Мутность - Turbidity

"Turbid" перенаправляется сюда. Для использования в других целях см. Turbid (значения).
Стандарты мутности 5, 50 и 500 NTU

Мутность это облачность или туманность из жидкость вызвано большим количеством отдельных частицы которые обычно невидимы для невооруженным глазом, похожий на курить в воздуха. Измерение мутности - ключевой тест качество воды.

Жидкости может содержать взвешенное твердое вещество, состоящее из частиц самых разных размеров. Хотя некоторое количество взвешенного материала будет достаточно большим и достаточно тяжелым, чтобы быстро осесть на дно контейнера, если жидкий образец оставлен стоять ( отверждаемые твердые вещества ), очень мелкие частицы будут оседать очень медленно или совсем не оседать, если образец регулярно перемешивают или частицы коллоидный. Эти маленькие твердые частицы делают жидкость мутной.

Мутность (или матовость) также применяется к прозрачным твердым телам, таким как стекло или пластик. В производстве пластика дымка определяется как процент света, который отклоняется более чем на 2,5 ° от направления падающего света.[1]

Причины

Мутность в открытой воде может быть вызвана ростом фитопланктон. Человеческая деятельность, нарушающая землю, например строительство, добыча полезных ископаемых и сельское хозяйство, может привести к высокому осадок уровни, попадающие в водоемы во время ливневых дождей из-за ливневая вода сток. Районы, подверженные высокой скорости береговой эрозии, а также урбанизированный районы также вносят большое количество мутности в близлежащие воды из-за ливневых вод загрязнение из вымощенный поверхности, такие как дороги, мосты, автостоянки и аэропорты.[2] Некоторые отрасли, такие как разработка карьеров, добыча полезных ископаемых а добыча угля может привести к очень высоким уровням мутности из коллоидных частиц породы.

В питьевой воде чем выше уровень мутности, тем выше риск развития у людей желудочно-кишечные заболевания.[3] Это особенно проблематично для людей с ослабленным иммунитетом, поскольку такие загрязнители, как вирусы или же бактерии могут прикрепиться к взвешенным частицам. Взвешенные частицы препятствуют обеззараживанию воды. хлор потому что частицы действуют как щит для вирусов и бактерий. Точно так же взвешенные твердые частицы могут защитить бактерии от ультрафиолетовая (УФ) стерилизация воды.[4]

В водоемах, таких как озера, реки и резервуары, высокие уровни мутности могут уменьшить количество света, достигающего более низких глубин, что может препятствовать росту затопленных водные растения и, следовательно, влияют на виды, которые зависят от них, такие как рыбы и моллюски. Высокий уровень мутности также может повлиять на способность жабр рыб поглощать растворенный кислород. Это явление регулярно наблюдалось на всем протяжении Chesapeake залив в восточной части США.[5][6]

Для многих мангровые заросли высокая мутность необходима для поддержания определенных видов, например, для защиты молоди рыбы от хищников. Для большинства мангровых зарослей восточного побережья Австралия, особенно Moreton Bay, мутность до 600 Нефелометрический Единицы измерения мутности (NTU) необходимы для правильного экосистема здоровье.

Измерение

Мутная вода в ручье из-за проливных дождей.

Наиболее широко используемой единицей измерения мутности является Формазин Единица мутности (FTU). ISO называет свои единицы FNU (Formazin Nephelometric Units). ISO 7027 предоставляет метод определения мутности воды по качеству. Он используется для определения концентрация взвешенных частиц в образце воды путем измерения падающего света, рассеянного под прямым углом от образца. Рассеянный свет улавливается фотодиод, который производит электронный сигнал, который преобразуется в мутность. Оборудование с открытым исходным кодом был разработан в соответствии с методом ISO 7027 для надежного измерения мутности с помощью Ардуино микроконтроллер и недорогой Светодиоды.[7]

Существует несколько практических способов проверки качества воды, самый прямой из которых - это затухание (то есть уменьшение силы) света, когда он проходит через образец воды. Альтернативно используемый метод свечи Джексона (единицы измерения: единица мутности Джексона или JTU) по сути является обратной мерой длины столба воды, необходимого для того, чтобы полностью скрыть пламя свечи, просматриваемое через него. Чем больше нужно воды (чем длиннее столб воды), тем вода чище. Конечно, вода сама по себе производит некоторое ослабление, и любые вещества, растворенные в воде, которые дают цвет, могут ослаблять волны некоторых длин. В современных приборах свечи не используются, но такой подход к ослаблению светового луча через столб воды следует откалибровать и указать в JTU.

