Hướng dẫn đầy đủ để đo độ đục trong nước

ĐỘ ĐỤC LÀ GÌ?

Ở dạng đơn giản nhất, độ đục chỉ là sự vẩn đục của nước. Sự vẩn đục xuất phát từ các hạt lơ lửng trong nước mà chúng ta có thể nhìn thấy chúng riêng lẻ. Những hạt này có thể là tảo, bụi bẩn, khoáng chất, protein, dầu hoặc thậm chí là vi khuẩn.

Độ đục là một phép đo quang chỉ ra sự hiện diện của các hạt lơ lửng. Nó được đo bằng cách chiếu ánh sáng qua một mẫu và định lượng nồng độ hạt lơ lửng. Khi có càng nhiều hạt trong dung dịch, độ đục càng cao.

Điều quan trọng cần lưu ý là mặc dù độ đục tương quan với chất rắn lơ lửng nhưng đo độ đục không giống như đo tổng chất rắn lơ lửng (TSS). Các phép đo TSS là phép đo trọng lượng để xác định khối lượng chất rắn lơ lửng trong mẫu, được thực hiện bằng cách cân các chất rắn tách ra khỏi dung dịch.

Tầm quan trọng của độ đục

 

Độ đục là thông số chất lượng nước tiêu chuẩn trong tất cả các chỉ tiêu từ nước uống đến quản lý môi trường.

Mục tiêu chính của xử lý nước uống là loại bỏ và giảm độ đục. Trong suốt quá trình xử lý nước, độ đục được đo ở nhiều giai đoạn để xác định hiệu quả của việc xử lý và đảm bảo tuân thủ các quy định của chính phủ. Chất rắn lơ lửng (đất, tảo,…) trong nước làm giảm hiệu quả của hóa chất khử trùng và có thể là các chất mang mầm móng vi khuẩn và ký sinh trùng.

Nếu trong nước có những hạt lơ lửng sẽ làm nước có vẻ hơi đục hoặc có giá trị độ đục cao. Ngay cả khi không có độ đục làm giảm hiệu quả của clo, độ trong của nước nói chung là một chỉ số về chất lượng, trấn an người tiêu dùng về sự an toàn của nước. Tóm lại, không ai muốn uống nước bị đục từ vòi!

Độ đục có tầm quan trong quản lý môi trường vì độ đục của nước có thể chỉ ra nước có bị ô nhiễm hay không. Ví dụ, sau khi các cơn bão đi qua, dòng chảy từ nông nghiệp, khai thác gỗ và xây dựng có thể nhanh chóng làm ngập nước tự nhiên với trầm tích. Điều này có thể phá vỡ sự cân bằng của hệ sinh thái dưới nước, đòi hỏi phải nạo vét để khắc phục.

Tác động của các công trường xây dựng rất đáng kể đến nỗi Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (USEPA) yêu cầu nhiều công trường xây dựng lớn hơn một mẫu theo dõi độ đục sau các công trình lớn để đảm bảo rằng họ tuân thủ giấy phép xây dựng.

Ngoài đo độ đục trong nước uống, nước thải và trong ngành môi trường, đo độ đục rất hữu ích trong các nhà máy rượu vang, cũng như những ứng dụng khác trong ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống.

Độ đục được đo như thế nào?

Có nhiều phương pháp để đo độ đục. Để đo mức độ đục của nước, chúng ta có thể sử dụng từ phương pháp trực quan đến máy đo định lượng.

Một số phương pháp trực quan lý tưởng cho việc đo độ đục nhanh trong môi trường, chẳng hạn như đĩa Secchi. Một cái đĩa sẽ được hạ xuống nước cho đến khi nó không còn nhìn thấy được nữa. Độ sâu mà đĩa không nhìn thấy được là độ sâu Secchi. Phương pháp này mang tính chủ quan và hoạt động tốt nhất trong vùng nước tự nhiên có dòng chảy chậm, độ đục thấp.

