כיצד מודדים עכירות של מים?

מהי עכירות?

עכירות היא מדד לעכירות או ערפול של נוזל, המשמש בדרך כלל להערכת איכות מים בגופי מים טבעיים - כגון נהרות, אגמים ואוקיינוסים - כמו גם במערכות טיהור מים. היא נובעת מנוכחותם של חלקיקים מרחפים, כולל סחף, אצות, פלנקטון ותוצרי לוואי תעשייתיים, המפזרים אור העובר דרך עמודת המים.
עכירות נמדדת בדרך כלל ביחידות עכירות נפלומטריות (NTU), כאשר ערכים גבוהים יותר מצביעים על עכירות מים גדולה יותר. יחידה זו מבוססת על כמות האור המפוזרת על ידי החלקיקים המרחפים במים, כפי שנמדד על ידי נפלומטר. הנפלומטר מאיר קרן אור דרך הדגימה ומזהה את האור המפוזר על ידי החלקיקים המרחפים בזווית של 90 מעלות. ערכי NTU גבוהים יותר מצביעים על עכירות גדולה יותר, או עכירות, במים. ערכי NTU נמוכים יותר מצביעים על מים צלולים יותר.
לדוגמה: מים צלולים עשויים להיות בעלי ערך NTU קרוב ל-0. מי שתייה, אשר צריכים לעמוד בתקני בטיחות, בדרך כלל בעלי NTU של פחות מ-1. מים עם רמות גבוהות של זיהום או חלקיקים מרחפים יכולים להיות בעלי ערכי NTU של מאות או אלפים.

למה למדוד את עכירות איכות המים?

רמות עכירות גבוהות עלולות להוביל למספר תופעות לוואי שליליות:
1) חדירת אור מופחתת: פגיעה בפוטוסינתזה בצמחי מים, ובכך משבשת את המערכת האקולוגית הימית הרחבה יותר התלויה בפריון ראשוני.
2) סתימה במערכות סינון: מוצקים מרחפים עלולים לחסום מסננים במתקני טיהור מים, להגדיל את עלויות התפעול ולהפחית את יעילות הטיפול.
3) קשר עם מזהמים: חלקיקים הגורמים לעכירות משמשים לעתים קרובות כנשאים של מזהמים מזיקים, כגון מיקרואורגניזמים פתוגניים, מתכות כבדות וכימיקלים רעילים, ומהווים סיכונים הן לבריאות הסביבה והן לבריאות האדם.
לסיכום, עכירות משמשת כאינדיקטור קריטי להערכת השלמות הפיזית, הכימית והביולוגית של משאבי מים, במיוחד במסגרת ניטור סביבתי ובריאות הציבור.
מהו עקרון מדידת העכירות?

עקרון מדידת העכירות מבוסס על פיזור האור כשהוא עובר דרך דגימת מים המכילה חלקיקים מרחפים. כאשר אור מגיב עם חלקיקים אלה, הוא מתפזר בכיוונים שונים, ועוצמת האור המפוזר היא ביחס ישר לריכוז החלקיקים הקיימים. ריכוז חלקיקים גבוה יותר מביא לפיזור אור מוגבר, מה שמוביל לעכירות רבה יותר.

עקרון מדידת העכירות

ניתן לחלק את התהליך לשלבים הבאים:
מקור אור: קרן אור, הנפלטת בדרך כלל על ידי לייזר או LED, מופנית דרך דגימת המים.
חלקיקים מרחפים: כאשר האור מתפשט דרך הדגימה, חומר מרחף - כגון משקעים, אצות, פלנקטון או מזהמים - גורם לפיזור האור לכיוונים מרובים.
גילוי אור מפוזר: אנפלומומטר, המכשיר המשמש למדידת עכירות, מזהה את האור המפוזר בזווית של 90 מעלות יחסית לקרן הפוגעת. גילוי זוויתי זה הוא השיטה הסטנדרטית בשל רגישותו הגבוהה לפיזור המושרה על ידי חלקיקים.
מדידת עוצמת אור מפוזר: עוצמת האור המפוזר מכומתת, כאשר עוצמות גבוהות יותר מצביעות על ריכוז גדול יותר של חלקיקים מרחפים, וכתוצאה מכך, עכירות גבוהה יותר.
חישוב עכירות: עוצמת האור המפוזר הנמדדת מומרת ליחידות עכירות נפלומטריות (NTU), ומספקת ערך מספרי סטנדרטי המייצג את מידת העכירות.
מה מודד את עכירות המים?

