Sensor de turbidez de alta precisión para plantas de tratamento de augas residuais

¿Cales son as diferencias entre os tres indicadores de claridade nas plantas de tratamento de augas residuais? Diferenciación entre turbidez, SS e transparencia

Nas plantas de tratamento de augas residuais, mencionanse con frecuencia tres indicadores de claridade: turbidez, transparencia e sólidos en suspensión (SS). Representan tres dimensións diferentes da avaliación da claridade: concentración en masa, propiedades ópticas e percepción sensorial. O método normalizado para a determinación dos sólidos en suspensión é o método gravimétrico, que consiste en pasar unha mostra de auga a través dunha membrana filtrante con poros específicos e secala ata peso constante. A unidade de medida é mg/L. Teoricamente, este indicador de concentración en masa non pode ser monitorizado en liña e debe secarse e pesarse. As substancias que afectan aos sólidos en suspensión inclúen limo, arxila e microorganismos de gran radio. A turbidez defínese como o grao de dispersión da luz polas partículas en suspensión na auga. O método normalizado é o método de dispersión da luz a 90°, que mide a capacidade das partículas en suspensión para interferir na propagación da luz. A unidade é NTU (ou FTU, unidade de turbidez de formalina). Moitas substancias afectan á turbidez, como limo, microorganismos, algas, materia orgánica particulada e microburbullas.

Por que é o método de luz dispersa a 90° a solución máis común para a medición en liña da turbidez?

Este método consiste en emitir un feixe paralelo direccional de luz nunha mostra de auga dende unha fonte luminosa. Un fotodetector está colocado a un ángulo de 90° perpendicular á luz incidente. Cando a luz incide nas partículas en suspensión na mostra de auga, dispérsase. A luz dispersa propágase en todas as direccións, pero o fotodetector só recolle a intensidade da luz dispersa lateral, a partir da cal se calcula o valor de turbidez (a intensidade da luz dispersa lateral é proporcional á materia particulada na auga). Trátase da solución máis común para a medición en liña da turbidez, empregada por marcas líderes no mercado de monitorización da calidade da auga, como E+H, Hach, JIDE e OPTEX.

Comparación dos estándares de turbidez para a calidade da auga en diversos países

Os estándares de turbidez de diversos países centranse en tres áreas:

1. Auga potable (estándares obrigatorios, de alta calidade);

2. Auga superficial (clasificada segundo a función do corpo de auga, normalmente xestionada conxuntamente coa transparencia);

3. Auga residual industrial (normalmente calculada como sólidos en suspensión).

Aquí hai exemplos de normas de principais países e rexións: A norma da EPA dos EE.UU. estipula que a turbidez da auga superficial común, como ríos e lagos, debe controlarse entre 25 e 150 NTU; a turbidez da auga potable debe ser inferior a 1 NTU; a norma para os puntos de descarga industrial é a de sólidos en suspensión (TSS), cun valor de control entre 30 e 100 mg/L.

As normas chinesas para a auga superficial estipulan unha turbidez inferior a 25 NTU (auga de clase V) e inferior a 10 NTU (auga de clase III). Para as descargas das plantas de tratamento de augas residuais urbanas, calculadas mediante TSS, o estándar máis estrito de descarga é inferior a 10 mg/L, e o límite para a descarga nas redes de pretratamento é de 50 mg/L; o límite de turbidez para os puntos de descarga de auga potable é de 1 NTU.

O sistema da UE EN ISO 7027 estipula que o límite orientativo para a auga aplicada é inferior a 4 FNU; o requisito para o efluente convencional das plantas de tratamento de augas residuais urbanas, calculado mediante SST, é inferior a 35 mg/L, e para os corpos de auga sensibles de alto estándar, é inferior a 15 mg/L; as augas superficiais requiren un control coordinado da transparencia e da turbidez, e o requisito para a auga de orixe é xeralmente inferior a 5 NTU.

¿Por que as súas medicións de turbidez son sempre inexactas?

Punto problemático 1: As augas residuais industriais de algunhas industrias están coloreadas e teñen baixa transparencia, normalmente como as augas residuais da coquización, as augas residuais do teñido ou as augas residuais con altos niveis de partículas grandes. Isto provoca lecturas inestables dos sensores de turbidez, con fluctuacións importantes e unha lectura global significativamente máis baixa.

