Vysokopresný senzor turbidity pre čističky odpadových vôd

Aké sú rozdiely medzi tromi ukazovateľmi priehľadnosti v čističkách odpadových vôd? Rozlíšenie medzi turbidnosťou, SS a priehľadnosťou

V čističkách odpadových vôd sa často spomínajú tri ukazovatele jasnosti: zakalenie, priehľadnosť a suspendované tuhé látky (SS). Predstavujú tri rôzne dimenzie hodnotenia jasnosti: hmotnostnú koncentráciu, optické vlastnosti a zmyslové vnímanie. Štandardnou skúšobnou metódou pre suspendované tuhé látky je gravimetrická metóda, ktorá pozostáva z prefiltrácie vzorky vody cez filtračnú membránu s určenými veľkosťami pórov a následného sušenia do konštantnej hmotnosti. Jednotkou merania je mg/L. Teoreticky tento ukazovateľ hmotnostnej koncentrácie nie je možné monitorovať online a vyžaduje sušenie a odváženie. Látky ovplyvňujúce suspendované tuhé látky zahŕňajú íl, ílovité usadeniny a mikroorganizmy s veľkým polomerom. Zakalenie je definované ako stupeň rozptylu svetla suspendovanými časticami vo vode. Štandardnou skúšobnou metódou je metóda rozptylu svetla pod uhlom 90°, ktorá meria schopnosť suspendovaných častíc rušiť šírenie svetla. Jednotkou je NTU (alebo FTU, jednotka zakalenia formalínovým roztokom). Mnoho látok ovplyvňuje zakalenie, napríklad íl, mikroorganizmy, riasy, organické častice a mikrobobule.

Prečo je metóda rozptýleného svetla pod uhlom 90° najpoužívanejším riešením pre online meranie turbidity?

Táto metóda spočíva v emitovaní smerového paralelného lúča svetla z zdroja svetla do vzorky vody. Fotodetektor je umiestnený pod uhlom 90° kolmo na dopadajúce svetlo. Keď svetlo narazí na suspendované častice vo vzorke vody, rozptyľuje sa. Rozptýlené svetlo sa šíri vo všetkých smeroch, avšak fotodetektor zachytáva iba intenzitu bočne rozptýleného svetla, z ktorej sa vypočíta hodnota turbidity (intenzita bočne rozptýleného svetla je úmerná množstvu častíc vo vode). Ide o najpoužívanejšie online riešenie pre meranie turbidity, ktoré používajú vedúce značky na trhu monitorovania kvality vody, ako sú E+H, Hach, JIDE a OPTEX.

Porovnanie noriem kvality vody týkajúcich sa turbidity v rôznych krajinách

Normy turbidity v rôznych krajinách sa zameriavajú na tri oblasti:

1. Pitná voda (zákonne povinné normy, prísne normy);

2. Povrchová voda (klasifikovaná podľa funkcie vodného útvaru, zvyčajne sa riadi spoločne s priehľadnosťou);

3. Priemyselné odpadové vody (zvyčajne sa vypočítajú ako nerozpustené látky).

Nižšie sú príklady noriem z najväčších krajín a regiónov: Norma EPA USA stanovuje, že turbidita bežnej povrchovej vody, napr. riek a jazier, by mala byť v rozmedzí 25–150 NTU; turbidita pitnej vody by mala byť nižšia ako 1 NTU; norma pre vypúšťacie ústia priemyselných odpadových vôd sa vzťahuje na nerozpustené látky (TSS) s hodnotou medzi 30–100 mg/l.

Čínske normy pre povrchovú vodu stanovujú turbiditu nižšiu ako 25 NTU (kategória V) a nižšiu ako 10 NTU (kategória III). Pre vypúšťanie z mestských čističiek odpadových vôd, vypočítané na základe TSS, je najprísnejšia vypúšťacia norma nižšia ako 10 mg/l a limit pre vypúšťanie do predbežných sieťových systémov je 50 mg/l; limit turbidity pre výtoky pitnej vody je 1 NTU.

EÚ EN ISO 7027 stanovuje, že vodovodná voda musí mať hodnotu turbidity nižšiu ako 4 FNU; požiadavka na konvenčné odpadové vody z mestských čistiarňových zariadení, vypočítaná podľa TSS, je nižšia ako 35 mg/L a pre vody s vysokými požiadavkami (citlivé vodné telesá) je nižšia ako 15 mg/L; povrchové vody vyžadujú súradenú kontrolu priehľadnosti a turbidity a požiadavka na vodu z prameňa je zvyčajne nižšia ako 5 NTU.

Prečo sú vaše merania turbidity vždy nepresné?

Bolový bod 1: Priemyselné odpadové vody z niektorých odvetví majú farbu a nízku priehľadnosť, napríklad koksárne odpadové vody, farbiarske odpadové vody alebo odpadové vody s vysokým obsahom veľkých častíc. To spôsobuje nestabilné údaje z turbiditných senzorov, výrazné kolísanie hodnôt a celkové výrazne nižšie údaje.

