Есть вопросы? Звоните +7 (495) 745-2290 Выберите ближайший к вам офис продаж Документация Войти Зарегистрироваться

Полное руководство по измерению мутности воды

Мутность - одно из самых распространенных и интуитивно понятных свойств воды. Первое, что мы замечаем в воде, - это то, насколько она мутная (или нет). Однако за этой облачностью скрываются некоторые важные последствия. Мутность может повлиять на все - от способа обеззараживания воды до качества наших озер, океанов и ручьев.

В этом руководстве мы рассмотрим, что такое мутность, причины, по которым она измеряется, варианты тестирования и советы по получению наиболее точных результатов.

  1. Что такое мутность?
  2. Выбор измерителя мутности
  3. Стандарты мутности
  4. Шесть советов для точного измерения мутности

Что такое мутность?

В своей простейшей форме мутность - это просто непрозрачность воды. Непрозрачность обычно возникает из-за взвешенных в воде частиц, которые мы не можем видеть по отдельности. Этими частицами могут быть водоросли, грязь, минералы, белки, масла или даже бактерии.

Мутность - это оптическое измерение, которое указывает на наличие взвешенных частиц. Он измеряется путем пропускания света через образец и количественного определения концентрации взвешенных частиц. Чем больше частиц находится в растворе, тем выше мутность.

Важно отметить, что, хотя мутность коррелирует с взвешенными твердыми веществами, измерение мутности - это не то же самое, что измерение общего количества взвешенных твердых веществ (TSS). Измерения TSS являются гравиметрическими, которые количественно определяют массу твердых частиц, взвешенных в образце, и выполняются путем взвешивания отделенных твердых частиц.

Важность мутности

Rio Grande River

Мутность является эталонным параметром качества воды во всех средах, от муниципального объекта подготовки питьевой воды до мониторинга окружающей среды.

Основной целью очистки питьевой воды является удаление и уменьшение мутности. На протяжении всего процесса обработки мутность измеряется на нескольких этапах, чтобы определить эффективность обработки и обеспечить соответствие государственным нормативным актам. Взвешенные вещества (почва, водоросли и т.д.) в воде снижают эффективность дезинфицирующих химикатов и могут выступать в качестве переносчиков бактерий и паразитов.

На эти взвешенные частицы указывает вода, которая выглядит слегка непрозрачной или имеет высокое значение мутности. Даже без мутности, снижающей эффективность хлорирования, общая прозрачность воды является показателем качества, убеждающим потребителя в ее безопасности. В конце концов, никто не хочет пить мутную воду из-под крана!

Мутность имеет широкое значение в мониторинге окружающей среды, где мутность воды может указывать на загрязнение. Например, после штормовых явлений стоки с сельскохозяйственных, лесозаготовительных и строительных площадок могут быстро затопить природные воды осадками. Это может нарушить водную флору и фауну, обитающую на дне воды, что потребует проведения дноуглубительных работ для восстановления.

Помимо использования питьевой воды, сточных вод и окружающей среды, измерение мутности полезно на винодельнях, а также в других местах пищевой промышленности и производства напитков.

Как измеряется мутность?

 Существует множество методов измерения мутности. Для измерения того, насколько мутна вода, мы можем использовать все - от визуальных методов до полномасштабных анализаторов для ее количественной оценки.

Некоторые визуальные методы идеально подходят для быстрого использования в полевых условиях, например диск Secchi. Он состоит из диска, который опускают в воду до тех пор, пока он не перестанет быть видимым. Глубина, на которой диск не виден, называется глубиной Secchi. Этот метод является субъективным и лучше всего работает в медленно движущихся природных водах с низкой мутностью.

Лучший способ измерить мутность в самых разных образцах - это нефелометр, также известный как измеритель мутности. Измерители мутности используют свет и фотоприемник для измерения рассеяния света и считывания в единицах мутности, таких как нефелометрические единицы мутности (NTU) или единицы мутности формазина (FTU).

Как уменьшить мутность?

