Πώς μετριέται η θολότητα του νερού;

Τι είναι η θολότητα;

Η θολότητα είναι ένα μέτρο της θολότητας ή της θολότητας ενός υγρού, που χρησιμοποιείται συνήθως για την αξιολόγηση της ποιότητας του νερού σε φυσικά υδάτινα σώματα - όπως ποτάμια, λίμνες και ωκεανούς - καθώς και σε συστήματα επεξεργασίας νερού. Προκύπτει λόγω της παρουσίας αιωρούμενων σωματιδίων, συμπεριλαμβανομένων ιλύος, φυκιών, πλαγκτόν και βιομηχανικών υποπροϊόντων, τα οποία σκεδάζουν το φως που διέρχεται από τη στήλη του νερού.
Η θολότητα συνήθως ποσοτικοποιείται σε νεφελομετρικές μονάδες θολότητας (NTU), με τις υψηλότερες τιμές να υποδεικνύουν μεγαλύτερη αδιαφάνεια του νερού. Αυτή η μονάδα βασίζεται στην ποσότητα φωτός που σκεδάζεται από τα σωματίδια που αιωρούνται στο νερό, όπως μετράται από ένα νεφελόμετρο. Το νεφελόμετρο στέλνει μια δέσμη φωτός μέσα από το δείγμα και ανιχνεύει το φως που σκεδάζεται από τα αιωρούμενα σωματίδια υπό γωνία 90 μοιρών. Υψηλότερες τιμές NTU υποδεικνύουν μεγαλύτερη θολότητα ή θολότητα στο νερό. Χαμηλότερες τιμές NTU υποδεικνύουν διαυγέστερο νερό.
Για παράδειγμα: Το καθαρό νερό μπορεί να έχει τιμή NTU κοντά στο 0. Το πόσιμο νερό, το οποίο πρέπει να πληροί τα πρότυπα ασφαλείας, συνήθως έχει NTU μικρότερη από 1. Το νερό με υψηλά επίπεδα ρύπανσης ή αιωρούμενων σωματιδίων μπορεί να έχει τιμές NTU που κυμαίνονται σε εκατοντάδες ή χιλιάδες.

Γιατί να μετράμε τη θολότητα της ποιότητας του νερού;

Τα αυξημένα επίπεδα θολότητας μπορούν να οδηγήσουν σε διάφορες ανεπιθύμητες ενέργειες:
1) Μειωμένη διείσδυση φωτός: Αυτό επηρεάζει αρνητικά τη φωτοσύνθεση στα υδρόβια φυτά, διαταράσσοντας έτσι το ευρύτερο υδάτινο οικοσύστημα που εξαρτάται από την πρωτογενή παραγωγικότητα.
2) Απόφραξη συστημάτων φιλτραρίσματος: Τα αιωρούμενα στερεά ενδέχεται να φράξουν τα φίλτρα στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας νερού, αυξάνοντας το λειτουργικό κόστος και μειώνοντας την αποτελεσματικότητα της επεξεργασίας.
3) Συσχέτιση με ρύπους: Τα σωματίδια που προκαλούν θολότητα συχνά χρησιμεύουν ως φορείς επιβλαβών ρύπων, όπως παθογόνοι μικροοργανισμοί, βαρέα μέταλλα και τοξικές χημικές ουσίες, θέτοντας σε κίνδυνο τόσο το περιβάλλον όσο και την ανθρώπινη υγεία.
Συνοπτικά, η θολότητα χρησιμεύει ως κρίσιμος δείκτης για την αξιολόγηση της φυσικής, χημικής και βιολογικής ακεραιότητας των υδάτινων πόρων, ιδίως στο πλαίσιο της περιβαλλοντικής παρακολούθησης και της δημόσιας υγείας.
Ποια είναι η αρχή της μέτρησης της θολότητας;

Η αρχή της μέτρησης της θολότητας βασίζεται στη σκέδαση του φωτός καθώς αυτό διέρχεται από ένα δείγμα νερού που περιέχει αιωρούμενα σωματίδια. Όταν το φως αλληλεπιδρά με αυτά τα σωματίδια, σκεδάζεται σε διάφορες κατευθύνσεις και η ένταση του σκεδαζόμενου φωτός είναι άμεσα ανάλογη με τη συγκέντρωση των σωματιδίων που υπάρχουν. Μια υψηλότερη συγκέντρωση σωματιδίων έχει ως αποτέλεσμα αυξημένη σκέδαση φωτός, οδηγώντας σε μεγαλύτερη θολότητα.

