Turbiditet

Jackson Candle-metoden
Jackson Candle Method er en av de tidligste metodene for å måle turbiditet. Turbiditet beregnes ved å observere en stearinlysflamme gjennom et glassrør med vann, og tilsette vann i røret til flammen ikke lenger er synlig. Hvis bare litt vann skjuler flammen, har prøven høy turbiditet. Hvis det trengs mye vann, er prøven klarere. Denne metoden er enkel å sette opp og bruke, men kan føre til inkonsekvent måling med forskjellige operatører.

Turbiditetsrør
Turbiditetsrøret ble oppfunnet i Australia på 1990-tallet for å gjøre det mulig å ta turbiditetsmåling i grunne bekker der Secchiskiver var ineffektive. Turbiditetsrør er et plastrør som er omtrent 100 cm lange med en miniatyr Secchiskive trykket i bunnen. Røret er fylt med vann. Hvis Secchiskiven ikke er synlig, trykker operatøren på en tappeventil nær bunnen av røret for sakte å slippe ut vann til de kan se skiven. De registrerer verdien som er trykt på siden av røret på denne dybden. Ofte vil operatører ta to målinger med et turbiditetsrør og beregne gjennomsnittet av dybdene for å komme frem til den mest sannsynlige målingen. Dybdene korreleres deretter med NTU-verdier ved hjelp av en tabell fra produsenten av røret.

Turbiditetsrør er enkle å bruke og kan tas med i felt for å unngå tidsforsinkelser for analyse av laboratorieprøver. Rør leveres også forhåndskalibrert, slik at turbiditetskorrelasjoner er enkle å beregne. Men, i likhet med Secchidisken og Jackson Candle-metoden, kan avlesninger påvirkes av faktorer som operatørens syn, menneskelige feil og miljø.

Optiske sensorer
Optiske sensorer leveres i labinstrumenter (spektrofotometre) eller sonder for feltmåling (turbidimetre). I motsetning til Secchiskiver, Jackson Candle-metoden og turbiditetsrør, gir optiske sensorer konsistente målinger uansett hvem som bruker dem.

Optiske sensorer beregner automatisk turbiditetsverdier basert på forskjellen i utsendt lys og detektert lys. Alle optiske turbiditetssensorer inneholder en lyskilde som sender ut lys og en fotodetektor som mottar lyset og beregner en turbiditetsverdi basert på kalibreringen av sensoren.

Det finnes to metoder optiske sensorer bruker for å måle forskjellen mellom utsendt og detektert lys. Noen optiske sensorer beregner denne forskjellen basert på hvordan lys spres når det kommer i kontakt med partikler i prøven. Andre optiske sensorer beregner forskjellen basert på hvor mye det utsendte lyset avtar mellom lyskilden og fotodetektoren.

Tre andre komponenter spiller også en rolle for metoder for måling av optisk turbiditet: typen lys som sendes ut i prøven (hvitt lys eller LED), antall fotodetektorer og vinkelen som fotodetektoren(e) er plassert i forhold til lyskilden.
 

Overflatevann og kyst
Turbiditet kan oppstå naturlig i overflatevann da sand, leire, silt og organisk materiale kan tilføres en vannforekomst gjennom erosjon eller periodiske endringer i strømningen. Det er viktig å overvåke grunnlinjeverdier av turbiditet for å fastslå hva den naturlige variasjonen er for området og sammenligne disse trendene med effekter av overvannsavrenning, tørke, utslipp av avløp og andre viktige hendelser.

Overvåking av turbiditet hjelper til med å fortelle aktivitetshistorikken i området – enten det er naturlig eller menneskeskapt – og hvordan det påvirker miljø og samfunn. Naturlige hendelser som kraftig regn, snøsmelting og avrenning kan fortrenge sediment, og potensielt gjøre vannkvaliteten dårligere. I tillegg kan aktiviteter som konstruksjon, landbruk, gruvedrift, tømmerhogst og mudring skape forurensninger eller påvirke sediment og skade omgivende miljø hvis det ikke håndteres på riktig måte. Når flom eller overvannsavrenning går gjennom industriområder, kan de frakte forurensninger fra disse til naturlige vannkilder. Økt turbiditet spiller også inn om vannforekomster er egnet til rekreasjonsformål; folk ønsker ikke å svømme eller fiske i områder med grumsete vann.

Turbiditet er ikke bare en estetisk bekymring. Endringer i turbiditet i innsjøer, elver, våtmarker og andre miljøer er en viktig indikator på vannkvalitet og en viktig faktor for helsen til plante- og dyrelivet. Høy turbiditet kan redusere mengden sollys som passerer gjennom vannet til planter, redusere fotosyntesen og skape en ringvirkning som påvirker resten av næringskjeden.
 
