Zmętnienie - Turbidity
| Część serii na |
| Skażenie |
|---|
 |
| WikiProject Środowisko WikiProject Ekologia |
Zmętnienie jest zmętnienie lub zmętnienia z płynu spowodowane dużą liczbę poszczególnych cząsteczek , które są zasadniczo niewidoczne gołym okiem , podobny do dymu w powietrzu . Pomiar mętności jest kluczowym testem jakości wody .
Płyny mogą zawierać zawieszone substancje stałe składające się z cząstek o wielu różnych rozmiarach. Podczas gdy część zawieszonego materiału będzie wystarczająco duża i wystarczająco ciężka, aby szybko osiąść na dnie pojemnika, jeśli ciekła próbka zostanie pozostawiona ( stałe ciała stałe ), bardzo małe cząstki będą osadzać się bardzo powoli lub wcale, jeśli próbka jest regularnie mieszany lub cząstki są koloidalne . Te małe cząstki stałe powodują, że ciecz wydaje się mętna.
Zmętnienie (lub zamglenie) jest również stosowane do przezroczystych ciał stałych, takich jak szkło lub plastik. W produkcji tworzyw sztucznych zamglenie definiuje się jako procent światła, które jest odchylone o więcej niż 2,5° od kierunku padającego światła.
Powoduje
Zmętnienie w wodach otwartych może być spowodowane wzrostem fitoplanktonu . Działalność człowieka, która narusza grunty, taka jak budownictwo , górnictwo i rolnictwo , może prowadzić do wysokiego poziomu osadów przedostających się do zbiorników wodnych podczas burz deszczowych z powodu spływu wody burzowej . Obszary podatne na wysokie wskaźniki erozji brzegów oraz tereny zurbanizowane również przyczyniają się do znacznego zmętnienia pobliskich wód poprzez zanieczyszczenie wód opadowych z utwardzonych powierzchni, takich jak drogi, mosty, parkingi i lotniska. Niektóre gałęzie przemysłu, takie jak kamieniołomy , górnictwo i odzyskiwanie węgla, mogą generować bardzo wysoki poziom zmętnienia z koloidalnych cząstek skał.
W wodzie pitnej im wyższy poziom zmętnienia, tym większe ryzyko rozwoju chorób przewodu pokarmowego . Jest to szczególnie problematyczne dla osób z obniżoną odpornością, ponieważ zanieczyszczenia, takie jak wirusy lub bakterie, mogą przyczepiać się do zawieszonych ciał stałych. Zawieszone ciała stałe zakłócają dezynfekcję wody chlorem, ponieważ cząstki działają jak tarcza dla wirusów i bakterii. Podobnie zawieszone ciała stałe mogą chronić bakterie przed sterylizacją wody w ultrafiolecie (UV) .
W zbiornikach wodnych, takich jak jeziora , rzeki i zbiorniki , wysoki poziom zmętnienia może zmniejszyć ilość światła docierającego na mniejsze głębokości, co może hamować wzrost zanurzonych roślin wodnych i w konsekwencji wpływać na gatunki od nich zależne, takie jak ryby i skorupiaki . Wysoki poziom zmętnienia może również wpływać na zdolność skrzeli ryb do wchłaniania rozpuszczonego tlenu. Zjawisko to było regularnie obserwowane w całej Zatoce Chesapeake we wschodnich Stanach Zjednoczonych.
W przypadku wielu obszarów namorzynowych wysokie zmętnienie jest potrzebne, aby wspierać niektóre gatunki, na przykład chronić młode ryby przed drapieżnikami. W przypadku większości namorzynów wzdłuż wschodniego wybrzeża Australii , w szczególności w zatoce Moreton , dla prawidłowego stanu ekosystemu potrzebne są poziomy zmętnienia sięgające nawet 600 nefelometrycznych jednostek zmętnienia (NTU) .
Pomiar
Najpowszechniej stosowaną jednostką miary zmętnienia jest formazynowa jednostka mętności (FTU). ISO odnosi się do swoich jednostek jako FNU (Formazin Nefelometric Units). ISO 7027 zapewnia metodę oznaczania zmętnienia w jakości wody. Służy do określania stężenia zawieszonych cząstek w próbce wody poprzez pomiar padającego światła rozproszonego pod kątem prostym od próbki. Rozproszone światło jest wychwytywane przez fotodiodę , która wytwarza sygnał elektroniczny, który jest przekształcany w zmętnienie. Sprzęt typu open source został opracowany zgodnie z metodą ISO 7027 do niezawodnego pomiaru zmętnienia przy użyciu mikrokontrolera Arduino i niedrogich diod LED .
