نسل جدید تجهیزات کدورت سنج

کدورت (Turbidity) یک مفهوم فیزیکی در صنایع مختلف می‌باشد که به منظور بیان میزان شفافیت یک نمونه به کار می‌رود و معیاری است که مشخص می‌کند چه میزان شفافیت نمونه به دلیل وجود ذرات معلق در آن از دست رفته است. به‌طوری‌که هرچه کدورت نمونه آب بیشتر باشد، شفافیت آن کمتر است. هرچه مقدار کلی جامدات معلق در آب (T.S.S) بالاتر باشد، آن آب تیره‌تر به نظر رسیده و کدورت آن بالاتر است. اندازه این ذرات متفاوت است و معمولا بسیار ریز هستند و با چشم غیرمسلح قابل دیدن نیستند. البته کدورت بالاتر از پنج واحد با چشم نیز قابل رویت است. ذراتی که درشت‌تر هستند، می‌توانند پس از مدتی ته‌نشین شوند، ولی ذرات ریزتر یا بسیار طول می‌کشد که ته‌نشین شوند، یا در صورتی که نمونه به‌طور منظم آشفته شود و یا حامل ذرات کلوئیدی باشد ته‌نشین نمی‌شوند. از این توضیح در می‌یابیم که از کدورت می‌توان برای در نظرگیری کیفیت آب استفاده نمود. عموما کدورت در آب‌های سطحی بیشتر مشاهده می‌شود و آب‌های زیرزمینی کدورت کمتری دارند. البته کدورت در جامدات شفاف مانند شیشه یا پلاستیک نیز می‌تواند وجود داشته باشد. در تولید پلاستیک، کدورت به عنوان درصد نوری که بیش از ۲٫۵ درجه از جهت نور دریافتی منحرف می‌شود تعریف می‌شود. از جمله عواملی که باعث ایجاد کدورت می‌شود می‌توان به رسوبات ناشی از خوردگی، ورود ضایعات به آب، رشد فیتوپلانکتون‌ها در آب‌های سطحی روباز، بهم خوردن مجدد رسوبات ته نشین شده، رشد جلبک‌ها و فعالیت‌های انسانی اشاره کرد.در این مقاله به معرفی و بررسی نسل جدید تجهیزات کدورت سنج می‌پردازیم.

تغییرات نامطلوب در اثر کدورت در آب

• ذرات معلق موجود در آب گرمای ناشی از خورشید را جذب می‌کنند و باعث گرم‌تر شدن آب می‌شوند.
• با گرم شدن آب میزان اکسیژن درون آب کاهش می‌یابد. زیرا اکسیژن در آب سرد راحت‌تر حل می‌شود.
• وقتی آب گرم شود برخی موجودات زنده نیز نمی‌توانند در آن زندگی کنند.
• ذرات معلق باعث پراکنش نور می‌شود و باعث اختلال در عملکرد فوتوسنتزی گیاهان آبزی می‌شود که خود باعث کاهش بیشتر مقادیر اکسیژن محلول در آب خواهد شد.
• در اثر ته‌نشینی ذرات معلق در کف دریاچه‌ها، تخم ماهی‌ها و لارو حشرات توسط این مواد پوشانده و خفه می‌شوند.
• وجود این مواد در آب به ساختار آب شش ماهی‌ها آسیب می‌رساند و آن‌ها را مسدود می‌کند.
• فلزات سنگین، مواد آلی سمی و آفت‌کش‌ها به ذرات معلق موجود در آب می‌چسبند.
• نوشیدن آب با کدورت بالا، می‌تواند در افراد مشکلات گوارشی ایجاد کند.
• ویروس‌ها و باکتری‌ها می‌توانند به ذرات معلق بچسبند و اثربخشی مواد ضدعفونی کننده مانند کلر و اشعه ماوراء‌بنفش را کاهش دهند.

