Høy-nøyaktighetsturbiditetssensor for avløpsrenseanlegg

Hva er forskjellene mellom de tre klarhetsindikatorene i avløpsrenseanlegg? Forskjellen mellan turbiditet, SS og transparens

I avløpsvannsanlegg nevnes ofte tre klarhetsindikatorer: turbiditet, transparens og suspenderte faste stoffer (SS). De representerer tre ulike dimensjoner av klarhetsvurdering: massekonse ntrasjon, optiske egenskaper og sensorisk oppfatning. Standardtestmetoden for suspenderte faste stoffer er gravimetriske metoden, som innebär å filtrere et vannprøve gjennom en filtermembran med spesifikke porestorrelser og tørke den til konstant vekt. Måleenheten er mg/L. Teoretisk sett kan denne massekonse ntrasjonsindikatoren ikke overvåkes i sanntid og må tørkes og veies. Stoffer som påvirker mengden suspenderte faste stoffer inkluderer leire, silt og mikroorganismer med stor radius. Turbiditet defineres som graden av lysspredning forårsaket av suspenderte partikler i vann. Standardtestmetoden er 90°-lys-spredningsmetoden, som tester suspenderte partiklers evne til å forstyrre lysutbredelsen. Måleenheten er NTU (eller FTU, formalin-turbiditetsenhet). Mange stoffer påvirker turbiditeten, blant annet silt, mikroorganismer, alger, partikulært organisk materiale og mikrobobler.

Hvorfor er metoden med spredt lys ved 90° den mest brukte løsningen for online-turbiditetsmåling?

Denne metoden innebär at en rettet parallell lysstråle sendes inn i et vannprøve fra en lyskilde. En fotodetektor er plassert i en vinkel på 90° vinkelrett på innfallende lys. Når lyset treffer suspenderte partikler i vannprøven, spres det. Det spredte lyset beveger seg i alle retninger, men fotodetektoren registrerer kun intensiteten til det lateralt spredte lyset, og ut ifra dette beregnes turbiditetsverdien (intensiteten av det lateralt spredte lyset er proporsjonal med mengden partikler i vannet). Dette er den mest brukte online-løsningen for turbiditetsmåling og brukes av ledende merkevarer på markedet for vannkvalitetsmonitorering, som E+H, Hach, JIDE og OPTEX.

Sammenligning av turbiditetsstandarder for vannkvalitet i ulike land

Turbiditetsstandarder i ulike land fokuserer på tre områder:

1. Drikkevann (tvungne standarder, høye krav);

2. Overflatevann (klassifisert etter vannkroppsfunksjon, vanligvis håndtert i sammenheng med gjennomsiktighet);

3. Industrielt avløpsvann (vanligvis beregnet som suspenderte faste stoffer).

Her er eksempler på standarder fra store land og regioner: USAs EPA-standard preskriver at turbiditet i vanlig overflatevann, som elver og innsjøer, skal kontrolleres innenfor området 25–150 NTU; turbiditeten i drikkevann skal være under 1 NTU; standarden for industrielle utslipp er suspenderte faste stoffer (TSS), med en kontrollverdi mellom 30–100 mg/L.

Kinas standarder for overflatevann angir turbiditet under 25 NTU (klasse V-vann) og under 10 NTU (klasse III-vann). For utslipp fra byens avløpsvannrensingsanlegg, beregnet som TSS, er den strengeste utslippsstandarden under 10 mg/L, og grensen for utslipp til forbehandlingsnettverk er 50 mg/L; turbiditetsgrensen for drikkevannsutslipp er 1 NTU.

EU-standarden EN ISO 7027 angir at grenseverdien for turbiditet i anvendt vann skal være under 4 FNU; kravet til konvensjonell avløpsvann fra urbane avløpsrenseanlegg, beregnet ut fra TSS, er under 35 mg/L, og for avløpsvann som skal ledes til følsomme vannmiljøer med høy standard, er kravet under 15 mg/L; overflatevann krever samordnet kontroll av gjennomsiktighet og turbiditet, og kravet til råvann er vanligvis under 5 NTU.

Hvorfor er målingene av turbiditet alltid unøyaktige?

Smertepunkt 1: Industriavfallsvann fra visse industrier er farget og har lav gjennomsiktighet, typisk som koksvann, fargingssvann eller avfallsvann med høye konsentrasjoner av store partikler. Dette fører til ustabile målinger fra turbiditetsensorer, med betydelige svingninger og en generelt mye lavere måleverdi.