Istnieje kilka praktycznych sposobów sprawdzania jakości wody, z których najbardziej bezpośrednią jest pewna miara tłumienia (czyli zmniejszenia siły) światła przechodzącego przez kolumnę próbki wody. Alternatywnie stosowana metoda świecy Jacksona (jednostki: Jackson Turbidity Unit lub JTU ) jest zasadniczo odwrotną miarą długości słupa wody potrzebnej do całkowitego przesłonięcia widzianego przez nią płomienia świecy. Im więcej wody potrzeba (im dłuższy słup wody), tym czystsza woda. Oczywiście sama woda powoduje pewne osłabienie, a wszelkie substancje rozpuszczone w wodzie, które nadają kolor, mogą osłabiać niektóre długości fal. Nowoczesne przyrządy nie wykorzystują świec, ale takie podejście do tłumienia wiązki światła przechodzącej przez słup wody powinno być kalibrowane i zgłaszane w JTU.
Skłonność cząstek do rozpraszania skupionej na nich wiązki światła jest obecnie uważana za bardziej znaczącą miarę zmętnienia wody. Zmierzoną w ten sposób mętność wykorzystuje przyrząd zwany nefelometrem z detektorem ustawionym z boku wiązki światła. Więcej światła dociera do detektora, jeśli jest wiele małych cząstek rozpraszających wiązkę źródłową, niż jeśli jest ich niewiele. Jednostki mętności ze skalibrowanego nefelometru nazywane są nefelometrycznymi jednostkami mętności ( NTU ). Do pewnego stopnia, ile światła odbija się dla danej ilości cząstek, zależy od właściwości cząstek, takich jak ich kształt, kolor i współczynnik odbicia. Z tego powodu (oraz z tego powodu, że cięższe cząstki szybko osadzają się i nie przyczyniają się do odczytu zmętnienia), korelacja między zmętnieniem a całkowitą zawiesiną (TSS) jest nieco nietypowa dla każdej lokalizacji lub sytuacji.
Zmętnienie w jeziorach, zbiornikach, kanałach i oceanach można mierzyć za pomocą dysku Secchiego . Ten czarno-biały dysk zostaje zanurzony w wodzie, aż przestanie być widoczny; głębokość (głębokość Secchiego) jest następnie rejestrowana jako miara przezroczystości wody (w odwrotnej zależności od zmętnienia). Dysk Secchi ma zalety integracji mętności z głębokością (gdzie występują warstwy o zmiennej mętności), jest szybki i łatwy w użyciu oraz niedrogi. Może zgrubnie wskazywać głębokość strefy eufotycznej z 3-krotnym podziałem głębokości Secchiego , jednak nie może być stosowany na płytkich wodach, gdzie dysk nadal jest widoczny na dnie.
Dodatkowym urządzeniem, które może pomóc w pomiarach zmętnienia w płytkich wodach, jest rurka do pomiaru mętności. Rurka do pomiaru zmętnienia kondensuje wodę w rurce stopniowanej, co pozwala na określenie zmętnienia na podstawie krążka kontrastowego na jego dnie, analogicznie do krążka Secchiego.
Miarą zanieczyszczenia jest zmętnienie powietrza, które powoduje tłumienie promieniowania słonecznego. Model tłumienie wiązki promieniowania kilka parametrów zmętnienia wprowadzono, w tym czynnik zmętnienia Linke (T L ).
Normy i metody badań
Standardy wody pitnej
Rządy ustanowiły normy dotyczące dopuszczalnego zmętnienia wody pitnej. W Stanach Zjednoczonych systemy wykorzystujące konwencjonalne lub bezpośrednie metody filtracji nie mogą mieć zmętnienia wyższego niż 1,0 nefelometrycznych jednostek zmętnienia (NTU) na wylocie zakładu, a wszystkie próbki pod kątem zmętnienia muszą być mniejsze lub równe 0,3 NTU przez co najmniej 95 procent próbek w dowolnym miesiącu. Systemy wykorzystujące filtrację inną niż filtracja konwencjonalna lub bezpośrednia muszą przestrzegać limitów stanów, które muszą obejmować zmętnienie w żadnym momencie nie przekraczające 5 NTU. Wiele zakładów dostarczających wodę pitną dąży do osiągnięcia poziomów tak niskich jak 0,1 NTU. Europejskie normy dotyczące zmętnienia stanowią, że nie może ono przekraczać 4 NTU.