Склонность частиц рассеивать сфокусированный на них световой луч теперь считается более значимым показателем мутности воды. Для измерения мутности таким способом используется инструмент, называемый нефелометр с детектором, установленным сбоку от светового луча. В детектор попадает больше света, если луч источника рассеивается большим количеством мелких частиц, чем если их мало. Единицы мутности откалиброванного нефелометра называются нефелометрическими единицами мутности (NTU). В некоторой степени, количество отраженного света для данного количества частиц зависит от свойств частиц, таких как их форма, цвет и отражательная способность. По этой причине (а также по той причине, что более тяжелые частицы оседают быстро и не влияют на показания мутности), корреляция между мутностью и общее количество взвешенных твердых частиц (TSS) несколько необычны для каждого места или ситуации.

Мутность озер, водохранилищ, каналов и океана можно измерить с помощью Диск Секки. Этот черно-белый диск опускается в воду до тех пор, пока его больше не видно; затем записывается глубина (глубина Секки) как мера прозрачности воды (обратно пропорциональная мутности). Диск Секки имеет преимущества, заключающиеся в объединении мутности по глубине (при наличии слоев переменной мутности), быстроте, простоте использования и недорого. Это может дать приблизительное представление о глубине эвфотическая зона с 3-кратным разделением Глубина Секки, однако это не может быть использовано на мелководье, где диск все еще виден на дне.

Дополнительным устройством, которое может помочь в измерении мутности на мелководье, является трубка для измерения мутности.[8][9] Трубка для измерения мутности конденсирует воду в градиентной трубке, которая позволяет определять мутность на основе контрастного диска в ее дне, аналогичного диску Секки.

Мутность воздуха, вызывающая ослабление солнечного света, используется в качестве меры загрязнения. Для моделирования ослабления освещенности пучка были введены несколько параметров мутности, включая коэффициент мутности Линке (TL).[10][11]

Стандарты и методы испытаний

Турбидиметры используется на водоочистных установках для измерения мутности (в NTU) сырой воды и чистой воды после фильтрации.

Стандарты питьевой воды

Правительства установили стандарты допустимой мутности питьевой воды. В Соединенных Штатах Америки системы, в которых используются обычные или прямые методы фильтрации, не должны иметь мутность выше 1,0 нефелометрических единиц мутности (NTU) на выходе из установки, а мутность всех проб должна быть меньше или равна 0,3 NTU как минимум на 95 процентов. образцов в любой месяц. Системы, которые используют фильтрацию, отличную от обычной или прямой фильтрации, должны соответствовать государственным ограничениям, которые должны включать мутность, не превышающую 5 NTU. Многие коммунальные предприятия питьевого водоснабжения стремятся достичь уровня всего 0,1 NTU.[12] Европейские стандарты мутности гласят, что она не должна превышать 4 NTU.[13]

Стандарты окружающей воды

нас

Соединенные штаты Агентство по охране окружающей среды (EPA) опубликовало критерии качества воды по мутности.[14] Эти критерии представляют собой научные оценки воздействия помутнения, которые используются государствами для разработки стандарты качества воды для водоемов. (Штаты могут также публиковать свои собственные критерии.) В некоторых штатах есть обнародованный стандарты качества воды по мутности, в том числе:

  • Луизиана. 25, 50 или 150 NTU или фон плюс 10 процентов, в зависимости от водоема.[15].
  • Вермонт. 10 NTU или 25 NTU, в зависимости от классификации водоема.[16]
  • Вашингтон. 5 NTU по сравнению с фоном (когда фон составляет 50 NTU или меньше) или на 10 процентов больше, когда фон превышает 50 NTU.[17]

аналитические методы

Опубликованные аналитические методы испытаний на мутность включают:

  • ISO 7027 «Качество воды: определение мутности» [18]
  • Метод № 180.1 Агентства по охране окружающей среды США «Мутность».[19]
  • «Стандартные методы» № 2130Б.[20]

Уход

Мутность обычно обрабатывают с использованием процесса отстаивания или фильтрации. В зависимости от области применения химические реагенты будут дозироваться в поток сточных вод для повышения эффективности процесса отстаивания или фильтрации. Питьевая вода очистные сооружения и городские очистные сооружения часто удаляют мутность с помощью фильтрации песка, отстойников и осветлителей.

Обработка воды на месте или прямое дозирование для обработки мутности является обычным явлением, когда затронутые водные объекты рассредоточены (т.е. есть многочисленные водные объекты, разбросанные по географической области, например, небольшие резервуары с питьевой водой), когда проблема не является постоянной (т.е. мутность в водоеме только во время и после сезона дождей) или когда требуется дешевое решение. Обработка мутности на месте включает добавление реагента, обычно флокулянт, равномерно распределяется по поверхности воды. Затем хлопья оседают на дне водоема, где они остаются или удаляются при опорожнении водоема. Этот метод обычно используется в угольные шахты и угольные погрузочные сооружения, где в прудах для сбора ливневых стоков возникают сезонные проблемы с мутностью. Ряд компаний предлагают портативные системы очистки для очистки воды на месте или прямого дозирования реагентов.