Forstyrrelsesmekanisme: Tradisjonelle turbidimetere basert på prinsippet om spredt lys måler intensiteten til det lysignalet som returnerer til detektoren. Hvis vannet er farget, vil noe av det spredte lyset bli absorbert for tidlig, noe som svekker det lysignalet som mottas av detektoren og fører til en lavere måleverdi. Store suspenderte partikler kan også føre til svingninger i målingene når de passerer gjennom lysstrålen.

Løsning: Turbidimetere basert på 860 nm infrarødt lys unngår effektivt forstyrrelser fra farge. Samtidig må en algoritme konfigureres ved å bruke en forholdsmålingsmetode for å justere algoritmen for lyskompensasjon og eliminere feil forårsaket av bevegelse av store partikler og farge. For tiden inkluderer hovedmodellene som bruker denne løsningen HACH TSS-Sc, E+Hs CUS51D Turbimax og JIDEs WQ3000-TSS/Turb.

Smertepunkt 2: I avanserte prosesser for avløpsvannsbehandling, som membranbehandling, MBR, fôrvann til omvendt osmose eller behandling i sekundæravsettningstank, reduseres turbiditetsmålerens responsfart – eller visningsverdien stiger plutselig kraftig – når utslippet er svært klart (typisk turbiditet under 1 NTU).

Forstyrrelsesmekanisme: Bobleforstyrrelse. Bobler som dannes ved ustabile strømningshastigheter påvirker turbiditetsmålinger ved lave turbiditetsnivåer betydelig, noe som fører til unødvendig høye måleverdier. Ukalibrerte instrumenter kan generere kaotiske interne lysignaler, som påvirker den allerede svært lille mengden spredt lys under måling ved lave turbiditetsnivåer, og resulterer i redusert responsfart for utstyret.

Løsninger: Installer en avskummingstank for strømning (basert på tyngdekraft eller trykkprinsipp) , optimaliser designet på strømningskanalen og utfør regelmessig nullpunkt-kalibrering med ultrarent vann.

Det finnes mange andre utfordrende problemer knyttet til turbiditetstesting på stedet. Du kan kontakte våre ingeniører via vår nettside for videre diskusjon. Vi ønsker velkommen til kunder fra ulike industrier som vil dele sine casestudier med oss, slik at vi kan forbedre våre produkter og utvide vår erfaring med bruken av dem på stedet.

Smertepunkt 3: Turbiditetsmåleren er svært nøyaktig umiddelbart etter kalibrering, men etter mindre enn en uke i naturlig vann/avvann begynner målingene å svinge og skifte oppover.

Forstyrrelsesmekanisme: Vanlig forstyrrelse fra biofilm i naturlige vannmasser og hav, eller forstyrrelse fra kalsium- og magnesiumforbindelser som fester seg på grunn av den høye hardheten i avvann. Denne forstyrrelsen kan lett skjule lysignalene til de komponentene som sender og mottar, noe som påvirker testresultatene.

Løsning: Velg en turbiditetsmåler med automatisk rengjøringsbørste. Denne typen silikongbørste er holdbar, lett å bytte ut og kan periodisk rengjøre det optiske vinduet etter behov, noe som effektivt reduserer interferens fra biofilm. For avløpsvann med høy hardhet må vedlikeholdsfrekvensen økes. Velg en turbiditetsmåler innkapslet i korrosjonsbestandige materialer som titanlegering (her anbefales den svært kostnadseffektive JIDE WQ3000-turb-Ti-titanlegeringsversjonen med automatisk rengjøring for online-turbiditetsanalyse). Under rutinemessig vedlikehold kan syrevasking effektivt oppløse kalsium- og magnesiumforbindelser.

Smertepunkt 4: Turbiditetsdata fra laboratorietester og data fra online-analysatoren kan ikke sammenlignes, og feilen er større enn 10 %, noe som gjør det umulig for noen av partene å stole på testresultatene.

Forstyringsmekanismer: Gjæring og suspenderte faste stoffer er dynamiske og aktive parametere som setter seg lett. Derfor er grundig risting avgjørende før testing, og en magnetisk rører kan være nødvendig for å opprettholde teststabilitet. Videre bør en lysabsorberende kalibreringskopp fra produsenten brukes ved kalibrering av online-turbiditetsanalyseratorer på laboratoriet, og standard formalinløsningen skal testes i et fullstendig mørkt miljø for å unngå forstyrrelser fra omgivende lys. I noen komplekse driftsforhold, der nøyaktig overensstemmelse med laboratorietestdata kreves og instrumentet ikke kan matche laboratoriets standardløsnings-testing (laboratorietestprinsippet kan for eksempel være glødelampemetode i stedet for infrarødt lysmetode), kan faktiske vannprøver brukes til kalibrering for å sikre at sammenligningsresultatene består testen.