Drinking-Water-Turbidity-blog.jpg

Большинство усилий по снижению мутности направлено на предотвращение случаев прорыва стока. Однако заводы по производству питьевой воды и сточных вод обрабатывают сырую воду, чтобы уменьшить мутность. Правила установлены для того, чтобы гарантировать безопасную питьевую воду и эффективность процесса. Одним из первых шагов в процессе очистки питьевой воды является удаление взвешенных частиц из воды.

Чтобы добиться осветления, воду смешивают с коагулянтом, таким как квасцы. Почва и другие частицы имеют отрицательный заряд и отталкиваются друг от друга, в результате чего образуются диспергированные мелкие частицы. Добавление квасцов нейтрализует взвешенный материал, так что частицы собираются вместе, образуя более крупные частицы, известные как "хлопья". Затем воду пропускают через отстойник, где фильтрующие материалы удаляют хлопья.

Если сырая вода, естественно, менее мутная (обычно грунтовые воды), то процесс осаждения может быть сокращен, что экономит время и деньги. После удаления большей части растворенных частиц вода пропускается через конечный фильтр, который удаляет до 99,5% оставшихся взвешенных твердых частиц.

USEPA требует, чтобы 95% питьевой воды в течение одного месяца имели показатель мутности менее 0,5 NTU и чтобы ни одна проба не превышала 5 NTU в любой момент времени.

Выбор измерителя мутности

Анализаторы мутности - это устройства, которые имеют источник света, объектив и детектор, расположенные под углом 90° от источника света, которые работают вместе для измерения мутности образца. Когда образец помещается на пути между источником света и детектором, некоторые частицы в образце рассеивают свет таким образом, что он достигает детектора под углом 90°. Детектор определяет величину рассеяния света и сравнивает показания со стандартами на калибровочной кривой.

Некоторые счетчики включают в себя другой детектор под углом 180 ° для учета проходящего света. Это может помочь с образцами с высокой мутностью для коррекции потери света из-за ослабления и обратного рассеяния (отражения). Измерения мутности при 90° и 180° называются методом соотношения. 


Как только у вас есть свой измеритель, измерение мутности становится простым и включает в себя всего несколько простых шагов:

  1. Откалибруйте измеритель с помощью стандартных кювет.

  2. Заполните кювету вашим образцом.

  3. Очистите внешнюю поверхность кюветы, а при работе с образцами с очень низкой мутностью нанесите силиконовое масло на внешнюю поверхность кюветы.

  4. Поместите кювету внутрь прибора и снимите показания.

Стандарты мутности

Стандарты мутности являются не менее важной частью измерения. Большинство современных стандартов мутности изготавливаются из формазина, синтетического полимера с однородным размером частиц. Полимер изготовлен из гидразина и гексаметилентетрамина. Консистенция этого соединения привела к его принятию почти всеми организациями по стандартизации, такими как ISO, EPA и ASBC. Суспензия 1,25 мг/л сульфата гидразина и 12,5 мг/л гексаметилентетрамина в воде имеет мутность, равную одной единице мутности формазина (FTU).

Большинство других единиц измерения мутности основаны на FTU, но различаются в зависимости от используемого метода. Существует много различных единиц измерения, но вот несколько примеров:

  • Нефелометрические единицы мутности (NTU): Единица, равная FTU, но измеряемая с использованием конструкции измерителя мутности, соответствующего стандартам EPA.

  • Нефелометрическая единица измерения коэффициента мутности (NTRU): единица измерения на основе EPA, которая использует метод определения коэффициента мутности.

  • Нефелометрические единицы формазина (FNU), равные FTU, но измеренные с использованием стандартов ISO 7027 для конструкции анализатора
  • Американское общество пивоваренных химиков (ASBC-FTU): использует стандарты ASBC для проектирования измерителя мутности

Важно решить, какому методу вы, скорее всего, будете следовать при выборе измерителя мутности. Существует множество различных конструкций измерителей мутности, но наиболее распространенными являются две: те, которые соответствуют стандарту EPA 180.1, и те, которые соответствуют стандарту ISO 7027.

