به عبارت ساده تر، کدورت اندازه گیری شفافیت آب است. ذرات معلق مانند گل و لای، جلبک، پلانکتون و فاضلاب می توانند باعث کدر شدن آب شوند. این ذرات به جای اینکه اجازه دهند نور مستقیماً از طریق آب منتقل شود، پرتوهای نور را پراکنده و جذب می کنند.
میزان کدورت بالاتر نشان دهنده آب کثیف تر و ضخیم تر با ذرات بیشتر در سراسر آن است. هنگامی که آب شفاف است، سطح کدورت پایینی دارد.
عملکرد کدورت
کدورت معمولاً با اندازه گیری تضعیف (از دست دادن شدت) نور هنگام عبور از نمونه تعیین می شود. نوری که از آب خالص عبور می‌کند بدون مزاحمت ادامه می‌یابد، اما نوری که از آب حاوی ذرات معلق عبور می‌کند با ذرات واکنش می‌دهد که مقداری نور را جذب کرده و باقیمانده را پراکنده می‌کنند.
توجه به این نکته مهم است که کدورت اندازه گیری مستقیم ذرات معلق نیست، بلکه بیشتر به تأثیر پراکندگی ذرات بر نور فرودی است. با در نظر گرفتن این بیانیه، شکل و اندازه ذرات تا حد زیادی تأثیرات پراکندگی نور را تعیین می کند، همانطور که ضریب شکست و رنگ نمونه نیز تعیین کننده است.
تصویر زیر اثرات پراکندگی اندازه ذرات و پیکربندی های مختلف را نشان می دهد.
- (A) پراکندگی متقارن را نشان می دهد که نمونه ای از ذرات بسیار کوچکتر از طول موج فرودی است، در حالی که
- (B) پراکندگی نامتقارن متمرکز به جلو ذرات بزرگ را نشان می دهد.
- (C) پراکندگی ذراتی را نشان می دهد که بزرگتر از طول موج فرودی هستند، که منجر به پراکندگی چند جهته می شود که به شدت در جهت جلو متمرکز می شود.
رایج ترین ابزار کدورت، کدورت سنج یا کدورت متر است. این دستگاه ها از سه گروه اصلی تشکیل شده اند: منبع نور، ظرف نمونه و آشکارسازهای نور.
کدورت چگونه اندازه گیری می شود؟
به طور کلی ابزارهای اندازه گیری به سه دسته تقسیم می شوند:
ابزارهای بصری برای تعیین شفافیت آب به قضاوت کاربر نیاز دارند. واحدهای طول هنگام گزارش نتایج (به عنوان مثال، متر، فوت) استفاده می شود.
کدورت مترها که از نظر فنی به نام نفلومتر شناخته می شوند، نور ساطع می کنند و مقدار پراکنده شده توسط ذرات در نمونه را اندازه گیری می کنند. واحدها به طول موج نور و زاویه آشکارساز(های) بستگی دارند. رایج ترین واحدها، واحدهای کدورت نفلومتری (NTU) یا واحدهای نفرومتری فورمازین (FNU) هستند. اصطلاح دیگری که برای این نوع ابزار استفاده می شود کدورت سنج است.
اسپکتروفتومترها یک پرتو نور را در طول موج خاصی از نمونه هدایت می کنند. یک آشکارساز میزان نور عبوری را تعیین می کند (یعنی مقدار نوری که پراکنده یا جذب نمی شود). بسته به منبع نور، واحدهای مورد استفاده عبارتند از واحدهای تضعیف کننده (AU) یا واحدهای تضعیف فورمازین (FAU).
ابزارهای بصری
دیسک Secchi
دیسک Secchi توسط پیترو آنجلو سکی ، کشیش یسوعی ایتالیایی در سال 1865 در حالی که به عنوان مشاور علمی پاپ خدمت می کرد اختراع شد. او دیسکی ساخت و نام خود را بر روی خود ان گذاشت وبا ان میزان شفافیت آب در دریای مدیترانه را اندازه‌گیری می‌کرد.