Hvordan velge en høy-nøyaktighets turbiditetssensor under komplekse driftsforhold i renseanlegg

I hele prosesssystemet til en industriell avløpsvannrensingsanlegg er turbiditet en sentral prosessindikator som direkte reflekterer fjerningseffekten av totale suspenderte faste stoffer (TSS), slamavsettningsegenskaper, overvåking av inngående vannkvalitet og om utløpsvannkvaliteten oppfyller kravene. Manuell prøvetaking og testing kan ikke gi nøyaktig tilbakemelding på kvalitetsendringer i vannet, noe som innebär en risiko for at utslippene overskrider tillatte grenseverdier. Turbiditetsensorer med lav nøyaktighet er også følsomme for ulike forstyrrende faktorer, som farge, viskøse avleiringer, organisk materiale og luftbobler, noe som potensielt kan føre til hyppig ustabilitet ved langtidsbruk – spesielt under komplekse driftsforhold der usikkerheten øker betydelig.

Høypresisjons-turbiditetsensorer er derimot utformet med kjerneovervåkningsprinsipper og tekniske detaljer som har til formål å eliminere forstyrrelser og redusere potensiell dataavdrift og feil. I dette avsnittet brukes JIDEs WQ3000-serie turbiditet/suspenderte-faststoff-analyser og Hachs 1720E-lavturturbiditetsmåler for renseanlegg som eksempler.

JIDE WQ3000-seriens turbiditets- og suspenderte-faststoff-analyser inneholder en 860 nm nær-infrarød LED-lyskilde som sender lys inn i vannet, uten å påvirkes av det gulebrune fargen i avløpsvann eller fargen i fargestoffholdig avløpsvann, og unngår dermed de iboende feilene ved deteksjon med synlig lys.

En fotoelektrisk mottakermodule er plassert i 90° vinkel rett vinkelrett på innfallende lys for å spesifikt registrere det lateralt spredte lyset som genereres av suspenderte faste stoffer og kolloidale partikler i vannet.

Intensiteten til det spredte lyset er lineært proporsjonal med vannets turbiditet. Mikrochipen konverterer nøyaktig turbiditeten til NTU-standardturbiditetsenheter ved hjelp av temperaturkompensasjon og algoritmebasert filtrering.

Kretskonstruksjonen inneholder et isolasjonssystem for å forhindre interferens fra omgivende lys, noe som gir ekstremt høy deteksjonsnøyaktighet i det lave turbiditetsområdet (0–50 NTU), med en oppløsning på opptil 0,01 NTU.

Hach 1720E-analysatoren for lav turbiditet virker etter metoden med 90° spredt lys og inneholder et avskumming- og avgassningssystem for å effektivt eliminere forstyrrelser fra luftbobler ved turbiditetsmålinger i lavt område. Denne enheten har et måleområde på 0–100 NTU og en nøyaktighet ved lav turbiditet på 0,001 NTU, noe som gjør den egnet for overvåking av drikkevann av svært høy kvalitet og utslipp av avløpsvann i henhold til strengeste krav. Dette produktet har for tiden størst markedsandel og høy anerkjennelse i bransjen, men noen feltprøvetanker er utsatt for avleiring og krever hyppig vedlikehold – dette er problemer som er rapportert av bransjen. Den stiller fortsatt visse krav til kvaliteten på vannet på stedet.

Sammenlignings- og valgveiledning

Målemetoder	Kjerneprinsipper	Fordeler	Ulemper/begrensninger	Anvendelsesscenarier for avløpsrenseanlegg
metode for 90° spredning	Måling av 90° vertikal sidestreut lys	Kompatibel med både høy og lav måleområde, ekstremt høy nøyaktighet ved måling av lav turbiditet	Skala/bobleforstyrrelser må tas i betraktning.	Standardovervåking av inngående og utgående vannkvalitet
Overføringsmetode	Måler svekkelsen av lys som trenger inn i vannet	Egnede for grunnleggende målinger av høy turbiditet	Dårlig følsomhet i området med lav turbiditet, svært utsatt for fargeforstyrrelser.	Ikke egnet for nøyaktig overvåking av avløpsvann
Bakspredningsmetode	Fanger opp spredt lys i nær 180° bred vinkel	Meget egnet for målinger av ultra-høye konsentrasjoner	Dårlig linearitet i det lave turbiditetsområdet.	Kun egnet for slam med høy konsentrasjon og tilførselsvann