Важно отметить, что анализаторы не утверждаются индивидуально этими методическими органами. Вместо этого они просто соответствуют требованиям, установленным этими стандартами.

 Соответствующие стандартам EPA измерители мутности
HI98703.jpg

Контроллеры, соответствующие требованиям EPA, соответствуют стандартному методу 180.1, стандарту для определения мутности в пробах питьевой, грунтовой, поверхностной, сточных и морской воды. Он лучше всего работает в диапазоне 0-40 NTU, что делает его идеальным для образцов с низким диапазоном.

Кроме того, к этим счетчикам предъявляются следующие требования (Выдержка из Методов определения неорганических веществ в пробах окружающей среды):

  • Источник света вольфрамовой лампы, работающий при цветовой температуре в диапазоне 2200-3000 °K.
  • Расстояние, проходимое падающим светом и рассеянным светом внутри пробирки для образцов: Общее не должно превышать 10 см.
  • Детектор: центрирован под углом 90° к траектории падающего света и не должен превышать ±30° от 90°. Детектор и система фильтров, если они используются, должны иметь спектральную пиковую характеристику в диапазоне от 400 до 600 нм.
  • Чувствительность прибора должна позволять обнаруживать разницу мутности в 0,02 NTU или менее в водах с мутностью менее 1 единицы.

  Исходя из этих требований, контроллеры, соответствующие требованиям EPA, являются:

(+) Отлично подходит для измерений в малых диапазонах, таких как питьевая вода
(+) Соответствует стандартам EPA для отчетности об использовании
(–) Плохо работает с цветными образцами из-за поглощения белого света

Соответствующие стандарту ISO анализаторы мутности

Контроллеры, которые соответствуют ISO, являются следующим наиболее распространенным типом измерителя мутности. Эти контроллеры предъявляют аналогичные требования к EPA, но имеют несколько ключевых отличий:

  • Длина волны источника “света” должна быть инфракрасным светодиодом длиной волны 860 нм. Обратите внимание, что технически это не видимый свет, а скорее инфракрасное излучение (ИК).

  • Спектральная полоса пропускания падающего излучения должна быть меньше или равна 60 нм

Измерители, соответствующие стандарту ISO, также имеют детекторы света, расположенные примерно под углом 90° от источника излучения, хотя метод также поддерживает использование детекторов под другими углами для определения количества света, ослабленного образцом (т.е. при 0°). В целом:

(+) Измерители ISO используют инфракрасный светодиод, который устраняет помехи от цвета образца

(+) Поддержка метода соотношения обеспечивает более высокую точность в образцах с более высокой мутностью

(–) Не приемлемо для US-EPA для целей отчетности

Независимо от того, какой тип прибора вы выберете, обязательно проконсультируйтесь с любыми регулирующими органами, если значения мутности указаны для целей отчетности. Оба типа контроллеров могут использовать стандарты formazin или AMCO-AEPA-1, коммерчески доступный стандарт.

Шесть советов для точного измерения мутности

Теперь, когда вы знаете, как проводить измерения и какие существуют измерители, мы рассмотрим некоторые из лучших методов определения мутности:

1.  Начать с хорошими кюветами
HI731331-Cuvettes-Turbidity-Blog-778308-edited.jpg


Как мы уже говорили, когда мы измеряем мутность, мы измеряем непрозрачность образца, вызванную взвешенными твердыми частицами. Чтобы сделать это, нам нужно иметь сосуд для хранения нашего образца. Точно так же, как при колориметрических тестах на хлор или ХПК, мы используем ячейки или кюветы для хранения  образца.

Кюветы являются важной частью уравнения, потому что свет проходит через них точно так же, как и через образец. Убедитесь, что ваши кюветы чистые и без каких-либо царапин. Царапины будут мешать прохождению света через стекло, что приведет к ложно высоким результатам.

К счастью, исправить это так же просто, как заменить любые кюветы, которые испачканы или имеют видимые царапины.

2. Смазывать кюветы

Точно так же, как видимые царапины и дефекты на стекле могут повлиять на ваши показания мутности, небольшие незаметные пятна также могут повлиять на ваши результаты мутности. Эти, казалось бы, микроскопические царапины особенно актуальны, если вы измеряете образцы в более низком диапазоне, как в случае с питьевой водой.