دیسک اصلی Secchi دارای یک دیسک مدور کاملا سفید بود. جورج سی ویپل در سال 1899 دیسک را برای آب شیرین با اضافه کردن ربع متناوب سیاه و سفید تغییر داد، زیرا او معتقد بود که دیدن آن آسان تر از نسخه دریایی است.
امروزه به نظر می رسد دیسک سیاه و سفید Secchi متداول ترین نسخه مورد استفاده باشد، اگرچه برخی از محققان دریایی هنوز دیسک سفید را ترجیح می دهند.
دیسک Secchi را در اب فرو می برند تا جایی که به سختی قابل مشاهد باشد، فاصله اندازه گیری شده که بر حسب متر یا فوت و غیره اندازه گیری می شود.
مزیت استفاده از دیسک Secchi این است که کم هزینه، قابل حمل و استفاده آسان است. نقطه ضعف اصلی این است که به بینایی و نور مناسب فرد متکی است که منجر به خطاهای احتمالی فرد می شود.
لوله شفافیت
یکی دیگر از ابزارهای بصری برای اندازه گیری کدورت یک لوله شفاف است. لوله شفاف است و دارای “علامت های هاشور خورده” برای اندازه گیری عمق آب است. در پایین، یک درپوش با الگوی دیسک Secchi و یک شیر تخلیه وجود دارد.
لوله شفاف با آب نمونه پر می شود. در حالی که از بالا به لوله نگاه می کنید، آب به آرامی با استفاده از شیر تخلیه می شود تا زمانی که دیسک Secchi به سختی قابل مشاهده باشد. سپس عمق باقیمانده آب ثبت می شود. این روش معمولاً حداقل دو بار انجام می شود و مقدار متوسط ثبت می شود.
مقادیر لوله شفافیت در واحدهای فاصله ثبت می شود، اما جداول برای تبدیل به NTU در دسترس هستند. با این حال، همه این جداول برای هر شرایط میدانی اعمال نمی شود این یک اشکال قابل توجه لوله های شفاف است.
کدورت سنج (نفلومتر)
ابزارهای مختلفی وجود دارد که نور پراکنده شده توسط ذرات در یک نمونه را اندازه گیری می کند. تفاوت بین آنها به شرح زیر است:
• منبع نور
• زاویه آشکارساز(های)
• چه سنسورهای رومیزی، چه سنسورهای جریان مداوم و چه سنسورهای شناور
منبع نور
دو منبع نوری که بیشترین استفاده را دارند عبارتند از 1) نور سفید و 2) نور 860 نانومتری (نزدیک IR). همانطور که در بخش واحدهای کدورت بحث شد، نور سفید با روش EPA 180.1 و نور 860 نانومتری با ISO7027 مشخص شده است.
نور سفید توسط یک لامپ رشته ای تنگستن با دمای رنگ بین 2200 تا 3000 کلوین تولید می شود. روش EPA 180.1 طول موج نوری 400 تا 680 نانومتر را مشخص می‌کند.
یک نور 860 نانومتری (نزدیک به مادون قرمز) توسط حسگرهای کدورت در ابزارهایی کدورت استفاده می شود. ISO7027 مشخص می کند که منبع نور باید یک دیود ساطع کننده نور (LED) با طول موج 60 ± 860 نانومتر باشد.
واضح ترین دلیل برای انتخاب یک منبع نور خاص، رعایت هر گونه مقررات است. به عنوان مثال، تأسیساتی در ایالات متحده که باید اندازه‌گیری‌ها را به EPA گزارش کنند، احتمالاً باید از منبع نور سفید استفاده کنند زیرا با روش EPA 180.1 مطابقت دارد.
اگر نیازی به استفاده از منبع نور خاصی ندارید، هنگام انتخاب منبع نور باید نکاتی را در نظر داشته باشید.