Mechanizmus interferencie: Tradičné turbidimetre založené na princípe rozptýleného svetla merajú intenzitu svetelného signálu, ktorý sa vracia k detektoru. Ak je voda sfarbená, časť rozptýleného svetla sa predčasne absorbuje, čím sa oslabuje svetelný signál prijímaný detektorom a výsledkom je nižšia nameralá hodnota. Veľké suspendované častice tiež môžu spôsobiť kolísanie údajov pri ich prechode cez dráhu svetelného prenosu.

Riešenie: Turbidimetre založené na infračervenom svetle s vlnovou dĺžkou 860 nm účinne eliminujú interferenciu spôsobenú farbou. Súčasne je potrebné nakonfigurovať algoritmus, ktorý používa metódu pomerového merania na úpravu algoritmu kompenzácie svetelného signálu, čím sa odstránia chyby spôsobené pohybom veľkých častíc a farbou. V súčasnosti patria medzi najpoužívanejšie modely využívajúce toto riešenie HACH TSS-Sc, CUS51D Turbimax od E+H a WQ3000-TSS/Turb od JIDE.

Bod bolesti 2: V pokročilých procesoch čistenia odpadových vôd, ako sú membránové metódy, MBR, vstupná voda do reverznej osmózy alebo čistenie vo výslednom usadzovacom tanku, keď je výtok veľmi číry (zvyčajne s turbiditou nižšou ako 1 NTU), sa znižuje rýchlosť reakcie turbidimetra alebo sa náhle výrazne zvýši jeho údaj, aj keď je vzorka vody stabilná.

Mechanizmus rušenia: Rušenie bublinami. Bubliny vznikajúce pri nestabilných prietokoch významne ovplyvňujú meranie turbidity pri nízkych hodnotách turbidity a spôsobujú falošne vysoké výsledky merania. Nezkalibrované prístroje môžu generovať chaotické vnútorné svetelné signály, ktoré ovplyvňujú už tak veľmi malé množstvo rozptýleného svetla počas merania pri nízkej turbidite, čím sa zníži rýchlosť reakcie zariadenia.

Riešenia: Inštalácia odpénovacieho prietokového zásobníka (podľa princípu gravitácie alebo tlaku) , optimalizácia návrhu prietokového kanála a pravidelná kalibrácia nulového bodu pomocou ultracistej vody.

Na mieste existuje mnoho ďalších náročných problémov s meraním turbidity. Na ďalšiu diskusiu sa môžete obrátiť na našich technikov prostredníctvom našej webovej stránky. Vítame zákazníkov z rôznych odvetví, ktorí nám poskytnú prípadové štúdie na zlepšenie našich výrobkov a rozšírenie našich skúseností s aplikáciami priamo na mieste.

Bolový bod 3: Turbidimeter je okamžite po kalibrácii veľmi presný, avšak po menej ako týždni v prírodnej vode alebo odpadovej vode sa údaje kolíšu a postupne sa zvyšujú.

Mechanizmus interferencie: Bežná interferencia spôsobená biofilmami v prírodných vodách a oceánoch alebo interferencia spôsobená zlúčeninami vápnika a horčíka, ktoré sa usadzujú v dôsledku vysokého obsahu týchto prvkov v odpadovej vode. Táto interferencia ľahko zakrýva komponenty pre prenos a prijem svetelného signálu, čím ovplyvňuje výsledky merania.

Riešenie: Vyberte turbidimeter s automatickou čistiacou kefkou. Tento typ kremíkovej čistej kefky je odolný, ľahko nahráditeľný a môže periodicky čistiť optické okno podľa potreby, čím účinne zníži interferenciu biofilmu. Pre odpadové vody s vysokou tvrdosťou je potrebné zvýšiť frekvenciu údržby. Vyberte turbidimeter zapuzdrený v koróziou odolných materiáloch, napríklad v titanovom zliatine (tu sa odporúča veľmi cenovo výhodný online analyzátor turbidity JIDE WQ3000-turb-Ti s automatickou čistiacou funkciou z titanovej zliatiny). Počas bežnej údržby môže kyselinové umývanie účinne rozpustiť zlúčeniny vápnika a horčíka.

Bolestivý bod 4: Údaje o turbidite z laboratórnych testov a údaje z online analyzátora nie je možné porovnať, chyba je väčšia ako 10 %, čo zabraňuje dôverě výsledkom testov na obidvoch stranách.

Mechanizmy interferencie: Zahmlenosť a zavesené látky sú dynamické a aktívne parametre, ktoré sa ľahko usadzujú. Preto je pred testovaním nevyhnutné dôkladne premiešať vzorku a na udržanie stability testu sa môže vyžadovať magnetický miešač. Okrem toho pri kalibrácii online analyzátorov zahmlenosti v laboratóriu sa musí použiť kalibračná nádoba na ochranu pred svetlom, ktorú poskytuje výrobca, a štandardný roztok formalínu sa musí testovať v úplnej tme, aby sa vylúčila interferencia okolitého svetla. V niektorých zložitých prevádzkových podmienkach, ak je vyžadovaná presná zhoda s laboratórnymi testovacími údajmi a prístroj nemôže zodpovedať testovanie štandardného roztoku v laboratóriu (princíp laboratórneho testovania môže byť založený na žiarovkovej metóde namiesto infračervenej metódy), je možné na kalibráciu použiť skutočné vzorky vody, aby sa zabezpečilo, že porovnávacie výsledky spĺňajú požadované kritériá.