Реагенты

Есть ряд химические реагенты которые доступны для лечения помутнения. Реагенты, доступные для лечения помутнения, включают: сульфат алюминия или же квасцы (Al2(ТАК4)3· НГн2O), хлорид железа (FeCl3), гипс (CaSO4· 2H2O), поли-хлорид алюминия, Длинная цепочка акриламид -основан полимеры и многочисленные патентованные реагенты.[21] При дозировании химикатов необходимо тщательно учитывать химический состав воды, поскольку некоторые реагенты, такие как квасцы, изменяют pH воды.

Следует также учитывать процесс дозирования при использовании реагентов в качестве хлопья может быть разрушен из-за чрезмерного перемешивания.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Техническое определение дымки В архиве 22 августа 2015 г. Wayback Machine
  2. ^ Агентство по охране окружающей среды США (EPA). Вашингтон, округ Колумбия. «Национальные меры управления по контролю загрязнения из неточечных источников из городских районов». Главы 7 и 8. Документ № EPA 841-B-05-004. Ноябрь 2005 г.
  3. ^ A.G. Mann, C.C. Tam, C.D. Хиггинс и Л. Лодригес. (2007). Связь между мутностью питьевой воды и желудочно-кишечными заболеваниями: систематический обзор. BMC Public Health. 7(256): 1 - 7
  4. ^ «Мутность воды и ее измерение [sic] - дезинфекция невозможна без удаления взвешенных частиц».
  5. ^ Служба рыболовства и дикой природы США. Аннаполис, Мэриленд. «Упадок затопленных растений в Чесапикском заливе».
  6. ^ EPA. Программа Чесапикского залива. Аннаполис, Мэриленд. «Осадки». В архиве 2011-09-27 на Wayback Machine
  7. ^ Бас Вийнен, Г. К. Анзалоне и Джошуа М. Пирс, мобильная платформа для тестирования качества воды с открытым исходным кодом. Журнал «Вода, санитария и гигиена в целях развития», 4 (3) стр. 532–537 (2014). Дои:10.2166 / washdev.2014.137, препринт открытого доступа
  8. ^ [мертвая ссылка ]Waterwatch Australia, Модуль 4 - физические и химические параметры «Методы мутности»
  9. ^ [мертвая ссылка ]Майр, Э., Шоу, Р. Трубка для измерения мутности: простое и точное измерение мутности в полевых условиях. "Трубка мутности"
  10. ^ HelioClim (Центр энергетики и процессов). Париж, Франция. «Фактор мутности Линке». В архиве 2011-07-23 на Wayback Machine
  11. ^ Kasten, F. Коэффициент мутности линка, основанный на улучшенных значениях интегральной оптической толщины Рэлея. Солнечная энергия 56: 3, 269 (1996) Дои:10.1016 / 0038-092X (95) 00114-7.
  12. ^ EPA. Вашингтон, округ Колумбия. «Загрязнение питьевой воды». 2009-09-11.
  13. ^ http://dwi.defra.gov.uk/consumers/advice-leaflets/standards.pdf
  14. ^ EPA. Вашингтон, округ Колумбия. «Критерии качества воды». (Обычно известна как «Золотая книга».) 1986. Документ № EPA-440 / 5-86-001.
  15. ^ Департамент качества окружающей среды Луизианы. Батон-Руж, Луизиана.«Стандарты качества поверхностных вод». Административный кодекс Луизианы (LAC). Раздел 33, Часть IX, Глава 11. 6 августа 2007 г.
  16. ^ Совет по водным ресурсам штата Вермонт. Монтпилиер, Вермонт. «Стандарты качества воды Вермонта». В архиве 2013-12-31 в Wayback Machine 25 января 2006 г.
  17. ^ Вашингтонское управление экологии. Олимпия, Вашингтон.«Стандарты качества воды для поверхностных вод штата Вашингтон». Административный кодекс Вашингтона (WAC). Глава 173-201A. 18 ноября 1997 г.
  18. ^ Международная организация по стандартизации. Женева, Швейцария.«ISO 7027-1: 2016 Качество воды - Определение мутности - Часть 1: Количественные методы». 2016 и «ISO 7027-2: 2019 Качество воды - Определение мутности - Часть 2: Полуколичественные методы оценки прозрачности воды». 2019.
  19. ^ EPA. Лаборатория систем экологического мониторинга. Цинциннати, Огайо. «Метод 180.1: Определение мутности нефелометрией; Версия 2.0». Август 1993 г.
  20. ^ Клескарл, Леонора С. (редактор), Гринберг, Арнольд Э. (редактор), Итон, Эндрю Д. (редактор). Стандартные методы исследования воды и сточных вод (20-е изд.) Американская ассоциация общественного здравоохранения, Вашингтон, округ Колумбия. ISBN  0-87553-235-7. Это также доступно на компакт-диске и онлайн по подписке.
  21. ^ Информационный бюллетень Earth Systems, Clear Solutions - Акцент на мутности [1] 2003.

внешняя ссылка