اندازه گیری کدورت تحت تأثیر اندازه ذرات، چگالی ذرات و رنگ آب است. منبع نوری که از ISO7027 پیروی می کند تأثیر رنگ بر اندازه گیری را از بین می برد و اثرات نور سرگردان را به حداقل می رساند. در مقابل، نور سفید ذرات کوچکتر را تشخیص می دهد زیرا طول موج کمتری دارد.
زاویه آشکارساز(های)
هنگامی که نور از سنسور کدورت ساطع می شود، توسط ذرات در آب پراکنده می شود. حسگرها باید دارای آشکارساز باشند تا میزان پراکندگی یا جذب نور را ثبت کنند. زوایای مختلفی وجود دارد که آشکارساز، گاهی اوقات آشکارسازهای متعدد ،می تواند قرار گیرد.
یک آشکارساز نور عبوری – که توسط یک اسپکتروفتومتر استفاده می شود – تمام نور منتقل شده توسط یک منبع نور را تشخیص می دهد به جز آنچه که توسط ذرات معلق پراکنده شده است. این نوع آشکارساز معمولاً همراه با یک فوروارد اسکاتر ددکتوراستفاده می شود که در نتیجه محاسبه دقیق مقادیر کدورت کم انجام می شود.
توجه به این نکته مهم است که کدورت سنجی از نظر فنی اندازه گیری نور منتقل شده از طریق یک نمونه است (یعنی از آشکارساز نور عبوری استفاده می شود). در مقابل، نفرومتری نوری را که در یک زاویه پراکنده می‌شود، اندازه‌گیری می‌کند. با این حال، اصطلاح «کدورت‌سنج» هنوز معمولاً برای توصیف ابزارهایی استفاده می‌شود که نور پراکنده را در یک زاویه تشخیص می‌دهند.
آشکارساز پس پراکندگی معمولاً زمانی استفاده می شود که سطح کدورت بسیار بالا باشد – مانند تصفیه فاضلاب – زیرا کاهش طول مسیر نور امکان دریافت نور پراکنده بیشتری را نسبت به هر زاویه دیگری فراهم می کند. اگر انتظار می رود کدورت کمتر از 1000 FNU باشد، نباید از بک فوروارد اسکاتر ددکتوراستفاده کرد.
رایج ترین زاویه 90 درجه از منبع نور است و این زاویه ای است که هر دو روش EPA 180.1 و ISO7027 مشخص کرده اند.
قبلاً اشاره کردیم که نفرومتری نور پراکنده شده را در یک زاویه اندازه گیری می کند. برای دقیق تر بودن، آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (EPA) نفرومتری را به عنوان اندازه گیری پراکندگی نور با استفاده از یک آشکارساز نور در فاصله 90 درجه از نور فرودی تعریف می کند.بنابراین، چه چیز خاصی در مورد 90 درجه وجود دارد؟ همه چیز در مورد چگونگی پراکندگی نور هنگام تماس با ذرات با اندازه های مختلف است.
ذرات کوچک زمانی که نور از طریق نمونه منتقل می شود، الگوی پراکندگی نور متقارن و بادام زمینی شکل ایجاد می کنند. تداخل ذرات در 90 درجه به حداقل می رسد.
با بزرگتر شدن اندازه ذرات، شدت پراکندگی به طور قابل توجهی افزایش می یابد، اما شدت پراکندگی همچنان در زاویه 90 درجه از منبع پرتو نور فرودی به حداقل می رسد.
به طور خلاصه در 90 درجه تداخل کمتری نسبت به زوایای دیگر وجود دارد. همچنین، هر چه مسافت بیشتری را که منبع نور باید طی کند، در سطوح پایین تری خوانش کدورت دقیق تر خواهد بود. مسیرهای 90 و 180 درجه طولانی ترین هستند و برای خوانش کدورت کم بهترین راه هستند. با این حال، مسیر به یک بک فوروارد اسکاتر ددکتور کوتاه ترین است، و آن را بهترین برای اندازه گیری کدورت بالا می کند.
