Hoogwaardige nauwkeurigheidsturbiditeitssensor voor zuiveringsinstallaties

Wat zijn de verschillen tussen de drie helderheidsindicatoren in zuiveringsinstallaties? Onderscheid maken tussen troebelheid, SS en transparantie

In afvalwaterzuiveringsinstallaties worden vaak drie helderheidsindicatoren genoemd: troebelheid, transparantie en zwevende stoffen (SS). Deze vertegenwoordigen drie verschillende dimensies van helderheidsevaluatie: massaconcentratie, optische eigenschappen en sensorische waarneming. De standaardtestmethode voor zwevende stoffen is de gravimetrische methode, waarbij een watermonster door een filtermembraan met specifieke poriën wordt geleid en vervolgens wordt gedroogd tot een constant gewicht. De meeteenheid is mg/L. Theoretisch kan deze massaconcentratie-indicator niet online worden bewaakt en moet het monster worden gedroogd en gewogen. Stoffen die invloed uitoefenen op zwevende stoffen zijn onder andere zand, klei en micro-organismen met een grote diameter. Troebelheid wordt gedefinieerd als de mate van lichtverstrooiing door zwevende deeltjes in water. De standaardtestmethode is de verstrooiingsmethode onder een hoek van 90°, waarmee de mate wordt bepaald waarin zwevende deeltjes de voortplanting van licht verstoren. De meeteenheid is NTU (of FTU, formaline-troebelheidseenheid). Veel stoffen hebben invloed op de troebelheid, zoals zand, micro-organismen, algen, organisch deeltjesmateriaal en microbellen.

Waarom is de methode voor verstrooid licht onder een hoek van 90° de meest gebruikte oplossing voor online troebelheidsmeting?

Bij deze methode wordt een gerichte, evenwijdige lichtbundel vanuit een lichtbron in een watermonster gestuurd. Een fotodetector is gepositioneerd onder een hoek van 90° loodrecht op het invallende licht. Wanneer het licht op zwevende deeltjes in het watermonster stoot, wordt het verstrooid. Het verstrooide licht verspreidt zich in alle richtingen, maar de fotodetector registreert uitsluitend de intensiteit van het zijwaarts verstrooide licht, waaruit de troebelheidswaarde wordt berekend (de intensiteit van het zijwaarts verstrooide licht is evenredig met de hoeveelheid deeltjes in het water). Dit is de meest gebruikte online oplossing voor troebelheidsmeting en wordt toegepast door toonaangevende merken op de markt voor waterkwaliteitsmonitoring, zoals E+H, Hach, JIDE en OPTEX.

Vergelijking van troebelheidsnormen voor waterkwaliteit in verschillende landen

Troebelheidsnormen in verschillende landen richten zich op drie gebieden:

1. Drinkwater (verplichte normen, strenge eisen);

2. Oppervlaktewater (ingedeeld op basis van de functie van het waterlichaam, meestal beheerd in combinatie met transparantie);

3. Industrieel afvalwater (meestal berekend als zwevende stoffen).

Hieronder staan voorbeelden van normen uit belangrijke landen en regio's: De norm van de Amerikaanse EPA bepaalt dat de troebelheid van gewoon oppervlaktewater, zoals rivieren en meren, moet worden beheerd tussen 25 en 150 NTU; de troebelheid van drinkwater moet lager zijn dan 1 NTU; de norm voor industriële lozingen is zwevende stoffen (TSS), met een grenswaarde tussen 30 en 100 mg/L.

Chinees normen voor oppervlaktewater bepalen dat de troebelheid lager moet zijn dan 25 NTU (klasse V-water) en lager dan 10 NTU (klasse III-water). Voor lozingen van stedelijke waterzuiveringsinstallaties, berekend op basis van TSS, is de strengste lozingsnorm lager dan 10 mg/L, terwijl de limiet voor lozing in netwerken voor voorbehandeling 50 mg/L bedraagt; de troebelheidslimiet voor drinkwaterlozingen is 1 NTU.

Het EU EN ISO 7027-systeem stelt dat de richtwaarde voor toegepast water onder de 4 FNU moet liggen; de eis voor conventioneel afvalwater van stedelijke zuiveringsinstallaties, berekend op basis van TSS, is lager dan 35 mg/L, en voor hoogwaardige, gevoelige waterlichamen lager dan 15 mg/L; oppervlaktewater vereist gecoördineerde controle van doorzichtigheid en troebelheid, en de eis voor bronwater ligt over het algemeen onder de 5 NTU.

Waarom zijn uw troebelheidsmetingen altijd onnauwkeurig?

Pijnlijk punt 1: Industrieel afvalwater uit bepaalde sectoren is gekleurd en heeft een lage doorzichtigheid, bijvoorbeeld cokesafvalwater, verfafvalwater of afvalwater met een hoog gehalte aan grote deeltjes. Dit leidt tot instabiele troebelheidssensorlezingen, met aanzienlijke schommelingen en een over het algemeen aanzienlijk lagere meetwaarde.