روش‌های حذف کدورت آب

• فیلترهای شنی و کربنی

نام دیگر فیلتر شنی، سند فیلتر است. این  مخزن غالبا به شکل عمودی است ولی اگر ظرفیت خیلی بالا باشد به صورت افقی نیز می‌باشد. جنس بدنه آن فلزی و یا فایبرگلاس می‌باشد و با فیلتراسیون فیزیکی آب کدر از درون سیلیس و بستر شنی باعث حذف ذرات جامد معلق می‌شود. فیلترهای شنی برای تصفیه اولیه آب دارای ناخالصی و کدورت مورد استفاده قرار می‌گیرند. مزیت استفاده از این روش این است که سازگار با محیط‌زیست، نسبتاً ساده و ارزان قیمت است. محیط تصفیه شامل چند لایه سیلیس با درجه‌بندی‌های مختلف درون مخزن تحت فشار می‌باشد.

• اولترافیلتراسیون

اولترافیلتراسیون به معنی جداسازی ذرات ریز از آب می‌باشد. این فرایند بر پایه افت فشار انجام می‌شود. این تکونولوژی توانایی حذف ذرات ریز کلوییدی، باکتری‌ها، ویروس‌ها و سایر آلاینده‌های میکروبی را دارد ولی نمی‌تواند یون‌ها ومولکول‌های کوچک که املاح محلول و سختی آب را تشکیل می‌دهد را از آب جدا کند.

جنس غشاها پلی وینیلایدن فلوراید ( PVDF ) با قطر خارجی 1.3 میلی‌متر و قطرداخلی 0.7 میلی‌متر و قطر دیواره‌ای به ضخامت 0.3 میلی‌متر بوده و قطر حفره‌های آن 0.5 میکرومتر می‌باشد به این خاطر قابلیت حذف بیش از نود درصد ذرات بزرگتر از 0.5 میکرون را دارد. براساس جداول استانداردهای اندازه ذرات، ویروس‌ها با اندازه‌ای بین 0.05 تا 0.5 میکرومتر، کلوییدها با اندازه‌ای بین 0.01 تا 10 میکرومتر، باکتری‌ها با اندازه‌ای بین 0.2 تا 1.5 میکرومتر و قارچ‌ها با اندازه‌ای بین 1 تا 10 میکرومتر به راحتی توسط این غشاها، قابل حذف شدن می‌باشند. از این روش همچنین برای اطمینان از تولید آب باکیفیت بالاتر برای واحدهای پایین دستی استفاده می‌شود و یک سرمایه‌گذاری معقول برای به روزرسانی واحدهای قدیمی تصفیه آب می‌باشد. همچنین از روش اولترافیلتراسیون برای به روز و نو ساختن واحدهای قدیمی تصفیه آب استفاده می‌شود. دراین مورد مشخص واحدهای قدیمی با کمترین تغییر درجانمایی آن‌ها ارتقا می‌یابند. با استفاده از تکنولوژی فشرده و اتوماتیک UF خطوط پیش تصفیه قدیمی شامل انعقاد، لخته‌سازی، فیلتراسیون و حتی لجن فعال جایگزین می‌گردند و می‌توان مصرف مواد شیمیایی، تولید لجن و نیروی انسانی را از طریق اتوماسیون‌سازی کم کرد.

• میکروفیلتراسیون

یکی‌دیگر از این موارد، میکروفیلتراسیون (Micro Filtration) می‌باشد که یکی از قوی‌ترین غشاها برای جداسازی مواد جامد از مایع می‌باشد. این فرایند در تصفیه آب بسیار کاربرد دارد. این گروه از غشاها به دلیل قطر کم منافذ قادر هستند تا ذرات 0.1 تا 10 میکرون را از مایعات حذف کنند.