Cách tốt nhất để đo độ đục trong nhiều loại mẫu là dùng máy Nephelometer, còn được gọi là máy đo độ đục. Máy đo độ đục sử dụng máy dò ánh sáng và hình ảnh để đo độ tán xạ ánh sáng và đọc ra theo đơn vị độ đục, chẳng hạn như đơn vị đo độ đục theo nephelometer (NTU) hoặc đơn vị độ đục formazin (FTU).

Làm thế nào để giảm độ đục?

Hầu hết các nỗ lực để giảm độ đục chủ yếu là ngăn chặn dòng chảy. Tuy nhiên, nước uống và nước thải nhà máy được xử lý nước thô để giảm độ đục. Các quy định được thiết lập để đảm bảo hiệu quả quá trình xử lý nước và đảm bảo nước uống an toàn. Một trong những bước đầu tiên trong quy trình xử lý nước uống là loại bỏ các hạt lơ lửng trong nước.

Để làm giảm độ đục, nước được trộn với một chất keo tụ, chẳng hạn như phèn. Đất và các hạt khác có điện tích âm và đẩy nhau, dẫn đến các hạt mịn phân tán. Việc bổ sung phèn trung hòa các chất rắn lơ lửng để các hạt tập hợp lại với nhau tạo thành các hạt lớn hơn, được gọi là “floc”. Sau đó, nước được đưa qua một bể lắng để lọc và loại bỏ “floc”.

Nếu nước thô tự nhiên ít đục hơn (điển hình là nước ngầm) thì quá trình lắng có thể được rút ngắn, tiết kiệm thời gian và tiền bạc. Sau khi hầu hết các hạt hòa tan được loại bỏ, nước được đưa qua bộ lọc cuối cùng loại bỏ tới 99.5%  các chất rắn lơ lửng còn lại.

USEPA yêu cầu 95% nước uống trong thời gian một tháng có chỉ số độ đục dưới 0.5 NTU và không có mẫu nào vượt quá 5 NTU tại bất kỳ thời điểm nào.

2. CHỌN MÁY ĐO ĐỘ ĐỤC PHÙ HỢP

Máy đo độ đục là các thiết bị có nguồn sáng, thấu kính và máy dò nằm cách nguồn sáng 90° phối hợp với nhau để đo độ đục của mẫu. Khi mẫu được đặt vào đường đi giữa nguồn sáng và máy dò, một số hạt trong mẫu sẽ phân tán ánh sáng theo cách mà nó tới được máy dò ở 90°. Máy dò xác định lượng tán xạ ánh sáng và đối chiếu với các tiêu chuẩn trên đường cong hiệu chuẩn.

Một số máy được kết hợp với một máy dò khác ở 180° để tính đến ánh sáng truyền qua. Điều này có thể giúp với các mẫu có độ đục cao để điều chỉnh ánh sáng bị mất do suy giảm và tán xạ ngược (phản xạ). Các phép đo độ đục ở 90° và 180° được gọi là phương pháp tỷ lệ.

Khi bạn đã có máy đo độ đục, thực hiện các phép đo độ đục rất dễ dàng và chỉ cần một vài bước đơn giản như sau:

1. Hiệu chuẩn máy đo với cuvet chuẩn.
2. Châm mẫu vào cuvet của bạn.
3. Làm sạch bên ngoài cuvet và nếu đo mẫu có độ đục rất thấp, sử dụng dầu silicon ở bên ngoài cuvet.
4. Đặt cuvet vào trong máy và đọc kết quả đo.

Các Máy Đo Độ Đục Hanna Instruments:

(Nhấn vào đây để xem chi tiết)

 

 

3. CÁC TIÊU CHUẨN VỀ ĐỘ ĐỤC

Các tiêu chuẩn độ đục là một phần quan trọng không kém của phép đo. Hầu hết các tiêu chuẩn độ đục hiện đại được làm từ formazine, một loại polymer tổng hợp có kích thước hạt đồng đều. Polyme được làm từ hydrazine và hexamethylenetetramine. Tính nhất quán của hợp chất này đã dẫn đến sự chấp nhận của nó bởi gần như tất cả các tổ chức tiêu chuẩn như ISO, EPA và ASBC. Một dung dịch huyền phù chứa 1.25 mg/L hydrazine sulfate và 12.5 mg/L hexamethylenetetramine trong nước có độ đục bằng một đơn vị độ đục Formazin (FTU).