Interferentiemechanisme: Traditionele turbidimeters die gebaseerd zijn op het principe van verstrooid licht meten de intensiteit van het lichtsignaal dat terugkeert naar de detector. Als het water gekleurd is, wordt een deel van het verstrooide licht vooraf geabsorbeerd, waardoor het lichtsignaal dat door de detector wordt ontvangen verzwakt wordt en een lagere meetwaarde oplevert. Grote zwevende deeltjes kunnen ook leiden tot schommelingen in de meetwaarden wanneer ze door het lichttransmissiepad passeren.

Oplossing: Turbidimeters die gebaseerd zijn op infraroodlicht van 860 nm vermijden effectief interferentie door kleur. Tegelijkertijd moet een algoritme worden geconfigureerd, waarbij een verhoudingsmeetmethode wordt gebruikt om het lichtsignaalcompensatiealgoritme aan te passen en zo fouten te elimineren die worden veroorzaakt door beweging van grote deeltjes en kleur. Momenteel behoren de meest gebruikte modellen die deze oplossing toepassen tot HACH TSS-Sc, E+H's CUS51D Turbimax en JIDE's WQ3000-TSS/Turb.

Pijnplek 2: Bij geavanceerde afvalwaterzuiveringsprocessen, zoals membraanbehandeling, MBR, feedwater voor omgekeerde osmose of behandeling in een secundaire bezinktank, neemt de reactiesnelheid van de troebelheidsmeter af of stijgt de meetwaarde plotseling sterk wanneer het afvoerwater zeer helder is (meestal met een troebelheid van minder dan 1 NTU).

Interferentiemechanisme: Belleninterferentie. Bellen die ontstaan door instabiele stroomsnelheden interfereren aanzienlijk met troebelheidsmetingen bij lage troebelheid, wat leidt tot vals hoge meetwaarden. Niet-gecalibreerde instrumenten kunnen chaotische interne lichtsignalen genereren, waardoor het al zeer kleine hoeveelheid verstrooid licht bij lage troebelheidsmetingen wordt beïnvloed, wat resulteert in een verlaagde reactiesnelheid van het apparaat.

Oplossingen: Installeer een ontschuimingsstroomtank (op zwaartekracht- of drukprincipe) , optimaliseer het ontwerp van het stroomkanaal en voer regelmatig nulpuntcalibratie uit met ultrazuiwer water.

Er bestaan veel andere uitdagende troebelheidstestproblemen op locatie. U kunt contact opnemen met onze engineers via onze website voor verdere bespreking. Wij verwelkomen klanten uit diverse sectoren die ons case studies ter beschikking stellen om onze producten te verbeteren en onze ervaring met toepassingen op locatie uit te breiden.

Pijnlijk punt 3: De troebelheidsmeter is direct na kalibratie zeer nauwkeurig, maar na minder dan een week in natuurlijk water/afvalwater variëren de meetwaarden en drijven ze naar boven.

Interferentiemechanisme: Algemene interferentie door biofilms in natuurlijke waterlichamen en oceanen, of interferentie door calcium- en magnesiumverbindingen die zich hechten aan het hoge hardheidsniveau van afvalwater. Deze interferentie kan gemakkelijk de lichtsignalen die worden verzonden en ontvangen, verhullen en zo de testresultaten beïnvloeden.

Oplossing: Selecteer een troebelheidsmeter met een automatische reinigingsborstel. Dit type siliconenreinigingsborstel is duurzaam, eenvoudig te vervangen en kan periodiek het optische venster reinigen indien nodig, waardoor interferentie door biofilm effectief wordt verminderd. Voor afvalwater met een hoge hardheid moet de onderhoudsfrequentie worden verhoogd. Kies een troebelheidsmeter die is ingekapseld in corrosiebestendige materialen zoals titaniumlegering (hier wordt de zeer kosteneffectieve JIDE WQ3000-turb-Ti titaniumlegering online troebelheidsmeter met automatische reiniging aanbevolen). Tijdens routineonderhoud kan zuurreiniging effectief calcium- en magnesiumverbindingen oplossen.

Klachtpunt 4: De troebelheidsgegevens uit laboratoriumtests en de gegevens van de online-analyser zijn niet vergelijkbaar, met een afwijking van meer dan 10 %, waardoor geen van beide partijen vertrouwen kan hebben in de testresultaten.

Interferentiemechanismen: Troebelheid en zwevende stoffen zijn dynamische en actieve parameters die gemakkelijk bezinken. Daarom is grondig schudden essentieel vóór de meting, en kan een magnetische roerder nodig zijn om de meetstabiliteit te behouden. Bovendien dient bij het kalibreren van online-troebelheidsanalyseapparaten in het laboratorium een door de fabrikant geleverde lichtafschermende kalibratiecup te worden gebruikt, en moet de standaardformalineoplossing in een volledig donkere omgeving worden getest om interferentie door omgevingslicht te voorkomen. In sommige complexe bedrijfsomstandigheden, indien exacte overeenstemming met laboratoriumtestgegevens vereist is en het instrument niet overeenkomt met de standaardoplossingstests van het laboratorium (het laboratoriumtestprincipe kan bijvoorbeeld gebaseerd zijn op de gloeilampmethode in plaats van op de infraroodlichtmethode), kunnen daadwerkelijke watermonsters worden gebruikt voor kalibratie om te garanderen dat de vergelijkingsresultaten aan de test voldoen.