Turbiditet spiller også en viktig rolle i kildevannsovervåking. Økt turbiditet i et drikkevannsreservoar må overvåkes nøye for forurensninger, slik at prosessen kan justeres for å ta høyde for høyere nivåer av bakterier, sedimenter og metaller eller næringsstoffer. Skadelig algeoppblomstring er også en bekymring med kildevann, ettersom en overflod av alger i reservoarer kan dramatisk endre kvaliteten på vannet som tilføres planter.

Miljøovervåkingsstasjoner er ofte satt opp nedstrøms avløpsutslipp for å studere effekten av avløpsrenseprosessen på overflatevann. Overvåking av turbiditet nær der avløpsvann møter en naturlig vannforekomst bidrar til å verifisere at behandlingsprosessen har vært effektiv og at avløpsutslipp oppfyller eller overgår kvaliteten til eksisterende forhold. Ved kystovervåking skapes turbiditet oftere av en overflod av organisk materiale, som plankton eller alger. Plankton er den vanligste kilden til turbiditet i havet, og mange forskere overvåker turbiditet for å vurdere tilgjengeligheten av plankton som matkilde for andre skapninger. Mudring kan også øke turbiditeten i kystnære miljøer. Turbiditet må overvåkes nøye under mudring for å vurdere og minimere innvirkning på vannlevende liv og økosystemets helse.

Overvåking av turbiditet under og etter stormhendelser hjelper kystsamfunn med å holde seg informert om og nøyaktig vurdere erosjonsrisiko. Strender som mister for mye sand er mer sårbare for orkaner, flom og andre naturkatastrofer. Miljøforskere og akvakulturforskere i kystområder holder også et øye med turbiditet som en indikator på avrenning fra overflatevannkilder for å identifisere og dempe virkningen av eventuelle bakterier, næringsstoffer eller sedimenter som følger med dem.

Grunnvann
Turbiditet i grunnvann er vanligvis ganske lav, mindre enn 1 NTU/FNU dersom systemet ikke har noen forstyrrelser. På grunn av dette lave nivået indikerer turbiditet høyere enn 1 NTU/FNU i grunnvann ofte at en hendelse på overflaten påvirker akviferen. Påvirkning fra boring og sprengning, jordskjelv eller infiltrasjon av overflatevann kan øke turbiditetsnivået i grunnvannet.

En annen årsaken til økt turbiditet i grunnvannet er endringer i strømningshastighet, hellinger eller strømningsretning. Disse endringene kan skyldes pumping, injeksjon eller rensing før innsamling av grunnvannsprøver.

Turbiditet måles ofte under en brønnrensing for å indikere når forholdene har stabilisert seg nok til å begynne prøvetakingen. Turbiditeten øker når pumpingen begynner; en stabilisert turbiditetsverdi indikerer at brønnen er fullstendig renset og vannkvaliteten er representativ for den omkringliggende akviferen.

Vann- og avløpsvannbehandling
 
Forbrukere vil ha klart drikkevann, men turbiditet i vannbehandlingsprosessen er mer enn estetiske forventninger. Mikrober, bakterier og andre forurensninger kan feste seg til partikler suspendert i vann. Denne forbindelsen gjør dem vanskeligere å fjerne og kan komplisere desinfeksjonsprosessen, noe som fører til helserisiko. For eksempel, i Norge, anbefaler Mattilsynet at drikkevann fra overflatevann ikke overskrider 1 NTU i ferdigvann fra vannbehandlingssystemer. 

Mange anlegg overvåker også vann for turbiditet før behandlingen starter, for mer effektivt å identifisere og adressere nivåer av bakterier, sedimenter, metaller eller næringsstoffer som kommer inn i prosessen. Overvåking av turbiditet under drikkevannsbehandling kan gi en standardverdi for et filters effektivitet og indikere når det bør skiftes ut. Og høy turbiditet kan peke på skader på rør eller andre problemer med infrastruktur i et distribusjonssystem.

Avløpsvannsapplikasjoner måler oftere totalt suspendert tørrstoff (TSS) eller blandet væske suspendert fast stoff (MLSS) i stedet for turbiditet. TSS spiller en essensiell rolle i å administrere den aktiverte slamprosessen, ettersom riktig nivå av TSS bidrar til å skape et positivt miljø for mikrober å konsumere og bryte ned avfall samtidig som man unngår systemoverbelastning. TSS er også viktig for å håndtere slam/vann-grensesnittet, oppdage et stigende slamteppe og overvåke setningsegenskapene til slammet. Men, turbiditet er en god indikator på prosessytelse, og overvåking av turbiditet ved avløpspunktet hjelper til med å identifisere om justeringer er nødvendig. Hvis det observeres høy turbiditet, kan det tyde på problemer med setningsprosessen, flyteslam eller slamteppeoverløp, over- eller underdosering av kjemikalier eller høye strømninger som påvirker behandlingsprosessen.
 