Hầu hết các đơn vị độ đục khác dựa trên FTU, nhưng khác nhau dựa trên phương pháp họ sử dụng. Có nhiều đơn vị khác nhau, dưới đây là một vài ví dụ:

• Đơn vị đo độ đục của Nephelometric (NTU): Đơn vị này bằng với FTU nhưng được đo bằng  máy đo độ đục tuân thủ các tiêu chuẩn EPA.
• Đơn vị tỷ lệ độ đục của Nephelometric (NTRU): Đơn vị dựa trên EPA sử dụng phương pháp tỷ lệ xác định độ đục.
• Đơn vị đo Formazin Nephelometric (FNU), đơn vị này bằng với FTU nhưng được đo bằng tiêu chuẩn ISO 7027.
• Hiệp hội các nhà hóa học sản xuất bia Mỹ (ASBC-FTU): Sử dụng các tiêu chuẩn ASBC để thiết kế máy đo độ đục.

Điều quan trọng là quyết định phương pháp nào bạn có khả năng tuân thủ khi chọn máy đo độ đục. Có nhiều thiết kế máy đo độ đục khác nhau, nhưng hai thiết kế phổ biến nhất là những thiết kế tuân thủ EPA 180.1 và những thiết kế tuân thủ ISO 7027.

Điều quan trọng cần lưu ý là các máy không được phê duyệt riêng lẻ bởi bất kì cơ quan nào. Thay vào đó, họ chỉ đơn giản là tuân thủ các yêu cầu được đặt ra bởi các tiêu chuẩn này.

MÁY ĐO ĐỘ ĐỤC TUÂN THỦ TIÊU CHUẨN EPA

Máy đo tuân thủ tiêu chuẩn EPA 180.1, tiêu chuẩn để xác định độ đục trong các mẫu nước uống, nước ngầm, nước bề mặt, nước thải và nước biển. Nó hoạt động tốt nhất trong phạm vi 0-40 NTU, điều này làm cho nó lý tưởng cho các mẫu có độ đục thấp.

Ngoài ra, các máy đo này đáp ứng các yêu cầu sau (Trích từ Methods for the Determination of Inorganic Substances in Environmental Samples- Phương pháp xác định các chất vô cơ trong các mẫu môi trường):

• Nguồn sáng đèn vonfram hoạt động ở nhiệt độ màu trong khoảng 2200-3000°K.
• Khoảng cách đi qua bởi ánh sáng tới và ánh sáng tán xạ trong ống chứa mẫu: Tổng cộng không vượt quá 10 cm.
• Đầu dò: Nằm ở giữa 90° với đường ánh sáng tới và không vượt quá ± 30° tính từ 90°. Máy dò và hệ thống lọc nếu được sử dụng sẽ có đáp ứng phổ cực đại giữa 400nm và 600nm.
• Độ nhạy của thiết bị phải cho phép phát hiện chênh lệch độ đục 0.02 NTU hoặc ít hơn (≤ ± 0.02 NTU) trong vùng nước có độ đục nhỏ hơn 1 đơn vị.

Dựa trên những yêu cầu này, máy đo tuân thủ EPA là một lựa chọn:

(+) Tuyệt vời cho các phép đo phạm vi thấp, chẳng hạn như nước uống

(+) Tuân thủ các tiêu chuẩn EPA để phục vụ cho mục đích báo cáo

(-) Thực hiện kém với các mẫu màu do độ hấp thụ của ánh sáng trắng

MÁY ĐO ĐỘ ĐỤC TUÂN THỦ ISO

Các máy đo này có các tính năng tương tự như EPA nhưng có một vài điểm khác biệt chính:

• Bước sóng đối với nguồn ánh sáng của đèn LED phải là đèn LED hồng ngoại 860nm. Lưu ý rằng về mặt kỹ thuật không phải là ánh sáng nhìn thấy được mà là bức xạ hồng ngoại (IR).
• Băng thông quang phổ của ánh sáng tới phải nhỏ hơn hoặc bằng 60nm

Máy đo tuân thủ ISO cũng có máy dò ánh sáng ở khoảng 90° từ nguồn bức xạ, mặc dù phương pháp này cũng hỗ trợ sử dụng máy dò ở các góc khác để xác định lượng ánh sáng bị suy giảm bởi mẫu (tức là ở 0°). Nhìn chung:

(+) Máy đo ISO sử dụng đèn LED hồng ngoại, giúp loại bỏ nhiễu bởi màu của mẫu

(+) Hỗ trợ cho phương pháp tỷ lệ cho  độ chính xác cao hơn trong các mẫu có độ đục cao hơn

(-) Không được chấp nhận bởi US-EPA cho mục đích báo cáo

Cho dù bạn chọn loại máy đo nào, hãy nhớ tham khảo bất kỳ cơ quan quản lý nào nếu giá trị độ đục sử dụng cho mục đích báo cáo. Cả hai kiểu máy đo đều có thể sử dụng các tiêu chuẩn formazin hoặc AMCO-AEPA-1, một tiêu chuẩn có sẵn trên thị trường.

4. HƯỚNG DẪN ĐO ĐỘ ĐỤC CHÍNH XÁC

Sử dụng cuvet tốt

Như chúng tôi đã đề cập, khi đo độ đục, chúng tôi đang đo sự vẩn đục của mẫu gây ra bởi các chất rắn lơ lửng. Để làm điều này, chúng ta cần phải có một dụng cụ để chứa mẫu. Cũng giống như với các xét nghiệm đo màu đối với clo hoặc COD, chúng tôi sử dụng cuvet để chứa mẫu của chúng tôi.

Cuvet là một phần quan trọng của phép đo vì ánh sáng đi qua chúng cũng giống như mẫu. Hãy chắc chắn rằng cuvet của bạn sạch và không có vết trầy xước. Các vết trầy xước sẽ cản trở cách ánh sáng đi qua thủy tinh, dẫn đến kết quả sai lệch cao.

Các cuvet cho máy đo quang Hanna Instruments có thể dễ dàng thay thế khi cuvet nào bị ố vàng hoặc có các vết trầy xước có thể nhìn thấy.

Sử dụng dầu cho cuvet

Giống như các vết trầy xước có thể nhìn thấy và sự không hoàn hảo của cuvet có thể ảnh hưởng đến kết quả độ đục của bạn, các nhược điểm nhỏ không thể khắc phục cũng có thể ảnh hưởng đến kết quả độ đục. Những vết xước dường như siêu nhỏ này đặc biệt có ảnh hưởng đến kết quả đo nếu mẫu của bạn có độ đục thấp như với nước uống.

Dầu silicon có thể được sử dụng để che giấu những khiếm khuyết nhỏ trên cuvet thủy tinh. Dầu silicon có chỉ số khúc xạ tương tự như thủy tinh nên nó sẽ không cản trở việc đọc kết quả. Đơn giản chỉ cần lấy một vài giọt dầu, thêm nó vào cuvet, sau đó lau kỹ cuvet bằng một miếng vải không có xơ. Sau khi thực hiện chính xác như vậy bạn sẽ có một cuvet gần như khô mà không nhìn thấy dầu.

Điều quan trọng cần lưu ý là dầu silicon chỉ có hiệu quả trong việc làm đầy những khiếm khuyết nhỏ trên thủy tinh. Đối với các vết xước lớn, có thể nhìn thấy người dùng nên thay cuvet mới.

Sử dụng dung dịch chuẩn độ đục mới

Để có kết quả chính xác thì việc hiệu chuẩn máy chính xác là rất quan trọng. Việc hiệu chuẩn chính xác phụ phuộc vào các tiêu chuẩn sử dụng có đáng tin cậy hay không.