Hoe een hoogwaardige troebelheidssensor kiezen onder complexe bedrijfsomstandigheden in zuiveringsinstallaties

In het gehele processtelsel van een industrieel afvalwaterzuiveringsstation is troebelheid een kernprocesindicator die direct de verwijderingseffectiviteit van totaal aanwezige zwevende stoffen (TSS), de bezinkingsprestaties van slib, het toezicht op de kwaliteit van het toevoerwater en of de kwaliteit van het afvoerwater aan de normen voldoet, weerspiegelt. Handmatig monsters nemen en analyseren kan geen nauwkeurige feedback geven over waterkwaliteitsfluctuaties, wat een risico inhoudt dat de lozingsnormen worden overschreden. Turbiditeitssensoren met lage nauwkeurigheid zijn eveneens gevoelig voor diverse interfererende factoren, zoals kleur, stroperige afzettingen, organische stoffen en luchtbellen, wat bij langdurig gebruik kan leiden tot frequente instabiliteit, vooral onder complexe bedrijfsomstandigheden waarbij de onzekerheid aanzienlijk toeneemt.

Hoogwaardige troebelheidssensoren daarentegen zijn ontworpen op basis van kernprincipes voor bewaking en technische details die gericht zijn op het elimineren van storingen en het verminderen van mogelijke gegevensafwijkingen en fouten. Deze sectie gebruikt de WQ3000-serie troebelheid/vastestofanalyser van JIDE en de 1720E-troebelheidsmeter met lage meetbereiken van Hach, een referentiemeter voor zuiveringsinstallaties, als voorbeelden.

De JIDE WQ3000-serie troebelheid/vastestofanalyser maakt gebruik van een nabij-infrarood LED-lichtbron van 860 nm die in het water schijnt, onaangetast door de geelbruine kleur van afvalwater of de kleureigenschappen van vervend afvalwater, waardoor de inherente fouten van detectie met zichtbaar licht worden voorkomen.

Een fotovoltaïsche ontvangermodule is onder een hoek van 90° loodrecht op het invallende licht geplaatst om specifiek het zijwaarts verstrooide licht te detecteren dat wordt gegenereerd door zwevende stoffen en colloïdale deeltjes in het water.

De intensiteit van het verstrooide licht is lineair evenredig met de troebelheid van het water. De chip zet, via temperatuurcompensatie en algoritmische filtering, de troebelheid nauwkeurig om naar standaardtroebelheids-eenheden (NTU).

Het schakelontwerp omvat een isolatiesysteem om interferentie door omgevingslicht te voorkomen, waardoor een uiterst hoge detectienauwkeurigheid wordt bereikt in het lage troebelheidsbereik (0–50 NTU), met een resolutie van maximaal 0,01 NTU.

De Hach 1720E-analyzer voor lage troebelheid werkt volgens de methode van gestrooid licht onder een hoek van 90° en is uitgerust met een ontschuim- en ontgassingsysteem om interferentie door luchtbelletjes bij troebelheidsmetingen in het lage bereik effectief te elimineren. Dit apparaat heeft een meetbereik van 0–100 NTU en een nauwkeurigheid bij lage troebelheid van 0,001 NTU, waardoor het geschikt is voor het bewaken van zeer hoge normen voor drinkwater en de strengste normen voor afvalwaterlozing. Dit product heeft momenteel het grootste marktaandeel en geniet hoge erkenning in de sector, maar sommige veldmonsterreservoirs zijn gevoelig voor aanslagvorming en vereisen frequente onderhoudsbeurten, wat problemen zijn die door de sector worden gemeld. Het stelt nog steeds bepaalde eisen aan de kwaliteit van het water ter plaatse.

Vergelijkings- en selectiegids

Meetmethoden	Kernprincipes	Voordelen	Nadelen/beperkingen	Toepassingsscenario’s in zuiveringsinstallaties voor afvalwater
methode van verstrooiing onder een hoek van 90°	Opvangen van zijwaarts gestrooid licht onder een hoek van 90°	Compatibel met zowel hoge als lage meetbereiken, uiterst hoge nauwkeurigheid voor lage turbiditeitsmetingen	Interferentie door schaal of belletjes moet worden meegenomen.	Standaardmonitoring van de kwaliteit van inkomend en uitgaand water
Transmissiewijze	Meten van de verzwakking van licht dat in water doordringt	Geschikt voor basismetingen bij hoge turbiditeit	Slechte gevoeligheid in het lage turbiditeitsbereik, zeer gevoelig voor interferentie door kleur.	Niet geschikt voor fijne monitoring van afvalwater
Terugstroingsmethode	Opvangen van strooilight onder een bijna 180°-brede hoek	Zeer geschikt voor metingen bij ultra-hoge concentraties	Slechte lineariteit in het lage troebelheidsbereik.	Alleen geschikt voor hoogconcentratiesludge en toevoerwater