Standardy wody otoczenia
Stany Zjednoczone
Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska (EPA) opublikowała kryteria jakości wody dotyczące zmętnienia. Kryteria te to naukowe oceny skutków zmętnienia, które są wykorzystywane przez państwa do opracowywania norm jakości wody dla jednolitych części wód. (Stany mogą również publikować własne kryteria.) Niektóre stany ogłosiły standardy jakości wody dotyczące zmętnienia, w tym:
- Luizjana . 25, 50 lub 150 NTU lub tło plus 10 procent, w zależności od akwenu.
- Vermont . 10 NTU lub 25 NTU, w zależności od klasyfikacji akwenu.
- Waszyngton . 5 NTU w tle (gdy tło wynosi 50 NTU lub mniej) lub 10% wzrost, gdy tło przekracza 50 NTU.
Metody analityczne
Opublikowane analityczne metody badań zmętnienia obejmują:
- ISO 7027 „Jakość wody: oznaczanie zmętnienia”
- Metoda US EPA nr 180.1, „Zmętnienie”
- „Metody standardowe”, nr 2130B.
Leczenie
Zmętnienie jest powszechnie oczyszczane za pomocą procesu sedymentacji lub filtracji. W zależności od zastosowania do strumienia ścieków dozowane będą odczynniki chemiczne w celu zwiększenia efektywności procesu osadzania lub filtracji. Uzdatnianie wody pitnej i komunalne oczyszczalnie ścieków często usuwają zmętnienie za pomocą kombinacji filtracji piaskowej, osadników i odstojników.
Uzdatnianie wody in situ lub bezpośrednie dozowanie w celu leczenia zmętnienia jest powszechne, gdy dotknięte zbiorniki wodne są rozproszone (tj. istnieją liczne zbiorniki wodne rozrzucone na obszarze geograficznym, takie jak małe zbiorniki wody pitnej), gdy problem nie jest spójny (tj. gdy zmętnienie w zbiorniku wodnym występuje tylko podczas pory deszczowej i po niej) lub gdy wymagane jest tanie rozwiązanie. Leczenie zmętnienia in situ polega na dodaniu odczynnika, zazwyczaj flokulanta , równomiernie rozprowadzanego na powierzchni zbiornika wodnego. Następnie kłaczki osadzają się na dnie zbiornika wodnego, gdzie pozostają lub są usuwane po opróżnieniu zbiornika wodnego. Metoda ta jest powszechnie stosowana w kopalniach węgla i zakładach załadunku węgla, gdzie w stawach zbiorczych wody deszczowej występują sezonowe problemy z mętnością. Wiele firm oferuje przenośne systemy uzdatniania do uzdatniania wody na miejscu lub bezpośredniego dozowania odczynników.
Odczynniki
Dostępnych jest wiele odczynników chemicznych do usuwania zmętnienia. Dostępne odczynniki do obróbki zmętnienia obejmują siarczan glinu lub ałun (Al 2 (SO 4 ) 3 ·nH 2 O), chlorek żelaza (FeCl 3 ), gips (CaSO 4 ·2H 2 O), polichlorek glinu , długołańcuchowy polimery na bazie akryloamidu i liczne zastrzeżone odczynniki. Chemia wody musi być dokładnie rozważona podczas dozowania chemikaliów, ponieważ niektóre odczynniki, takie jak ałun, zmieniają pH wody.
Przy stosowaniu odczynników należy również wziąć pod uwagę proces dozowania, ponieważ kłaczki mogą zostać rozerwane przez nadmierne mieszanie.
Zobacz też
- Standardy McFarlanda - odniesienie do analizy mikrobiologicznej
- Przezroczystość i przezroczystość – właściwość obiektu lub substancji do przepuszczania światła przy minimalnym rozproszeniu
- Optyka oceaniczna
Bibliografia
Zewnętrzne linki
- Woda w sieci: „Zmętnienie” (University of Minnesota, Duluth i Lake Superior College)
- „Zrozumienie zmętnienia”. Służba Geologiczna Stanów Zjednoczonych (USGS)
- Podręcznik polowy USGS dotyczący pomiaru zmętnienia
- Jakość wody — woda deszczowa, stan Waszyngton
- Jakość wody — woda deszczowa, budownictwo, stan Waszyngton