Mecanismo de interferencia: Os turbidímetros tradicionais, baseados no principio da luz dispersa, miden a intensidade do sinal luminoso que regresa ao detector. Se a auga está coloreada, parte da luz dispersa absorberase prematuramente, debilitando o sinal luminoso recibido polo detector e provocando un valor de medición inferior. As partículas en suspensión de gran tamaño tamén poden causar fluctuacións nas lecturas cando pasan pola traxectoria de transmisión da luz.

Solución: Os turbidímetros baseados na luz infravermella de 860 nm evitan eficazmente a interferencia causada pola cor. Ao mesmo tempo, é necesario configurar un algoritmo que empregue un método de medición por razón para axustar o algoritmo de compensación do sinal luminoso e eliminar os erros provocados polo movemento de partículas grandes e pola cor. Actualmente, os modelos máis utilizados que aplican esta solución son o HACH TSS-Sc, o CUS51D Turbimax da E+H e o WQ3000-TSS/Turb da JIDE.

Punto de dor 2: Nos procesos avanzados de tratamento de augas residuais, como o tratamento por membrana, os biorreactores de membrana (MBR), a auga de alimentación para ósmose inversa ou o tratamento en decantadores secundarios, cando o efluente é moi claro (normalmente con turbidez inferior a 1 UTN), a velocidade de resposta do turbidímetro diminúe ou a lectura aumenta bruscamente cando a mostra de auga é estable.

Mecanismo de interferencia: interferencia por burbullas. As burbullas xeradas por caudais inestables interfiren considerablemente nas medicións de turbidez a baixos niveis de turbidez, provocando valores de ensaio falsamente altos. Os instrumentos non calibrados poden introducir sinais de luz internos caóticos, afectando a cantidade xa moi pequena de luz dispersa durante as medicións de turbidez baixa, o que resulta nunha diminución da velocidade de resposta do equipo.

Solucións: Instalar un tanque desespumante de fluxo (principio de gravidade ou de presurización) , optimizar o deseño do canal de fluxo e realizar regularmente a calibración do punto cero empregando auga ultrapura.

Existen moitos outros problemas desafiantes de ensaio de turbidez no lugar. Pode contactar aos nosos enxeñeiros a través do noso sitio web para unha discusión máis profunda. Agardamos con ilusión a colaboración de clientes de diversos sectores que nos proporcionen estudos de caso para mellorar os nosos produtos e ampliar a nosa experiencia nas aplicacións in situ.

Punto crítico 3: O turbidímetro é moi preciso inmediatamente despois da calibración, pero ao cabo de menos dunha semana en auga natural/augas residuais, as lecturas flutúan e se desvían cara arriba.

Mecanismo de interferencia: Interferencia común causada por biopelículas en corpos de auga natural e océanos, ou interferencia debida a compostos de calcio e magnesio que se adhiren á alta dureza das augas residuais. Esta interferencia pode ocultar facilmente os compoñentes emisores e receptores do sinal luminoso, afectando os resultados das probas.

Solución: Seleccione un turbidímetro con un cepillo de limpeza automático. Este tipo de cepillo de limpeza de silicona é duradeiro, fácil de substituír e pode limpar periodicamente a ventá óptica segundo se precise, reducindo eficazmente a interferencia da biopelícula. Para augas residuais con alta dureza, debe aumentarse a frecuencia de mantemento. Escolle un turbidímetro encapsulado en materiais resistentes á corrosión, como a aleación de titánio (nesta ocasión, recoméndase o analizador en liña de turbidez JIDE WQ3000-turb-Ti, versión con limpeza automática en aleación de titánio, moi rentable). Durante o mantemento rutineiro, a lavaxe con ácido pode disolver eficazmente os compostos de calcio e magnesio.

Punto crítico 4: Os datos de turbidez obtidos nas probas de laboratorio e os datos do analizador en liña non poden compararse, presentando un erro superior ao 10 %, polo que ningunha das dúas partes pode confiar nos resultados das probas.

Mecanismos de interferencia: A turbidez e os sólidos en suspensión son parámetros dinámicos e activos que se sedimentan facilmente. Por tanto, é esencial agitar enerxicamente antes de realizar a proba, e pode ser necesario empregar un agitador magnético para manter a estabilidade da proba. Ademais, ao calibrar analizadores de turbidez en liña no laboratorio, debe empregarse un vaso de calibración con protección contra a luz fornecido polo fabricante, e a solución patrón de formaldehído debe ensaiarse nun ambiente completamente escuro para evitar a interferencia da luz ambiental. En algunhas condicións operativas complexas, se se require unha concordancia exacta cos datos das probas de laboratorio e o instrumento non pode igualar a proba coa solución patrón do laboratorio (o principio de ensaio no laboratorio pode basearse no método da lámpada incandescente, e non no método da luz infravermella), poden empregarse mostras reais de auga para a calibración, garantindo así que os resultados da comparación superen a proba.