Miljøforstyrrelser
Turbiditet kan virke mer uregelmessig enn andre parametere på grafer, men topper i avlesninger betyr ikke nødvendigvis at en sensor gir feil data. Miljøforstyrrelser – for eksempel et dyr som krysser en bekk i nærheten av turbiditetssensoren – kan forårsake turbulens eller skape lufting i nærheten av sensoren, noe som påvirker lyset gjennom vannet, og dermed sensorens beregning av turbiditetsverdier.

Dette kan vise seg som en plutselig, dramatisk topp i målingene. Selv om en topp som dette ikke nødvendigvis er unøyaktig hvis sediment har blitt virvlet opp i nærheten av sensoren, er den heller ikke representativ for turbiditet i vannforekomsten. Hendelser som disse kan gjøre det vanskelig å avgjøre hvilke turbiditetsverdier som er representative for et sted.

På grunn av hvor dramatisk turbiditet kan variere i løpet av et gitt intervall, er det viktig å velge sensorer som registrerer punktdata i stedet for sensorer som integrerer eller beregner gjennomsnitt over rapporteringsintervallet. Å ha tilgang til punktdata gir brukerne et korrekt bilde av forholdene på stedet på det nøyaktige tidspunktet dataene leses, og lar dem observere variasjon i datapunkter over rapporteringsintervallet for å ta hensyn til miljøforstyrrelser.
 

Groing
Som med alle miljøer som skal overvåkes kan groe skape feil avlesninger hvis det setter seg på overvåkingsutstyret. Sterk strøm kan føre sediment inn i sonderør, hvor det kan legge seg rundt sensorer. Det er viktig å bore hull for å tillate passasje av sediment gjennom røret for å unngå sensordrift. Denne typen groe kan være en større utfordring med turbiditet enn med andre parametere, ettersom turbiditet ofte måles i områder med høyt sedimentinnhold og variabel strøm. In-Situ multiparameterinstrumenter har en roterende børste som holder sensorflatene rene og fjerner sediment fra instrumentets endedeksel og minimerer groe.

Groing kan også skyldes biologisk vekst. Alger og bakterier, for eksempel, produserer en film for å feste seg på en overflate. Selv når de løsner, vil tidligere vekst etterlate en klebrig avleiring på utstyr som kan påvirke avlesningene hvis det ikke fjernes. Og alger, blader, pinner og annet rusk vil forårsake drift hvis de blokkerer vannstrømmen over sensorflaten. In-Situ har utviklet en spesialutformet beskyttelseshylse i kobberlegering for multiparameterinstrumenter som forhindrer biologiske organismer i å feste seg og vokse på sonden, for å forbedre nøyaktigheten og forlenge tiden mellom rengjøringer i miljøer med mye tilsmussing.
 

Drift
Lysstyrken til LED påvirkes av temperatur og kan endres med alderen. Hvis fotodetektoren i en optisk sensor ikke tar hensyn til disse påvirkningene, avlesningene drifte. In-Situs turbiditetssensorer inneholder en referansedetektor som overvåker enhver endring i LED-ens utgang, slik at sensoren kan korrigere for disse endringene. Denne integrerte optiske kompensasjonen sikrer at avlesningene forblir nøyaktige uavhengig av temperaturer og over tid.

Lys fra omgivelsene
Optiske turbiditetssensorer kan påvirkes av eksternt lys. Sollys vil også spre partikler i vannet. Hvis fotodetektorer fanger opp disse ekstra refleksjonene, kan de resulterende turbiditetsverdiene være unøyaktige. In-Situs turbiditetssensorer er designet for å skille lyset fra LED-en fra omgivelseslyskilder for å eliminere dette problemet.

Temperatur
Temperaturen påvirker lysstyrken til LED-lys. Hvis sensoren ikke kompenserer for temperatur, kan dette vise seg som drift. Alle In-Situ turbiditetssensorer inkluderer intern temperaturkompensasjon for å ta hensyn til denne påvirkningen.