η αρχή της μέτρησης θολότητας

Η διαδικασία μπορεί να αναλυθεί στα ακόλουθα βήματα:
Πηγή φωτός: Μια δέσμη φωτός, που συνήθως εκπέμπεται από λέιζερ ή LED, κατευθύνεται μέσα από το δείγμα νερού.
Αιωρούμενα Σωματίδια: Καθώς το φως διαδίδεται μέσα στο δείγμα, η αιωρούμενη ύλη —όπως ιζήματα, φύκια, πλαγκτόν ή ρύποι— προκαλεί τη σκέδαση του φωτός σε πολλαπλές κατευθύνσεις.
Ανίχνευση σκεδαζόμενου φωτός: AνεφελόμετροΤο , το όργανο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της θολότητας, ανιχνεύει το φως που σκεδάζεται υπό γωνία 90 μοιρών σε σχέση με την προσπίπτουσα δέσμη. Αυτή η γωνιακή ανίχνευση είναι η τυπική μέθοδος λόγω της υψηλής ευαισθησίας της στη σκέδαση που προκαλείται από σωματίδια.
Μέτρηση Έντασης Σκεδαζόμενου Φωτός: Η ένταση του σκεδαζόμενου φωτός ποσοτικοποιείται, με υψηλότερες εντάσεις να υποδεικνύουν μεγαλύτερη συγκέντρωση αιωρούμενων σωματιδίων και, κατά συνέπεια, υψηλότερη θολότητα.
Υπολογισμός θολότητας: Η μετρούμενη ένταση σκεδαζόμενου φωτός μετατρέπεται σε Νεφελομετρικές Μονάδες Θολότητας (NTU), παρέχοντας μια τυποποιημένη αριθμητική τιμή που αντιπροσωπεύει τον βαθμό θολότητας.
Τι μετράει τη θολότητα του νερού;

Η μέτρηση της θολότητας του νερού χρησιμοποιώντας οπτικούς αισθητήρες θολότητας είναι μια ευρέως υιοθετημένη πρακτική στις σύγχρονες βιομηχανικές εφαρμογές. Συνήθως, απαιτείται ένας πολυλειτουργικός αναλυτής θολότητας για την εμφάνιση μετρήσεων σε πραγματικό χρόνο, την ενεργοποίηση περιοδικού αυτόματου καθαρισμού του αισθητήρα και την ενεργοποίηση ειδοποιήσεων για μη φυσιολογικές μετρήσεις, διασφαλίζοντας έτσι τη συμμόρφωση με τα πρότυπα ποιότητας νερού.

Αισθητήρας θολότητας online (Μετρήσιμο θαλασσινό νερό)

Τα διαφορετικά λειτουργικά περιβάλλοντα απαιτούν ξεχωριστές λύσεις παρακολούθησης θολότητας. Σε οικιακά συστήματα δευτερογενούς ύδρευσης, μονάδες επεξεργασίας νερού και στα σημεία εισόδου και εξόδου εγκαταστάσεων πόσιμου νερού, χρησιμοποιούνται κυρίως μετρητές θολότητας χαμηλού εύρους με υψηλή ακρίβεια και στενά εύρη μέτρησης. Αυτό οφείλεται στην αυστηρή απαίτηση για χαμηλά επίπεδα θολότητας σε αυτά τα περιβάλλοντα. Για παράδειγμα, στις περισσότερες χώρες, το κανονιστικό πρότυπο για το νερό βρύσης στις εξόδους των μονάδων επεξεργασίας καθορίζει επίπεδο θολότητας κάτω από 1 NTU. Αν και οι δοκιμές νερού πισίνας είναι λιγότερο συχνές, όταν διεξάγονται, απαιτούν επίσης πολύ χαμηλά επίπεδα θολότητας, απαιτώντας συνήθως τη χρήση μετρητών θολότητας χαμηλού εύρους.