Mặc dù các tiêu chuẩn dựa trên formazin hiện đại ổn định và đáng tin cậy hơn so với các tiêu chuẩn được sử dụng truyền thống tuy nhiên chúng vẫn dễ hỏng. Các phương pháp của EPA nêu rõ rằng các tiêu chuẩn dựa trên formazin (ở mức 40NTU) được sản xuất trong nhà nên được chuẩn bị hàng tháng và bất kỳ sự pha loãng nào từ tiêu chuẩn này phải được chuẩn bị hàng ngày. Sau đó, các tiêu chuẩn formazin có xu hướng đông lại và lắng xuống đáy của cuvet chứa dung dịch.

Để tiết kiệm thời gian, hãy tìm các tiêu chuẩn AMCO-AEPA-1 có sẵn trên thị trường và phù hợp với máy đo của bạn. Lý tưởng nhất, các tiêu chuẩn này nên đi kèm theo máy. Các tiêu chuẩn AMCO cũng ổn định hơn nhiều so với các tiêu chuẩn formazin tự pha chế, cho phép sử dụng nhiều năm (khoảng 3 năm). Hãy tìm những người có chứng chỉ phân tích (COA) và bằng cấp còn hiệu lực để yên tâm hơn.

Làm sạch Cuvet

Các vết bẩn trên cuvet có thể hấp thụ ánh sáng hoặc tán xạ nó, dẫn đến việc đo độ đục sai. Làm sạch cuvet khi đo độ đục là đặt biệt quan trọng.

Nếu vết bẩn hình thành trên cuvet thủy tinh, sử dụng axit loãng hoặc chất tẩy rửa khác để loại bỏ vết bẩn. Sau khi làm sạch, hãy chắc chắn rửa sạch các vết bẩn trên cuvet của bạn bằng nước không có độ đục, chẳng hạn như nước khử ion có độ tinh khiết cao được lọc qua màng lọc ≤ 0.2 µm.

Sử dụng phương pháp tỷ lệ

Khi các hạt lơ lửng trong mẫu tăng lên, mẫu có xu hướng tán xạ cũng như hấp thụ và phản xạ ánh sáng. Phần ánh sáng bị mất này có thể làm kết quả các phép đo độ đục khác với giá trị thực.

Bạn có thể giải quyết vấn đề mẫu có độ đục cao theo hai cách.

Cách 1: Pha loãng mẫu có độ đục cao với nước không có độ đục. Sau khi pha loãng, các mẫu được đo như bình thường và sau đó được hiệu chỉnh với hệ số pha loãng. EPA 180.1 yêu cầu pha loãng cho bất kỳ mẫu nào có độ đục trên 40 NTU trước khi đo.

Cách 2: Để bù cho ánh sáng bị quét ngược hoặc suy hao nên sử dụng phương pháp tỷ lệ. Nhiều máy được trang bị các máy dò khác ở các góc khác nhau để xác định và bù ánh sáng bị mất. Các thiết kế sử dụng các phương pháp này tuân thủ theo Phương pháp 2130B và USEPA Interim Enhanced Surface Water Treatment Rule.

Tránh sự ngưng tụ trên Cuvet của bạn

Cuối cùng, độ đục có thể bị ảnh hưởng bởi sự ngưng tụ. Theo thời gian, ngưng tụ có thể hình thành trên cuvet thủy tinh, nếu mẫu của bạn đặc biệt lạnh. Ngưng tụ ở mặt ngoài của cuvet thủy tinh làm che khuất ánh sáng đến mẫu của bạn, gây ra kết quả sai lệch.

Bạn có thể khắc phục hoàn toàn điều này bằng cách chỉ cần lau các cuvet của bạn định kỳ bằng một miếng vải sạch, không xơ. Sử dụng dầu cho cuvet giúp giảm ngưng tụ, nhưng điều quan trọng là phải chú ý đến chi tiết dường như nhỏ này.