لازم به ذکر است که برخی سازها زوایای مختلفی را با هم ترکیب می کنند. این اندازه گیری نسبت نامیده می شود – برخلاف روش های غیر نسبت سنجی مشخص شده توسط EPA Method 180.1 و ISO7027 – و این یک روش غیر استاندارد و وابسته به سازنده برای تعیین کدورت است.
چه واحدهایی برای کدورت استفاده می شود؟
اندازه گیری کدورت معمولاً در واحدهای کدورت نفلومتری (NTU) یا واحدهای نفرومتری فورمازین (FNU) ارائه می شود. در حالی که آنها اغلب به جای یکدیگر استفاده می شوند، این واحدها برای کدورت متفاوت هستند .آنها نشان دهنده روش اندازه گیری کدورت مورد استفاده هستند.
NTU نشان دهنده خوانش کدورت است که با استفاده از نور سفید در زاویه تشخیص 90 درجه گرفته شده است. حسگرهایی که از این نوع روش اندازه گیری استفاده می کنند با روش EPA 180.1.1 مطابقت دارند.
در مقابل، FNU واحد صحیحی برای استفاده از نور 860 نانومتری (نزدیک به IR) با زاویه تشخیص 90 درجه است. سنسورهایی که از این روش استفاده می کنند معمولاً با ISO7027.1 مطابقت دارند.
چگونه ابزار کدورت مناسب را انتخاب کنیم؟
هنگام انتخاب ابزار کدورت باید به سه نکته توجه کرد.
مطابقت با استاندارد : اگر طبق استاندارد ملزم به گزارش خوانش کدورت هستید، احتمالاً باید از ابزاری استفاده کنید که از روش EPA 180.1 یا ISO7027 پیروی می کند.
مکان اندازه‌گیری : این تعیین می‌کند که آیا باید از یک سنسور رومیزی استفاده کنید یا یک سنسور شناور.
مقایسه قرائت‌ها : اگر می‌خواهید قرائت‌ها را با مواردی که قبلاً جمع‌آوری شده‌اند مقایسه کنید، باید از همان روش اندازه‌گیری کدورت استفاده کنید.
منابع کدورت چیست؟
راه های مختلفی وجود دارد که ذرات می توانند وارد بدن طبیعی آب شوند و باعث افزایش کدورت شوند. اولین مورد رواناب طوفان است.
همانطور که باران و ذوب برف در سراسر مناظر جاری می شود، ذرات معلق جمع می شوند. این ممکن است آلاینده ها، گرد و غبار، زباله های حیوانات خانگی و موارد دیگر در یک محیط شهری باشد. در یک محیط روستایی، این ممکن است خاک یا برگ سست باشد. با ورود بارندگی به یک بدنه آبی، سرعت آن افزایش می‌یابد و باعث فرسایش سواحل رودخانه‌ها و هجوم رسوب اضافی می‌شود.
رواناب طوفان منبع رایج کدورت است زیرا آب باران رسوباتی مانند خاک و زباله را جمع آوری می کند.
چرا کدورت را اندازه گیری می کنیم؟
دلایل زیادی برای اندازه‌گیری کدورت آب وجود دارد، اما دلیل اصلی این است که میزان تمیزی آن را اندازه‌گیری کنیم، خواه منبع آب، مانند دریاچه در پارک ها یا آب آشامیدنی در سیستم توزیع آب شهری باشد.
کدورت در ابتدا به عنوان یک اندازه گیری کیفی در اوایل دهه 1900 برای طبقه بندی کیفیت زیبایی آب آشامیدنی مورد استفاده قرار گرفت.
فرآیند امروزی از این جهت مشابه است که بر مشاهدات کیفی متکی است، اما شامل ابزارهایی است که از فناوری پراکندگی نور برای خوانش‌های خاص‌تر استفاده می‌کنند.
کیفیت و زیبایی، سلامت و انطباق تنها چند دلیل برای اهمیت اندازه گیری کدورت هستند.