מדידת עכירות מים באמצעות חיישני עכירות אופטיים היא נוהג מקובל ביישומים תעשייתיים מודרניים. בדרך כלל, נדרש מנתח עכירות רב-תכליתי כדי להציג מדידות בזמן אמת, לאפשר ניקוי אוטומטי תקופתי של החיישנים ולהפעיל התראות על קריאות חריגות, ובכך להבטיח עמידה בתקני איכות המים.

חיישן עכירות מקוון (מי ים מדידים)

סביבות תפעול שונות מחייבות פתרונות ניטור עכירות שונים. במערכות אספקת מים משניות למגורים, מתקני טיהור מים, ובנקודות כניסה ויציאה של מתקני מי שתייה, נעשה שימוש בעיקר במדי עכירות בעלי טווח נמוך בדיוק גבוה וטווחי מדידה צרים. זאת בשל הדרישה המחמירה לרמות עכירות נמוכות בסביבות אלה. לדוגמה, ברוב המדינות, התקן הרגולטורי למי ברז ביציאות מתקני טיהור מציין רמת עכירות מתחת ל-1 NTU. למרות שבדיקות מי בריכות שחייה פחות נפוצות, כאשר הן מבוצעות, הן דורשות גם רמות עכירות נמוכות מאוד, שבדרך כלל דורשות שימוש במדי עכירות בעלי טווח נמוך.

מדי עכירות בטווח נמוך TBG-6188T

לעומת זאת, יישומים כגון מתקני טיהור שפכים ונקודות פריקה של שפכים תעשייתיים דורשים מדי עכירות בעלי טווח גבוה. מים בסביבות אלו מפגינים לעיתים קרובות תנודות משמעותיות בעכירות ועשויים להכיל ריכוזים משמעותיים של מוצקים מרחפים, חלקיקים קולואידים או משקעים כימיים. ערכי עכירות לעיתים קרובות חורגים מגבולות המדידה העליונים של מכשירים בעלי טווח נמוך במיוחד. לדוגמה, עכירות של זרמי זרימה במתקן טיהור שפכים יכולה להגיע לכמה מאות NTU, ואפילו לאחר טיפול ראשוני, ניטור רמות עכירות בעשרות NTU נותר הכרחי. מדי עכירות בעלי טווח גבוה פועלים בדרך כלל על פי עקרון יחס עוצמת האור המפוזר לאור המועבר. על ידי שימוש בטכניקות הרחבת טווח דינמי, מכשירים אלו משיגים יכולות מדידה מ-0.1 NTU עד 4000 NTU תוך שמירה על דיוק של ±2% מהקנה מידה המלא.