Μετρητές θολότητας χαμηλής εμβέλειας TBG-6188T

Αντίθετα, εφαρμογές όπως οι μονάδες επεξεργασίας λυμάτων και τα σημεία απόρριψης βιομηχανικών λυμάτων απαιτούν μετρητές θολότητας υψηλού εύρους. Το νερό σε αυτά τα περιβάλλοντα συχνά παρουσιάζει σημαντικές διακυμάνσεις θολότητας και μπορεί να περιέχει σημαντικές συγκεντρώσεις αιωρούμενων στερεών, κολλοειδών σωματιδίων ή χημικών ιζημάτων. Οι τιμές θολότητας συχνά υπερβαίνουν τα ανώτερα όρια μέτρησης των οργάνων εξαιρετικά χαμηλού εύρους. Για παράδειγμα, η θολότητα των εισροών σε μια μονάδα επεξεργασίας λυμάτων μπορεί να φτάσει αρκετές εκατοντάδες NTU και ακόμη και μετά την πρωτοβάθμια επεξεργασία, η παρακολούθηση των επιπέδων θολότητας σε δεκάδες NTU παραμένει απαραίτητη. Οι μετρητές θολότητας υψηλού εύρους λειτουργούν συνήθως με βάση την αρχή της αναλογίας έντασης σκεδαζόμενου προς διερχόμενου φωτός. Χρησιμοποιώντας τεχνικές δυναμικής επέκτασης εύρους, αυτά τα όργανα επιτυγχάνουν δυνατότητες μέτρησης από 0,1 NTU έως 4000 NTU διατηρώντας παράλληλα ακρίβεια ±2% της πλήρους κλίμακας.

Βιομηχανικός αναλυτής θολότητας σε απευθείας σύνδεση

Σε εξειδικευμένα βιομηχανικά περιβάλλοντα, όπως οι τομείς της φαρμακευτικής και των τροφίμων και ποτών, υπάρχουν ακόμη μεγαλύτερες απαιτήσεις για την ακρίβεια και τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα των μετρήσεων θολότητας. Αυτές οι βιομηχανίες χρησιμοποιούν συχνά μετρητές θολότητας διπλής δέσμης, οι οποίοι ενσωματώνουν μια δέσμη αναφοράς για την αντιστάθμιση των διαταραχών που προκαλούνται από τις διακυμάνσεις της φωτεινής πηγής και τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας, εξασφαλίζοντας έτσι συνεπή αξιοπιστία των μετρήσεων. Για παράδειγμα, η θολότητα του νερού για ένεση πρέπει συνήθως να διατηρείται κάτω από 0,1 NTU, επιβάλλοντας αυστηρές απαιτήσεις για την ευαισθησία του οργάνου και την αντοχή στις παρεμβολές.
Επιπλέον, με την πρόοδο της τεχνολογίας του Διαδικτύου των Πραγμάτων (IoT), τα σύγχρονα συστήματα παρακολούθησης θολότητας γίνονται ολοένα και πιο έξυπνα και δικτυωμένα. Η ενσωμάτωση μονάδων επικοινωνίας 4G/5G επιτρέπει τη μετάδοση δεδομένων θολότητας σε πραγματικό χρόνο σε πλατφόρμες cloud, διευκολύνοντας την απομακρυσμένη παρακολούθηση, την ανάλυση δεδομένων και τις αυτοματοποιημένες ειδοποιήσεις συναγερμού. Για παράδειγμα, μια δημοτική μονάδα επεξεργασίας νερού έχει εφαρμόσει ένα έξυπνο σύστημα παρακολούθησης θολότητας που συνδέει τα δεδομένα θολότητας εξόδου με το σύστημα ελέγχου διανομής νερού. Κατά την ανίχνευση μη φυσιολογικής θολότητας, το σύστημα προσαρμόζει αυτόματα τη δοσολογία χημικών, με αποτέλεσμα τη βελτίωση της συμμόρφωσης με την ποιότητα του νερού από 98% σε 99,5%, μαζί με μείωση 12% στην κατανάλωση χημικών.
Είναι η θολερότητα η ίδια έννοια με τα συνολικά αιωρούμενα στερεά;

