ja online-analysaattorin antamat tiedot eivät ole vertailukelpoisia, ja ero on yli 10 %, mikä tekee testituloksista luottamiskelpoisia kummallekaan osapuolelle.

Häiriömekanismit: Turbidity ja kelluvat ainekset ovat dynaamisia ja aktiivisia parametrejä, jotka laskeutuvat helposti. Siksi näytteitä on ravisteltava huolellisesti ennen mittauksia, ja magneettisekoittimen käyttö saattaa olla välttämätöntä testin vakauden ylläpitämiseksi. Lisäksi verkkoturbiditeettianalysaattoreita kalibroitaessa laboratoriossa on käytettävä valmistajan toimittamaa valonsuojattua kalibrointimaljikkaa, ja standardin formaliniliuoksen mittaaminen on suoritettava täysin pimeässä ympäristössä estääkseen ympäristövalon aiheuttaman häiriön. Joissakin monimutkaisissa käyttöolosuhteissa, jos vaaditaan täsmällistä yhtenevyyttä laboratoriomittausten kanssa ja laite ei pysty vastaamaan laboratorion standardiliuosten mittaustuloksia (laboratoriomittauksen periaate voi perustua esimerkiksi hehkulamppumenetelmään eikä infrapunavalomenetelmään), voidaan kalibrointiin käyttää todellisia vesinäytteitä varmistaakseen, että vertailutulokset täyttävät testin vaatimukset.

Kuinka valita korkean tarkkuuden turbiditeettianturi monimutkaisissa käyttöolosuhteissa jäteveden käsittelylaitoksissa

Teollisen jäteveden käsittelyaseman koko prosessijärjestelmässä pilvisyys on keskeinen prosessi-indikaattori, joka heijastaa suoraan kokonaissuspendoitujen kiintoaineiden (TSS) poistotehoa, lietteen sedimentaatiomuotoa, tulevan veden laadun seurantaa ja sitä, täyttääkö puhdistetun veden laatu vaaditut standardit. Manuaalinen näytteenotto ja testaus eivät anna tarkkaa palautetta veden laadun vaihteluista, mikä lisää riskiä siitä, että päästörajoituksia ylitetään. Myös alhaisen tarkkuuden pilvisyysanturit ovat alttiita monille häiriötekijöille, kuten värille, viskoosille saostumille, orgaanisille aineille ja ilmakuplille, mikä voi johtaa pitkän käytön aikana usein esiintyvään epävakauttaisuuteen, erityisesti monimutkaisissa käyttöolosuhteissa, joissa epävarmuus kasvaa merkittävästi.

Toisaalta korkean tarkkuuden kirkkautta mittaavat anturit on suunniteltu keskitettyinä ydintarkkailuperiaatteisiin ja teknisiin yksityiskohtiin, joiden tarkoituksena on poistaa häiriötekijät ja lieventää mahdollista mittausarvojen vääristymistä ja virheitä. Tässä osiossa käytetään esimerkkeinä JIDEn WQ3000-sarjan kirkkautta ja liukoisia aineita mittaavaa analyysilaitetta sekä Hachin 1720E-jätevesiaseman vertailukirkkautta mittaavaa alamittausalueen mittaria.

JIDE WQ3000 -sarjan kirkkautta mittaava liukoisten aineiden analyysilaite käyttää 860 nm:n lähinfrapunaisen LED-valonlähteen, joka säteilee veteen eikä ole herkkä jäteveden keltaisruskealle värille tai värjätyn jäteveden värikyvylle, mikä estää näkyvän valon tunnistuksesta johtuvat sisäiset virheet.

Valokäyttöinen vastaanotinmoduuli on sijoitettu 90 asteen kulmassa saapuvan valon suhteen erityisesti kiinnittämään vedessä liukoisten aineiden ja kolloidisten hiukkasten aiheuttamaa sivusuuntaista hajavaloa.

Hajatetun valon intensiteetti on suoraan verrannollinen veden kirkkautta mittaavaan epäselvyysasteikkoonsa. Piiri muuntaa epäselvyyden tarkasti NTU-standardin (turbiditeettiyksikkö) mukaisiksi yksiköiksi lämpötilakorjauksen ja algoritmisuodatuksen avulla.

Piirin suunnittelu sisältää eristysjärjestelmän, joka estää ympäristövalon aiheuttaman häiriön, mikä mahdollistaa erinomaisen havaintotarkkuuden alhaisella epäselvyyysalueella (0–50 NTU) ja resoluution, joka voi olla jopa 0,01 NTU.

Hach 1720E -alaturbiditeettianalysaattori toimii 90 asteen sirontamenetelmällä ja sisältää kiehumisen ja kaasunpoiston järjestelmän, joka poistaa tehokkaasti ilmakuplat alaturbiditeettitestauksessa. Tämän laitteen mittausalue on 0–100 NTU ja alaturbiditeetin tarkkuus 0,001 NTU, mikä tekee siitä soveltuvan juomaveden erinomaisten laatuvaatimusten ja jätevesien korkeimman luokan päästöjen seurantaan. Tällä tuotteella on tällä hetkellä suurin markkinaosuus ja korkea tunnettuisuus alan ammattilaispiireissä, mutta joissakin kenttämittausastioissa esiintyy usein kalkkisaostumia, mikä vaatii usein huoltoa – tämä on teollisuuden raportoima ongelma. Laitteella on edelleen tiukat vaatimukset paikan päällä olevan veden laadulle.

Vertailu- ja valintatehdasohje

Mittausmenetelmät	Keskeiset periaatteet	Edut	Haitat/rajoitukset	Jätevedenkäsittelylaitoksen käyttötapaukset
90 asteen sirontamenetelmä	90 asteen pystysuora sivusironta	Yhteensopiva sekä korkean että alhaisen mittausalueen kanssa, erinomainen tarkkuus alhaisille turvallisuuksille	Mittauksissa on otettava huomioon asteikon ja kuplan aiheuttama häference.	Vedenottopaikan ja -poistopaikan laadun standardiseuranta
Kuljetustapa	Valon veden läpäisyn heikkenemisen mittaaminen	Sopii perustasoisille korkean turvallisuuden mittauksille	Heikko herkkyys alhaisella turvallisuusalueella, erityisen altis värihäiriöille.	Ei sovellu tarkkaan jäteveden seurantaan
Takaisinsirontamenetelmä	Lähes 180°:n laajakulmaisen sirontavalon kerääminen	Erinomaisesti sopii erittäin korkeiden pitoisuuksien mittaamiseen	Heikko lineaarisuus alhaisella sameusalueella.	Sopii vain korkeakonsentraatioiselle lietteelle ja tulevalle vedenottopisteelle