Como seleccionar un sensor de turbidez de alta precisión en condicións operativas complexas nas plantas de tratamento de augas residuais

No sistema integral dunha planta de tratamento de augas residuais industriais, a turbidez é un indicador fundamental do proceso que reflicte directamente o efecto de eliminación dos sólidos en suspensión totais (TSS), o comportamento de sedimentación dos lodos, a supervisión da calidade da auga de entrada e se a calidade da auga de saída cumpre os estándares establecidos. A toma manual de mostras e as probas non poden ofrecer unha retroalimentación precisa sobre as fluctuacións da calidade da auga, o que supón un risco de superar os límites de vertido. Os sensores de turbidez de baixa precisión tamén son susceptibles a diversos factores de interferencia, como a cor, os depósitos viscosos, a materia orgánica e as bolboretas de aire, o que pode provocar inestabilidade frecuente co uso prolongado, especialmente en condicións operativas complexas nas que a incerteza aumenta significativamente.

Por outra parte, os sensores de turbidez de alta precisión están deseñados con principios fundamentais de supervisión e detalles técnicos orientados a eliminar as interferencias e reducir a deriva e os erros potenciais nos datos. Esta sección emprega como exemplos o analizador de turbidez/materias en suspensión da serie WQ3000 de JIDE e o medidor de turbidez de baixo rango de referencia para plantas depuradoras de augas residuais 1720E de Hach.

O analizador de turbidez/materias en suspensión da serie WQ3000 de JIDE incorpora unha fonte de luz LED infravermella próxima de 860 nm que incide na auga, sen resultar afectada pola cor amarelo-escura das augas residuais nin pola cromatidade das augas residuais procedentes do teñido, evitando así os erros inherentes á detección coa luz visible.

Un módulo receptor fotoeléctrico está situado perpendicularmente (a 90°) á luz incidente para captar especificamente a luz dispersa lateral xerada polas materias en suspensión e as partículas coloidais na auga.

A intensidade da luz dispersa é proporcional linearmente á turbidez da auga. O chip, mediante compensación térmica e filtrado algorítmico, converte con precisión a turbidez en unidades estándar de turbidez NTU.

O deseño do circuíto incorpora un sistema de illamento para evitar interferencias da luz ambiente, conseguindo unha precisión de detección ultra elevada na gama de baixa turbidez (0~50 NTU), cunha resolución de até 0,01 NTU.

O analizador de baixa turbidez Hach 1720E funciona segundo o método de luz dispersa a 90° e incorpora un sistema de desespumado e desgasificación para eliminar eficazmente a interferencia das burbullas de aire nas probas de turbidez en rango baixo. Este dispositivo ten un intervalo de medición de 0-100 NTU e unha precisión en turbidez baixa de 0,001 NTU, polo que é adecuado para supervisar estándares extremadamente elevados de auga potable e os máis altos estándares de descarga de efluentes. Actualmente, este produto ten a maior cuota de mercado e unha alta recoñecemento no sector, pero algúns tanques de mostraxe no campo tenden a formar incrustacións e requiren mantemento frecuente, o que son problemas informados pola industria. Aínda presenta certos requisitos respecto á calidade da auga no lugar.

Guía de comparación e selección

Métodos de medición	Principios fundamentais	Vantaxes	Desvantaxes/Limitacións	Escenarios de aplicación en plantas de tratamento de augas residuais
método de dispersión a 90°	Captura da luz lateral dispersa a 90°	Compatible tanto coas gamas de medida altas como baixas, precisión extremadamente alta para as medicións de turbidez baixa	Debe considerarse a interferencia da escala/bolboreta.	Vixilancia estándar da calidade da auga de entrada e saída
Método de transmisión	Medición da atenuación da luz que penetra na auga	Adecuado para medicións básicas de turbidez alta	Sensibilidade pobre na gama de turbidez baixa, moi susceptible á interferencia da cor.	Non é adecuado para a vixilancia fina do efluente
Método de retrodispersión	Captura da luz dispersa nun ángulo ancho próximo a 180°	Moi adecuado para medicións de concentración ultraalta	Pouca linearidade na gama baixa de turbidez.	Adecuado só para lodos de alta concentración e afluente