Ako vybrať senzor zahmlenosti s vysokou presnosťou za zložitých prevádzkových podmienok v čističkách odpadových vôd

V celom procesnom systéme priemyselnej čističky odpadových vôd je turbidita kľúčovým procesným ukazovateľom, ktorý priamo odzrkadľuje účinnosť odstránenia celkovej hmotnosti suspendovaných látok (TSS), usadzovacie vlastnosti kalu, monitorovanie kvality pritekajúcej vody a splnenie štandardov kvality vypúšťanej vody. Manuálne odber vzoriek a ich testovanie nedokážu poskytnúť presnú spätnú väzbu o kolísaní kvality vody, čo predstavuje riziko prekročenia povolených emisných limít. Senzory na meranie turbidity s nízkou presnosťou sú tiež zraniteľné voči rôznym rušivým faktorom, ako sú farba, lepkavé usadeniny, organické látky a vzduchové bubliny, čo môže viesť k častej nestabilitě pri dlhodobom používaní, najmä za zložitých prevádzkových podmienok, kde sa neistota výrazne zvyšuje.

Na druhej strane sú senzory na meranie turbidity vysokej presnosti navrhnuté na základe zásad monitorovania a technických podrobností, ktoré majú za cieľ eliminovať rušivé vplyvy a znížiť potenciálne posuny a chyby v údajoch. V tejto časti sa ako príklady používajú analyzátor turbidity/rozptýlených látok série WQ3000 od spoločnosti JIDE a referenčný turbidimeter s nízkym rozsahom pre čističky odpadových vôd model 1720E od spoločnosti Hach.

Analyzátor turbidity/rozptýlených látok série JIDE WQ3000 využíva infračervenú LED svetelnú zdroj s vlnovou dĺžkou 860 nm, ktorý svieti do vody a nie je ovplyvnený žltohnedou farbou odpadovej vody ani farebnosťou vody z farbiarne, čím sa vyhýba vlastným chybám detekcie viditeľného svetla.

Fotodiodový prijímací modul je umiestnený kolmo (pod uhlom 90°) k dopadajúcemu svetlu, aby špecificky zachytil bočne rozptýlené svetlo vytvorené rozptýlenými látkami a koloidnými časticami vo vode.

Intenzita rozptýleného svetla je lineárne úmerná turbidite vody. Čip prostredníctvom kompenzácie teploty a algoritmického filtrovania presne prevádza turbiditu na štandardné jednotky turbidity NTU.

Návrh obvodu zahŕňa izolačný systém, ktorý zabraňuje vplyvu okolitého svetla, čím sa dosahuje ultra-vysoká presnosť detekcie v rozsahu nízkej turbidity (0–50 NTU) s rozlíšením až 0,01 NTU.

Analyzátor nízkej turbidity Hach 1720E pracuje na základe metódy rozptýleného svetla pod uhlom 90° a obsahuje systém na odstraňovanie peny a plynov, ktorý účinne eliminuje interferenciu vzduchových bublín pri meraní nízkych hodnôt turbidity. Toto zariadenie má rozsah merania 0–100 NTU a presnosť pri nízkych hodnotách turbidity 0,001 NTU, čo ho robí vhodným na monitorovanie vody pre pitie najvyšších štandardov a výsledných odpadových vôd najvyšších štandardov. Tento výrobok momentálne zaujíma najväčší podiel na trhu a v odvetví sa teší vysokému uznaniu, avšak niektoré polní vzorkovacie nádoby majú tendenciu tvoriť usadeniny a vyžadujú častú údržbu – tieto problémy boli v odvetví hlásené. Stále kladie určité požiadavky na kvalitu vody na mieste.

Porovnávací a výberový sprievodca

Metódy merania	Základné princípy	Výhody	Nevýhody/obmedzenia	Aplikačné scenáre na čističkách odpadových vôd
metóda rozptýleného svetla pod uhlom 90°	Zachytávanie bočného rozptýleného svetla v pravom uhle	Kompatibilné s vysokými aj nízkymi rozsahmi merania, extrémne vysoká presnosť pri meraní níkej turbidity	Je potrebné zohľadniť interferenciu stupnice/bubliny.	Štandardné monitorovanie kvality vstupnej a výstupnej vody
Spôsob prenosu	Meranie útlmu svetla prenikajúceho do vody	Vhodné pre základné merania vysokých hodnôt turbidity	Zlá citlivosť v rozsahu nízkej turbidity, veľmi citlivé na interferenciu farby.	Nie je vhodné na jemné monitorovanie odpadovej vody
Metóda spätnej rozptylenosti	Zachytávanie širokouhlého rozptýleného svetla približne pod uhlom 180°	Veľmi vhodné pre merania ultra-vysokých koncentrácií	Zlá lineárna závislosť v rozsahu nízkej turbidity.	Použiteľné len pre kal s vysokou koncentráciou a prítok