Η θολερότητα και τα συνολικά αιωρούμενα στερεά (TSS) είναι σχετικές έννοιες, αλλά δεν είναι το ίδιο. Και οι δύο αναφέρονται σε σωματίδια που αιωρούνται στο νερό, αλλά διαφέρουν ως προς το τι μετρούν και τον τρόπο ποσοτικοποίησής τους.
Η θολότητα μετρά την οπτική ιδιότητα του νερού, και συγκεκριμένα πόσο φως σκεδάζεται από τα αιωρούμενα σωματίδια. Δεν μετρά άμεσα την ποσότητα των σωματιδίων, αλλά μάλλον πόσο φως μπλοκάρεται ή εκτρέπεται από αυτά τα σωματίδια. Η θολότητα επηρεάζεται όχι μόνο από τη συγκέντρωση των σωματιδίων αλλά και από παράγοντες όπως το μέγεθος, το σχήμα και το χρώμα των σωματιδίων, καθώς και το μήκος κύματος του φωτός που χρησιμοποιείται στη μέτρηση.

Βιομηχανικός μετρητής ολικών αιωρούμενων στερεών (TSS)

Συνολικά αιωρούμενα στερεά(TSS) μετρά την πραγματική μάζα των αιωρούμενων σωματιδίων σε ένα δείγμα νερού. Ποσοτικοποιεί το συνολικό βάρος των στερεών που αιωρούνται στο νερό, ανεξάρτητα από τις οπτικές τους ιδιότητες.
Η TSS μετριέται με φιλτράρισμα ενός γνωστού όγκου νερού μέσω ενός φίλτρου (συνήθως ενός φίλτρου με γνωστό βάρος). Αφού φιλτραριστεί το νερό, τα στερεά που απομένουν στο φίλτρο ξηραίνονται και ζυγίζονται. Το αποτέλεσμα εκφράζεται σε χιλιοστόγραμμα ανά λίτρο (mg/L). Η TSS σχετίζεται άμεσα με την ποσότητα των αιωρούμενων σωματιδίων, αλλά δεν παρέχει πληροφορίες σχετικά με το μέγεθος των σωματιδίων ή τον τρόπο με τον οποίο τα σωματίδια σκεδάζουν το φως.
Βασικές διαφορές:
1) Φύση της μέτρησης:
Η θολότητα είναι μια οπτική ιδιότητα (πώς το φως σκεδάζεται ή απορροφάται).
Το TSS είναι μια φυσική ιδιότητα (η μάζα των σωματιδίων που αιωρούνται στο νερό).
2) Τι μετρούν:
Η θολότητα δίνει μια ένδειξη για το πόσο διαυγές ή θολό είναι το νερό, αλλά δεν δίνει την πραγματική μάζα των στερεών.
Το TSS παρέχει μια άμεση μέτρηση της ποσότητας στερεών στο νερό, ανεξάρτητα από το πόσο διαυγές ή θολό φαίνεται.
3) Μονάδες:
Η θολότητα μετριέται σε NTU (Νεφελομετρικές Μονάδες Θολότητας).
Το TSS μετριέται σε mg/L (χιλιοστόγραμμα ανά λίτρο).
Είναι το χρώμα και η θολότητα το ίδιο;

Το χρώμα και η θολότητα δεν είναι τα ίδια, αν και τα δύο επηρεάζουν την εμφάνιση του νερού.

Μετρητής χρώματος ποιότητας νερού στο διαδίκτυο

Εδώ είναι η διαφορά:
Το χρώμα αναφέρεται στην απόχρωση ή τη χροιά του νερού που προκαλείται από διαλυμένες ουσίες, όπως οργανική ύλη (όπως φύλλα που αποσυντίθενται) ή μέταλλα (όπως σίδηρος ή μαγγάνιο). Ακόμα και το καθαρό νερό μπορεί να έχει χρώμα εάν περιέχει διαλυμένες χρωματιστές ενώσεις.
Η θολότητα αναφέρεται στη θολότητα ή τη θολότητα του νερού που προκαλείται από αιωρούμενα σωματίδια, όπως άργιλος, ιλύς, μικροοργανισμούς ή άλλα λεπτά στερεά. Μετράει πόσο τα σωματίδια σκεδάζουν το φως που διέρχεται από το νερό.
Εν συντομία:
Χρώμα = διαλυμένες ουσίες
Θολότητα = αιωρούμενα σωματίδια