برای حذف ذرات با اندازه 45 میکرون، ابتدا آب از فیلتر شنی عبور می‌کند. به این کار، پیش تصفیه گفته می‌شود که از آسیب وارد شدن به غشای میکروفیلتراسیون جلوگیری می‌کند و راندمان کار را نیز تا حد مطلوبی افزایش می‌دهد. آب خروجی از فیلتر شنی با کمک پمپ وارد هوزینگ حاوی غشای میکروفیلتراسیون شده و تنها ذرات با اندازه کمتر از یک میکرون امکان عبور از منافذ غشا را پیدا خواهند کرد. لازم به ذکر است که به منظور احیا و تمیز کردن سطح روی غشای میکروفیلتراسیون، لازم است به روش‌های مختلف نسبت به شستشوی آن‌ها اقدام شود. مدت زمان و تعداد دفعاتی که در هر بازه زمانی باید نسبت به تمیز کردن غشای میکروفیلتراسیون اقدام گردد، به میزان آلودگی موجود در آب بستگی دارد. آب خروجی از این مرحله می‌تواند به عنوان پیش تصفیه برای اولترافیلتراسیون و اسمز معکوس استفاده گردد.

سازمان بهداشت جهانی (WHO) حد مجاز کدورت را NTU 5 اعلام کرده اما مقدار مطلوب این مقدار باید کمتر از 1 باشد. اساس اندازه‌گیری کدورت نفلومتری می‌باشد. آن را با وسیله‌ای به نام نفلومتر یا کدورت‌سنج اندازه‌گیری می‌کنند. در این روش میزان و شدت پراکندگی نور آب نمونه با آب استاندارد با هم مقایسه می‌شود. در این روش یک پرتو متمرکز با طول موج خاص به نمونه تابیده می‌شود و میزان شدت نور پراکنده شده در زاویه‌ی 90 درجه نسبت به منبع تابش اندازه‌گیری می‌شود. دیسک Secchi  وسیله‌ی دیگری است که برای اندازه‌گیری کدورت در دریاچه‌ها از آن استفاده می‌شود. عملکرد این دیسک سیاه و سفید این گونه است که به طنابی متصل شده و درون آب انداخته می‌شود. عمقی از آب که در آن دیسک ناپدید می‌شود را به عنوان تخمینی از میزان کدورت آب در نظر می‌گیرند. اولین دستگاه‌های اندازه‌گیری کدورت شامل یک منبع نور، ظرف نمونه و یک آشکارساز در زاویه‌ی 90 درجه بوده‌اند. دستگاه‌هایی با این ساختار قادر به اندازه‌گیری کدورت نمونه تا حدود 40NTU می‌باشند. نسل بعدی دستگاه‌های کدورت‌سنج به آشکارسازهائی در زوایای 60،180 و 135 درجه نیز مجهز گردیدند تا گستره اندازه‌گیری به 1000NTU افزایش یابد. چنین کدورت‌سنج‌هائی مجهز به سیستم Ratio به منظور افزایش پایداری در قرائت، افزایش گستره اندازه‌گیری و تأثیر پذیری کمتر از رنگ نمونه می‌باشند. با وجود این، نقطه ضعف اصلی دستگاه‌های کدورت سنج یعنی تکرار پذیری کم در مقادیر کمتر از 1 NTU، به قوت خود باقی بود. اما، با ارائه تکنیک جدید اندازه‌گیری کدورت توسط کمپانی HACH، انقلابی در روش‌های کدورت‌سنجی ایجاد شده است. نسل جدید کدورت‌سنج‌های آزمایشگاهی و آنلاین TU5 با قابلیت آشکاری‌سازی °360×°90 به کاربر این اطمینان را می‌دهد که تغییر در قرائت‌ها (به خصوص در مقادیر کمتر از 1NTU )  نتیجه تغییر در کیفیت آب است نه خطا در اندازه‌گیری. و باعث می‌شود بدون نیاز به صرف زمان برای تکرار آزمایشات، نتایجی با قابلیت اطمینان بالا به دست آورد.

