Turbiditet - Turbidity

Turbiditetsstandarder på 5, 50 og 500 NTU

Turbiditet er grumsethet eller uklarheten til en væske forårsaket av et stort antall individuelle partikler som generelt er usynlige for det blotte øye , lik røyk i luft . Måling av turbiditet er en nøkkeltest på vannkvaliteten .

Væsker kan inneholde suspendert fast stoff bestående av partikler i mange forskjellige størrelser. Selv om noe suspendert materiale vil være stort nok og tungt nok til å sette seg raskt til bunnen av beholderen hvis en væskeprøve får stå (de faste stoffer ), vil meget små partikler sette seg veldig sakte eller slett ikke hvis prøven er regelmessig opphisset eller partiklene er kolloidale . Disse små faste partiklene får væsken til å virke grumsete.

Turbiditet (eller dis) påføres også på gjennomsiktige faste stoffer som glass eller plast. I plastproduksjon er dis definert som prosentandelen lys som avbøyes mer enn 2,5 ° fra innkommende lysretning.

Årsaker

Turbiditet i åpent vann kan skyldes vekst av planteplankton . Menneskelige aktiviteter som forstyrrer land, som konstruksjon , gruvedrift og jordbruk , kan føre til høye sedimentnivåer som kommer inn i vannforekomster under regnstormer på grunn av avrenning av stormvann . Områder utsatt for høye bankerosjon og urbaniserte områder bidrar også til store mengder turbiditet til vannet i nærheten, gjennom forurensning av stormvann fra asfalterte overflater som veier, broer, parkeringsplasser og flyplasser. Noen næringer som steinbrudd , gruvedrift og kullgjenvinning kan generere svært høye turbiditetsnivåer fra kolloidale bergpartikler.

I drikkevann, jo høyere turbiditetsnivå, desto større er risikoen for at mennesker kan utvikle gastrointestinale sykdommer . Dette er spesielt problematisk for immunkompromitterte mennesker, fordi forurensninger som virus eller bakterier kan bli festet til de suspenderte faste stoffene. De suspenderte faste stoffene forstyrrer vanndesinfeksjon med klor fordi partiklene fungerer som skjold for viruset og bakteriene. På samme måte kan suspenderte faste stoffer beskytte bakterier mot ultrafiolett (UV) sterilisering av vann.

I vannforekomster som innsjøer , elver og reservoarer kan høye turbiditetsnivåer redusere mengden lys som når lavere dybder, noe som kan hemme veksten av nedsenket vannplanter og følgelig påvirke arter som er avhengige av dem, for eksempel fisk og skalldyr . Høye turbiditetsnivåer kan også påvirke fiskegjelenes evne til å absorbere oppløst oksygen. Dette fenomenet har blitt observert regelmessig i Chesapeake Bay i det østlige USA.

For mange mangroveområder er det nødvendig med høy turbiditet for å støtte visse arter, for eksempel å beskytte ungfisk mot rovdyr. For de fleste mangrover langs østkysten av Australia , spesielt Moreton Bay , er turbiditetsnivåer så høye som 600 nefelometriske turbiditetsenheter (NTU) nødvendig for riktig økosystemhelse .

Mål

Grumsete bekkevann forårsaket av kraftig regn.

Den mest brukte måleenheten for turbiditet er Formazin Turbidity Unit (FTU). ISO omtaler enhetene som FNU (Formazin Nephelometric Units). ISO 7027 gir metoden for vannkvalitet for bestemmelse av turbiditet. Den brukes til å bestemme konsentrasjonen av suspenderte partikler i en prøve av vann ved å måle det innfallende lyset spredt i rette vinkler fra prøven. Det spredte lyset fanges opp av en fotodiode , som produserer et elektronisk signal som konverteres til en turbiditet. Åpen kildevare -maskinvare er utviklet etter ISO 7027 -metoden for å måle turbiditet pålitelig ved hjelp av en Arduino mikrokontroller og rimelige lysdioder .

Det er flere praktiske måter å kontrollere vannkvaliteten på. Den mest direkte er et mål på demping (det vil si reduksjon i styrke) av lys når det passerer gjennom en prøvesøyle med vann. Den alternativt brukte Jackson Candle -metoden (enheter: Jackson Turbidity Unit eller JTU ) er i hovedsak det omvendte målet på lengden på en vannsøyle som er nødvendig for å helt skjule en lysflamme sett gjennom den. Jo mer vann som trengs (jo lengre vannsøyle), jo klarere blir vannet. Selvfølgelig gir vann alene en viss demping, og alle stoffer oppløst i vannet som produserer farge kan dempe noen bølgelengder. Moderne instrumenter bruker ikke lys, men denne tilnærmingen for demping av en lysstråle gjennom en vannsøyle bør kalibreres og rapporteres i JTU -er.

Partiklenes tilbøyelighet til å spre en lysstråle fokusert på dem blir nå ansett som et mer meningsfullt mål på turbiditet i vann. Turbiditet målt på denne måten bruker et instrument som kalles et nefelometer med detektoren satt opp til siden av lysstrålen. Mer lys når detektoren hvis det er mange små partikler som sprer kildestrålen enn om det er få. Turbiditetsenhetene fra et kalibrert nefelometer kalles Nephelometric Turbidity Units ( NTU ). Til en viss grad er hvor mye lys som reflekterer for en gitt mengde partikler avhengig av egenskapene til partiklene som deres form, farge og reflektivitet. Av denne grunn (og grunnen til at tyngre partikler legger seg raskt og ikke bidrar til turbiditetsavlesning), er en sammenheng mellom turbiditet og totalt suspenderte faste stoffer (TSS) noe uvanlig for hvert sted eller situasjon.