Kalibreringsstandarder
Betydelig variasjon mellom kalibreringsløsninger laget av forskjellige produsenter fører til forvirring og frustrasjon rundt den opplevde nøyaktigheten til sensorer. Det er typisk at produsenter utfører kalibrering på vannkvalitetssensorer for å sikre nøyaktighet på tvers av hele spekteret. In-Situs 3D-fabrikkkalibrering sikrer ikke bare lineære data, men reduserer også antall kalibreringspunkter brukeren må bruke.

Hvis brukerkalibrering involverer standarder fra en annen kilde, kan det påvirke nøyaktigheten til fabrikkalibrerte sensorer. For best resultat, bruk alltid kalibreringsstandarder som er godkjent av sensorprodusenten. In-Situ’s kalibreringsløsninger er validert i et laboratorium for å sikre at In-Situs vannkvalitetssensorer vil fungere på tvers av fabrikk- og brukerkalibreringer.
 

Innebygget optisk kompensasjon
In-Situs turbiditetssensorer inneholder en optisk kompensasjon for å korrigere for avvik over tid og forhindre inkonsekvenser mellom kalibrering i lab kontra felt. For å oppnå dette inneholder In-Situs turbiditetssensorer to fotodetektorer. Den primære detektoren måler den første utgangen av utsendt lys. Den andre (referanse) fotodetektoren måler det spredte lyset etter at LED-en møter partikler i prøven. Sensoren evaluerer lyset målt av referansedetektoren for å avgjøre om utgangen fra LED-en har endret seg. Dette lar sensoren automatisk korrigere den primære målingen for disse endringene. Innebygget optisk kompensasjon gir stabilitet ved mye lavere målt turbiditet og reduserer sensorens avvik betydelig over temperatur og tid.
 

Avvisning av omgivelseslys
Sensoren skiller lyset fra sensoren fra andre omgivelseslyskilder for å forhindre at eksternt lys kommer inn til de optiske detektorene og påvirker avlesningen. Dette gjør det mulig å ha samme grad av nøyaktighet uavhengig av lysforhold eller utplasseringssted.
 

Isolerte optiske frekvenser
Hvis det ikke blir tatt hensyn til, kan mer enn én optisk sensor i en multiparameter-sonde eller  -platform føre til interferens mellom sensorene. Aqua TROLL turbiditetssensorer bruker en unik frekvens som skiller seg fra In-Situs andre optiske sensorer. Dette gjør at fotodetektoren i turbiditetssensoren isolerer lyskilden, slik at mange optiske sensorer kan kjøre samtidig.

3D-fabrikkkalibrering
In-Situ utfører en 6-punkts fabrikkalibrering på hver sensor. Dette sikrer at sensoren er lineær over hele området (0–4000 NTU) og reduserer antallet nødvendige brukerkalibreringspunkter for å effektivisere oppsett og distribusjon.
 

Mini-kalibreringskopp
Aqua TROLL multiparametersonde er laget med en beskyttelseshylse som, når den snus, fungerer som en kalibreringskopp. Når den kalibreres som en del av sondene med 5 porter, krever Aqua TROLL turbiditetssensoren bare 50 ml løsning for både rengjøring og kalibrering, noe som reduserer kostnaden med opptil 80% for turbiditetsstandard sammenlignet med tradisjonelle kalibreringsmetoder. Når den brukes som en del av sondene med 7 porter, rommer kalibreringskoppen 200 ml løsning for alle seks sensorer, noe som reduserer kostnaden med opptil 60% for turbiditetsstandard.

 
Punktdata
Sensorer som behandler datapunkter før de gir ut en verdi, kan forenkle variabiliteten til en parameter over tid. Vannkvaliteten i et elveleie i løpet av et 15-minutters intervall kan gå fra relativt klart til svært turbid (for eksempel hvis et dyr eller annen ekstern påvirkning løsner sediment). En sensor som behandler eller gjennomsnittsberegner disse datapunktene før utdata, skjuler denne variasjonen, noe som kan føre til usikkerhet om verdien for dette intervallet gir et sant bilde av forholdene på stedet i rapporteringsøyeblikket. Punktdata gir brukeren fleksibiliteten til å utføre den etterbehandlingen de ønsker uten risiko for å øke usikkerheten på grunn av ukjent eller uønsket databehandling fra sensoren.

Selvrensende
In-Situs Aqua TROLL multiparametersonder har plass til en roterende børste til sensoroverflatene og bunnen av endedeksel, noe som reduserer vedlikehold og forlenger intervallet på besøk i felt. Den dobbeltsidige børsten fjerner samtidig smuss fra sensorflatene og innsiden av endedeksel på beskyttelseshylsen. Aqua TROLL hylse med antigroe-legering hindrer vekst av organismer.