خانواده کدورت‌سنج‌های آزمایشگاهی و آنلاین TU5 

میزان ذرات معلق در آب یکی از شاخص‌های ضروری کیفیت آب است. این ذرات معلق می‌توانند باکتری‌ها، شن و ماسه، تخم انگل و یا ذرات جامد مواد شیمیایی باشند. آب آشامیدنی که کدورت بالایی داشته باشد به شدت برای سلامتی انسان خطرساز است. به همین جهت به کارگیری روش دقیق با حساسیت بسیار بالا برای اندازه‌گیری کدورت آب بسیار پر اهمیت است. به عنوان مثال سازمان بهداشت جهانی (WHO) تاکید بسیار زیادی بر اندازه‌گیری مداوم کدورت در مراحل مختلف تصفیه آب دارد.
اندازه‌گیری کدورت می‌تواند هم به صورت آنلاین و هم آزمایشگاهی صورت پذیرد. اندازه‌گیری آنلاین این پارامتر سبب می‌شود تا امکان پایش مداوم و کنترل این پارامتر حیاتی به آسانی صورت پذیرد. روش استاندارد پذیرفته شده برای کدورت‌سنجی روش نفلومتری است. در این روش میزان پخش نور در زاویه 90 نسبت به منبع تابش سنجیده می‌شود.
با توسعه تکنولوژی ابزار بسیار زیادی برای اندازه‌گیری دقیق کدورت به بازار عرضه شدند و کمپانی HACH به عنوان یکی از پیشگامان توسعه تجهیزات کدورت‌سنجی آنلاین و آزمایشگاه/ پرتابل، با ارائه نسل جدیدی از کدورت‌سنج‌ها، گامی دیگر در اندازه‌گیری بسیار دقیق‌تر کدورت در نمونه‌های آب برداشته است. کدورت‌سنج‌های سری TU5 با هدایت لیزر به سوی ذرات معلق پراکنده درون نمونه، کدورت را اندازه‌گیری می‌کنند.

استفاده از تکنولوژی خلاقانه آشکاری‌سازی °360×°90

 کدورت‌سنج‌های سری TU5 از طراحی اپتیکی ثبت شده و جدیدی بهره می‌برند که در مقایسه با دیگر کدورت‌سنج‌ها گستره آشکارسازی بیشتری را در اختیار قرار می‌دهد. همین امر منجر به افزایش دقت، حساسیت و تکرارپذیری در اندازه‌گیری کدورت‌های پایین می‌گردد.

انطباق نتایج آزمایشگاهی و آنلاین

بکارگیری تکنولوژی آشکاری‌سازی 90°×360° هم در دستگاه‌های آنلاین و هم آزمایشگاهی، عدم قطعیت ناشی از اعتماد به نتایج دستگاه‌های آزمایشگاهی و آنلاین را حذف می‌نماید. زیرا با استفاده از تکنولوژی یکسان، دستگاه‌های آزمایشگاهی و آنلاین نتایج یکسانی را در اختیار کاربر قرار می‌دهند.

افزایش سرعت اندازه‌گیری‌های آنلاین و آزمایشگاهی

کدورت‌سنج‌های سری TU5 به طور چشمگیری زمان مورد نیاز برای دستیابی به نتایج قابل اعتماد را کاهش می‌دهند. در سری‌های آنلاین با کاهش 98 درصدی حجم نمونه مورد نیاز برای اندازه‌گیری نسبت به دیگر مدل‌ها و امکان استفاده از ویال‌های stablecal  (با طول عمر بسیار بالاتر از محلول‌های فرمازین) برای کالیبراسیون و همچنین عدم نیاز به نشانه‌گذاری سل‌ها و استفاده از روغن سیلیکون در سری آزمایشگاهی، مدت زمان انجام تست را نسبت به دستگاه‌های قدیمی بسیار کاهش می‌دهد. لازم به ذکر است که استفاده از حجم نمونه بسیار کم در اندازه‌گیری‌های آنلاین به معنی تشخیص آنی و سریع حوادث می‌باشد.