מנתח עכירות תעשייתי מקוון

בהקשרים תעשייתיים מיוחדים, כגון מגזרי התרופות, המזון והמשקאות, מוצבות דרישות גבוהות אף יותר לדיוק וליציבות ארוכת הטווח של מדידות עכירות. תעשיות אלו משתמשות לעתים קרובות במדי עכירות בעלי קרן כפולה, המשלבים קרן ייחוס כדי לפצות על הפרעות הנגרמות משינויים במקור האור ותנודות הטמפרטורה, ובכך להבטיח אמינות מדידה עקבית. לדוגמה, עכירות המים להזרקה חייבת להישמר בדרך כלל מתחת ל-0.1 NTU, דבר המטיל דרישות מחמירות על רגישות המכשיר ועמידות בפני הפרעות.
יתר על כן, עם התקדמות טכנולוגיית האינטרנט של הדברים (IoT), מערכות ניטור עכירות מודרניות הופכות יותר ויותר לחכמות ומקושרות לרשת. שילוב מודולי תקשורת 4G/5G מאפשר העברה בזמן אמת של נתוני עכירות לפלטפורמות ענן, ומקל על ניטור מרחוק, ניתוח נתונים והתראות אוטומטיות. לדוגמה, מתקן טיהור מים עירוני יישם מערכת ניטור עכירות חכמה המקשרת נתוני עכירות בשקע עם מערכת בקרת חלוקת המים שלו. עם זיהוי עכירות חריגה, המערכת מתאימה אוטומטית את מינון הכימיקלים, וכתוצאה מכך משפרת את עמידת איכות המים מ-98% ל-99.5%, יחד עם הפחתה של 12% בצריכת הכימיקלים.
האם עכירות היא אותו מושג כמו מוצקים מרחפים בסך הכל?

עכירות ומוצקים מרחפים סך הכל (TSS) הם מושגים קשורים, אך הם אינם זהים. שניהם מתייחסים לחלקיקים המרחפים במים, אך הם נבדלים במה שהם מודדים ובאופן שבו הם מכמתים.
עכירות מודדת את התכונה האופטית של מים, ובפרט כמה אור מתפזר על ידי חלקיקים מרחפים. היא אינה מודדת ישירות את כמות החלקיקים, אלא כמה אור נחסם או מוסח על ידי חלקיקים אלה. עכירות מושפעת לא רק מריכוז החלקיקים אלא גם מגורמים כמו גודל, צורה וצבע החלקיקים, כמו גם אורך הגל של האור המשמש במדידה.

מד מוצקים מרחפים תעשייתי (TSS)

סך מוצקים מרחפים(TSS) מודד את המסה בפועל של חלקיקים מרחפים בדגימת מים. הוא מכמת את המשקל הכולל של המוצקים המרחפים במים, ללא קשר לתכונות האופטיות שלהם.
TSS נמדד על ידי סינון נפח ידוע של מים דרך פילטר (בדרך כלל פילטר בעל משקל ידוע). לאחר סינון המים, המוצקים שנותרו על המסנן מיובשים ונשקלים. התוצאה מתבטאת במיליגרם לליטר (מ"ג/ליטר). TSS קשור ישירות לכמות החלקיקים המרחפים, אך אינו נותן מידע על גודל החלקיקים או כיצד החלקיקים מפזרים אור.
הבדלים עיקריים:
1) אופי המדידה:
עכירות היא תכונה אופטית (כיצד אור מתפזר או נספג).
TSS היא תכונה פיזיקלית (מסת החלקיקים התלויים במים).
2) מה הם מודדים:
עכירות נותנת אינדיקציה למידת הצלילות או העכורות של המים, אך אינה נותנת מסה ממשית של מוצקים.
TSS מספק מדידה ישירה של כמות המוצקים במים, ללא קשר לכמה צלולים או עכורים הם נראים.
3) יחידות:
עכירות נמדדת ב-NTU (יחידות עכירות נפלומטריות).
TSS נמדד במ"ג/ליטר (מיליגרם לליטר).
האם צבע ועכירות זהים?

צבע ועכירות אינם זהים, אם כי שניהם משפיעים על מראה המים.

מד צבע מקוון לאיכות מים

הנה ההבדל:
צבע מתייחס לגוון או גוון של המים הנגרמים על ידי חומרים מומסים, כגון חומר אורגני (כמו עלים מתפוררים) או מינרלים (כמו ברזל או מנגן). אפילו מים צלולים יכולים להיות בעלי צבע אם הם מכילים תרכובות צבעוניות מומסות.
עכירות מתייחסת לעכירות או לאובך של מים הנגרמת על ידי חלקיקים מרחפים, כגון חרסית, סחף, מיקרואורגניזמים או מוצקים דקים אחרים. היא מודדת עד כמה החלקיקים מפזרים אור העובר דרך המים.
בקצרה:
צבע = חומרים מומסים
עכירות = חלקיקים מרחפים