Силиконовое масло можно использовать для маскировки незначительных дефектов стекла. Силиконовое масло имеет тот же показатель преломления, что и стекло, поэтому оно не будет мешать показаниям. Просто возьмите несколько капель масла, добавьте его в кювету, а затем тщательно протрите кювету безворсовой тканью. После того, как все сделано правильно, у вас должна получиться кювета, которая кажется практически сухой, без видимого масла.

Важно отметить, что силиконовое масло эффективно только при заполнении незначительных дефектов в стекле. Большие, видимые царапины следует рассматривать как признак необходимости замены стекла.

3. Использовать свежие стандарты мутности

reagents-hi98703-11

Мы все можем согласиться с тем, что ключом к точным результатам является точная калибровка, а точная калибровка основана на надежных стандартах.

Хотя современные стандарты на основе формазина более стабильны и надежны, чем те, которые использовались исторически, они все еще являются скоропортящимися. Методы EPA гласят, что стандарты запаса формазина (при 40 NTU), изготовленные собственными силами, должны готовиться ежемесячно и что любые разведения из этого стандарта должны готовиться ежедневно. Впоследствии стандарты формазина имеют тенденцию коагулировать и оседать на дно контейнера.

Чтобы сэкономить время, ищите первичные стандарты AMCO-AEPA-1, которые имеются в продаже и подходят для вашего контроллера. В идеале эти стандарты должны поставляться в виде набора в предварительно запечатанных флаконах, которые вы можете легко поместить в кювету. Стандарты AMCO также гораздо более устойчивы к хранению, чем самодельные стандарты формазина, что позволяет использовать их годами (около 3 лет). Ищите те, у которых есть сертификат анализа (COA) и срок годности для душевного спокойствия.

4. Чистка кювет

Мы все оставили какую-то посуду, лабораторную или какую-то другую, чтобы помыть  позже, но определенно не делайте этого с вашими ячейками мутности! Пятна на кювете могут поглощать свет или рассеивать его, что приводит к измерению мутности вашего грязного стекла и вашего образца. Очень важно, чтобы ячейки мутности были особенно чистыми.

Если на стекле образуются пятна, используйте разбавленную кислоту или другое чистящее средство для удаления пятен. После очистки обязательно промойте ячейки мутности водой, не содержащей мутности, например, деионизированной водой высокой чистоты, отфильтрованной через фильтрующую мембрану толщиной ≤ 0,2 мкм.

5. Использование метода соотношения

По мере увеличения количества взвешенных частиц в образце, образец имеет тенденцию рассеивать, а также поглощать и отражать свет. Этот “потерянный” свет может привести к тому, что показания измерений мутности будут отличаться от фактического значения.

Вы можете решить проблему образцов с высокой мутностью двумя способами. Один из способов сделать это - разбавить любые сильно замутненные образцы водой, не содержащей мутности. После разбавления образцы измеряются как обычно, а затем корректируются с помощью коэффициента разбавления. EPA 180.1 требует разбавления для любых образцов выше 40 NTU перед измерением.

Другим способом компенсации обратного рассеяния или ослабления света является использование метода соотношения. Многие контроллеры оснащены другими детекторами различных углов для определения и компенсации потерянного света. Конструкции, использующие эти методы, соответствуют "Стандартному методу 2130B" и "Временному Правилу улучшенной очистки поверхностных вод USEPA".

6. Избегать конденсации на кюветах

Наконец, на мутность может повлиять конденсация. Со временем на стекле может образоваться конденсат, особенно если ваши образцы особенно холодные. Конденсат на внешней стороне стекла заслоняет свет от ваших образцов, вызывая ошибочные показания мутности.

Вы можете полностью избежать этого, просто периодически протирая кюветы чистой тканью без ворса. Смазывание кюветы маслом помогает уменьшить образование конденсата, но важно помнить об этой, казалось бы, незначительной детали.

26.04.2022

Возврат к списку