اصول اندازه‌گیری

کدورت‌سنج‌های سری TU5 با تاباندن نور لیزر به نمونه و اندازه‌گیری نور پراکنده شده توسط ذرات معلق در نمونه، میزان کدورت را اندازه می‌گیرند. در این روش، نوری که در زاویه‌ی 90 درجه نسبت به منبع پراکنده می‌شود از طریق یک آینه مخروطی در یک حلقه 360 درجه دور نمونه، پراکنده شده و سپس توسط دتکتور دریافت می‌شود. میزان نور پراکنده شده با مقدار کدورت نمونه متناسب است. اگر مقدار کدورت نمونه ناچیز باشد، مقدار نور پراکنده و شناسایی شده توسط فتوسل و در نتیجه عدد قرائت شده پایین خواهد بود، در مقابل نمونه‌ای با کدورر پراکندت بالا، مقداگی و قرائت بالایی خواهد داشت.

مزایای عمده کدورت‌سنج‌های مدل TU-5 کمپانی HACH را می‌توان بصورت زیر برشمرد :

• گستره اندازه‌گیری 0-700 NTU با رزولوشن 0.0001 NTU
• مطابق با استانداردهای EPA و ISO
• قابلیت کالیبراسیون تک و چند نقطه‌ای
• قابلیت استفاده از محلول‌های استانداردهای فرمازین و SDVB
• قابلیت اتصال به کدورت‌سنج‌های آنلاین سری TU5 جهت صحه‌گذاری نتایج
• نمایش لمسی و رنگی
• دارای یک گزینه RFID اضافی برای مقایسه مقادیر حاصل از اندازه‌گیری‌های آنلاین و آزمایشگاهی

سریTl23

کدورت‌سنج‌های آزمایشگاهی سری TL23 تکنولوژی دیگری می‌باشند که دارای ویژگی‌های پیشرفته‌ای هستند و برای تسهیل آزمایش در کاربردهای صنعتی و فاضلاب استفاده می‌شوند. همچنین مزیت اصلی تکنولوژی TL23 این است که در هنگام اندازه‌گیری با نمونه‌های کثیف و با کدورت بالا (4000NTU-0)و (1000NTU-0) با به کارگیری دتکتورهای forward و back scatter در کنار دتکتورهای 90 و 180 درجه، اندازه‌گیری را با بالاترین دقت و کمترین مزاحمت ممکن می‌سازد. این نسل از کدورت‌سنج‌ها جایگزین نسل‌های قدیمی 2100N و 2100AN می‌باشند.

سری پرتابل Q2100

کدورت‌سنج‌های پرتابل سری Q2100، دارای سهولت و دقت در اندازه‌گیری کدورت در بازه 0-1000 NTU  می‌باشند. مزایت این سری پرتابل، سهولت کاربری، دقت و صحت بالا در اندازه‌گیری، امکان به کارگیری با برق و باتری (با استفاده از ماژول جانبی)، امکان انتقال اطلاعات به کامپیوتر (با استفاده از ماژول جانبی) و همچنین محلول‌های استاندارد از پیش آماده شده فرمازین می‌باشد.

 نتیجه‌گیری

از مطالعه این مطلب دریافتیم که کدورت عامل مهمی در تعیین کیفیت آب می‌باشد و هرچه مقدار آن کمتر باشد، آب شفاف‌تر و کیفیت آن بالاتر است. عوامل مختلفی در به وجود آمدن کدورت نقش دارند و برای از بین بردن آن از نیز از روش‌های مختلفی استفاده می‌شود. اساس اندازه‌گیری آن، نفلومتری است. دستگاه‌هایی که در گذشته برای اندازه‌گیری کدورت استفاده می‌شد دارای نقطه ضعف‌هایی بود که با روی کار آمدن تکنیک‌های جدید همچون نسل جدید کدورت‌سنج‌های آزمایشگاهی و آنلاین  TU5، انقلابی در روش‌های کدورت‌سنجی ایجاد شد.