Turbiditet i innsjøer, reservoarer, kanaler og havet kan måles ved hjelp av en Secchi -disk . Denne svart -hvite disken senkes ned i vannet til den ikke lenger kan sees; dybden (Secchi -dybden) registreres deretter som et mål på gjennomsiktigheten av vannet (omvendt relatert til turbiditet). Secchi -disken har fordelene med å integrere turbiditet over dybde (der det er variable turbiditetslag), være rask og enkel å bruke og billig. Det kan gi en grov indikasjon på dybden til den euphotiske sonen med en 3-delt inndeling av Secchi-dybden , men dette kan ikke brukes på grunt vann der skiven fremdeles kan sees på bunnen.

En ekstra enhet, som kan hjelpe til med å måle turbiditet på grunt vann, er turbiditetsrøret. Turbiditetsrøret kondenserer vann i et gradert rør som tillater bestemmelse av turbiditet basert på en kontrastskive i bunnen, og er analog med Secchi -disken.

Turbiditet i luften, som forårsaker soldemping, brukes som et mål på forurensning. For å modellere dempningen av strålebestråling har flere turbiditetsparametere blitt introdusert, inkludert Linke turbiditetsfaktor (T L ).

Standarder og testmetoder

Turbidimetre som brukes på et vannrenseanlegg for å måle turbiditet (i NTU) av råvann og klart vann etter filtrering.

Drikkevannsstandarder

Regjeringer har satt standarder for tillatt turbiditet i drikkevann. I USA må systemer som bruker konvensjonelle eller direkte filtreringsmetoder ikke ha en turbiditet høyere enn 1,0 nefelometriske turbiditetsenheter (NTU) ved anleggets utløp, og alle prøver for turbiditet må være mindre enn eller lik 0,3 NTU for minst 95 prosent av prøvene i en måned. Systemer som bruker annen filtrering enn konvensjonell eller direkte filtrering, må følge statens grenser, som må inkludere turbiditet på ingen tid som overstiger 5 NTU. Mange drikkevannstilbud streber etter å oppnå nivåer så lave som 0,1 NTU. De europeiske standardene for turbiditet sier at den ikke må være mer enn 4 NTU.

Omgivelsesvannstandarder

forente stater

Det amerikanske miljøvernbyrået (EPA) har publisert vannkvalitetskriterier for turbiditet. Disse kriteriene er vitenskapelige vurderinger av virkningene av turbiditet, som brukes av stater for å utvikle vannkvalitetsstandarder for vannforekomster. (Statene kan også publisere sine egne kriterier.) Noen stater har kunngjort vannkvalitetsstandarder for turbiditet, inkludert:

  • Louisiana . 25, 50 eller 150 NTU, eller bakgrunn pluss 10 prosent, avhengig av vannforekomsten.
  • Vermont . 10 NTU eller 25 NTU, avhengig av klassifisering av vannforekomster.
  • Washington . 5 NTU over bakgrunn (når bakgrunnen er 50 NTU eller mindre), eller 10 prosent økning når bakgrunnen er over 50 NTU.

Analytiske metoder

Publiserte analytiske testmetoder for turbiditet inkluderer:

  • ISO 7027 "Vannkvalitet: Bestemmelse av turbiditet"
  • US EPA -metode nr. 180.1, "Turbidity"
  • "Standardmetoder", nr. 2130B.

Behandling

Turbiditet behandles ofte ved hjelp av enten en sedimenterings- eller filtreringsprosess. Avhengig av applikasjonen vil kjemiske reagenser doseres i avløpsstrømmen for å øke effektiviteten av sedimenterings- eller filtreringsprosessen. Drikkevannsrensing og kommunale avløpsanlegg fjerner ofte turbiditet med en kombinasjon av sandfiltrering, sedimenteringstanker og klarere.

Vannbehandling på stedet eller direkte dosering for behandling av turbiditet er vanlig når de berørte vannmassene er spredt (dvs. det er mange vannforekomster spredt over et geografisk område, for eksempel små drikkevannsreservoarer), når problemet ikke er konsekvent (dvs. når det er turbiditet i vannforekomsten bare under og etter den våte sesongen) eller når det er nødvendig med en rimelig løsning. Behandling på stedet av turbiditet innebærer tilsetning av et reagens, vanligvis et flokkuleringsmiddel , jevnt fordelt over overflaten av vannmassen. Flokkene legger seg deretter på bunnen av vannforekomsten der de blir igjen eller fjernes når vannforekomsten tømmes. Denne metoden brukes ofte ved kullgruver og kulllasteanlegg der innsamlingsdammer for stormvann har sesongmessige problemer med turbiditet. En rekke selskaper tilbyr bærbare behandlingssystemer for vannbehandling på stedet eller direkte dosering av reagenser.

Reagenser

Det finnes en rekke kjemiske reagenser for behandling av turbiditet. Reagenser som er tilgjengelige for behandling av turbiditet inkluderer aluminiumsulfat eller alun (Al 2 (SO 4 ) 3 · nH 2 O), jernklorid (FeCl 3 ), gips (CaSO 4 · 2H 2 O), poly- aluminiumklorid , langkjede akrylamid -baserte polymerer og en rekke proprietære reagenser. Vannkjemien må vurderes nøye når kjemisk dosering som noen reagenser, for eksempel alun, vil endre vannets pH .

Doseringsprosessen må også vurderes ved bruk av reagenser, da flokkene kan brytes fra hverandre ved overdreven blanding.

Se også

Referanser

Eksterne linker