کیفیت و زیبایی آب
آبی که کدر به نظر می رسد نه تنها از نظر بصری جذاب نیست بلکه نشانه بارز کیفیت پایین آب است که به طور بالقوه با آلودگی باکتریایی مرتبط است. اگر آب آشامیدنی کدورت بالایی داشت و چیزی جز کریستال شفاف بود، این یک زنگ خطر است که ممکن است آب برای نوشیدن سالم نباشد.
کدورت بالا همچنین می تواند یک نگرانی زیست محیطی باشد. اگرچه وجود برخی ذرات معلق در دریاچه ها و رودخانه ها طبیعی است، اما وجود ذرات بیش از حد در خوشه ها می تواند نشان دهنده این باشد که انواع خاصی از فرسایش در حال اتفاق هستند. برای مثال، رسوب نه تنها می‌تواند دریاچه‌ها و رودخانه‌ها را از نظر زیبایی نامطلوب کند، بلکه می‌تواند اکوسیستم‌ها را نیز تهدید کند.
سطوح بالاتر ذرات معلق مانع از نفوذ نور به سطح زیرین اب جایی که ماهی ها و گیاهانی که در آنجا زندگی می کنند، می شود. این ذرات همچنین می توانند گرمای بیشتری را جذب کنند و در صورت افزایش بیش از حد دمای آب، زنده ماندن برخی موجودات را غیرممکن می شود.
در مقابل، توده‌های آبی با کدورت کم می‌توانند یک اکوسیستم سالم با فرسایش کمی را نشان دهند. مزایای زیبایی کدورت کم همچنین به صنایع تفریحی و گردشگری کمک می کند و به طور کلی منجر به کیفیت بهتر زندگی می شود.
تفاوت کدورت با کل جامدات محلول (TSS)
ما نمی توانیم بدون ذکر کل جامدات محلول (TSS) در مورد کدورت صحبت کنیم. هر دو تحت تأثیر ذرات معلق در آب قرار می گیرند، اما اندازه گیری های آنها اساساً متفاوت است.
کدورت به طور خاص به شفافیت آب نگاه می کند. این اغلب با تعیین مقدار نور پراکنده شده توسط ذرات معلق در آب تعریف می شود. اندازه، شکل، ترکیب و ویژگی های سطح تعیین می کند که چگونه یک ذره نور را پراکنده می کند. اما اصل اندازه گیری کدورت این است که به طور متوسط، افزایش کدورت نشان دهنده افزایش ذرات معلق در واحد حجم آب است.بسیاری از سنسورهای کدورت با تابش یک پرتو نور به محلول نمونه و اندازه گیری نور پراکنده شده از ذرات کار می کنند
در مقابل، سنسورهای TSS غلظت ذرات معلق را تعیین می کنند. واحدهای مورد استفاده TSS میلی گرم در لیتر (mg/L) می باشد.
برای ایجاد ارتباط بین کدورت و TSS، داده های کدورت و نمونه های مربوطه باید در محل نمونه برداری جمع آوری شوند. نمونه ها باید در آزمایشگاه تجزیه و تحلیل شوند تا اندازه گیری TSS واقعی (mg/L) تعیین شود. سپس ضرایب را می توان با استفاده از جفت کدورت و داده های TSS محاسبه کرد. برای ProDSS، این کار با نرم افزار Kor YSI انجام می شود.
خلاصه مقاله
کدورت را می‌توان به روش‌های مختلفی اندازه‌گیری کرد، بسته به میزان دقت شما به نتایج، و مقدار کل جامدات محلول و کل جامدات معلق موجود در نمونه.
دقیق ترین راه برای اندازه گیری کدورت با کدورت سنج است، با این حال، صنایع همچنان از دیسک Secchi، روش جکسون کندل و کدورت سنج های دستی مانند اسپکتروفتومترهای قابل حمل استفاده می کنند، زیرا کار با آنها آسان تر است.
اگر در مورد کدورت یا کیفیت آب یا کیت‌های تست آب که ارائه می‌دهیم سؤالی دارید، لطفاً با تیم فنی ایشاپ صنعت تماس بگیرید، ما همیشه خوشحالیم که به شما کمک می‌کنیم!
