Wie wird die Trübung von Wasser gemessen?

Was ist Trübung?

Trübung ist ein Maß für die Eintrübung einer Flüssigkeit und wird häufig zur Beurteilung der Wasserqualität in natürlichen Gewässern wie Flüssen, Seen und Ozeanen sowie in Wasseraufbereitungsanlagen verwendet. Sie entsteht durch das Vorhandensein von Schwebstoffen, darunter Schlamm, Algen, Plankton und industrielle Nebenprodukte, die das durch die Wassersäule hindurchtretende Licht streuen.
Die Trübung wird üblicherweise in nephelometrischen Trübungseinheiten (NTU) angegeben, wobei höhere Werte eine stärkere Wassertrübung anzeigen. Diese Einheit basiert auf der Lichtstreuung durch die im Wasser suspendierten Partikel, gemessen mit einem Nephelometer. Das Nephelometer sendet einen Lichtstrahl durch die Probe und erfasst das von den suspendierten Partikeln unter einem Winkel von 90 Grad gestreute Licht. Höhere NTU-Werte bedeuten eine stärkere Trübung des Wassers, niedrigere NTU-Werte klareres Wasser.
Beispielsweise kann klares Wasser einen NTU-Wert nahe 0 haben. Trinkwasser, das Sicherheitsstandards erfüllen muss, hat typischerweise einen NTU-Wert von weniger als 1. Wasser mit einem hohen Anteil an Verunreinigungen oder Schwebstoffen kann NTU-Werte im dreistelligen oder tausendfachen Bereich aufweisen.

Warum sollte man die Trübung der Wasserqualität messen?

Erhöhte Trübungswerte können zu verschiedenen negativen Auswirkungen führen:
1) Verminderte Lichtdurchdringung: Dies beeinträchtigt die Photosynthese bei Wasserpflanzen und stört dadurch das gesamte aquatische Ökosystem, das auf Primärproduktion angewiesen ist.
2) Verstopfung von Filtrationssystemen: Schwebstoffe können Filter in Wasseraufbereitungsanlagen verstopfen, was zu höheren Betriebskosten und einer geringeren Aufbereitungseffizienz führt.
3) Zusammenhang mit Schadstoffen: Trübungsverursachende Partikel dienen oft als Träger für schädliche Verunreinigungen wie pathogene Mikroorganismen, Schwermetalle und toxische Chemikalien und stellen somit ein Risiko für die Umwelt und die menschliche Gesundheit dar.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Trübung ein wichtiger Indikator für die Beurteilung der physikalischen, chemischen und biologischen Integrität von Wasserressourcen ist, insbesondere im Rahmen der Umweltüberwachung und des öffentlichen Gesundheitswesens.
Was ist das Prinzip der Trübungsmessung?

Das Prinzip der Trübungsmessung beruht auf der Streuung von Licht beim Durchgang durch eine Wasserprobe mit suspendierten Partikeln. Beim Auftreffen auf diese Partikel wird das Licht in verschiedene Richtungen gestreut, und die Intensität des gestreuten Lichts ist direkt proportional zur Partikelkonzentration. Eine höhere Partikelkonzentration führt zu verstärkter Lichtstreuung und damit zu größerer Trübung.

das Prinzip der Trübungsmessung

Der Prozess lässt sich in folgende Schritte unterteilen:
Lichtquelle: Ein Lichtstrahl, typischerweise erzeugt durch einen Laser oder eine LED, wird durch die Wasserprobe geleitet.
Schwebstoffe: Wenn sich das Licht durch die Probe ausbreitet, bewirkt die Anwesenheit von Schwebstoffen – wie Sedimenten, Algen, Plankton oder Schadstoffen –, dass das Licht in mehrere Richtungen gestreut wird.
Detektion von Streulicht: ANephelometerDas zur Trübungsmessung verwendete Instrument detektiert das Licht, das unter einem Winkel von 90 Grad zum einfallenden Strahl gestreut wird. Diese Winkelmessung ist aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit gegenüber partikelinduzierter Streuung die Standardmethode.
Messung der Streulichtintensität: Die Intensität des Streulichts wird quantifiziert, wobei höhere Intensitäten auf eine größere Konzentration suspendierter Partikel und folglich auf eine höhere Trübung hinweisen.
Trübungsberechnung: Die gemessene Streulichtintensität wird in Nephelometrische Trübungseinheiten (NTU) umgerechnet. Dadurch erhält man einen standardisierten Zahlenwert, der den Grad der Trübung angibt.
Womit wird die Trübung von Wasser gemessen?

Die Messung der Wassertrübung mithilfe optischer Trübungssensoren ist in modernen Industrieanwendungen weit verbreitet. Typischerweise wird ein multifunktionales Trübungsmessgerät benötigt, um Messwerte in Echtzeit anzuzeigen, eine regelmäßige automatische Sensorreinigung zu ermöglichen und bei abweichenden Messwerten Warnmeldungen auszugeben. Dadurch wird die Einhaltung der Wasserqualitätsstandards sichergestellt.

Online-Trübungssensor (Messbares Meerwasser)

Unterschiedliche Betriebsumgebungen erfordern unterschiedliche Lösungen zur Trübungsmessung. In der häuslichen Trinkwasserversorgung, in Wasseraufbereitungsanlagen sowie an den Ein- und Auslaufstellen von Trinkwasseranlagen werden überwiegend hochpräzise Trübungsmessgeräte mit niedrigem Messbereich und engem Messbereich eingesetzt. Dies liegt an den strengen Anforderungen an niedrige Trübungswerte in diesen Bereichen. Beispielsweise schreibt die Norm für Leitungswasser an den Auslaufstellen von Wasseraufbereitungsanlagen in den meisten Ländern einen Trübungswert unter 1 NTU vor. Obwohl Schwimmbadwasseruntersuchungen seltener durchgeführt werden, erfordern auch sie, wenn sie durchgeführt werden, sehr niedrige Trübungswerte und somit typischerweise den Einsatz von Trübungsmessgeräten mit niedrigem Messbereich.

Trübungsmessgeräte für niedrige Messbereiche TBG-6188T

Im Gegensatz dazu benötigen Anwendungen wie Kläranlagen und industrielle Abwassereinleitungen Trübungsmessgeräte mit hohem Messbereich. Das Wasser in diesen Umgebungen weist häufig erhebliche Trübungsschwankungen auf und kann beträchtliche Konzentrationen an Schwebstoffen, kolloidalen Partikeln oder chemischen Ausfällungen enthalten. Die Trübungswerte überschreiten oft die oberen Messgrenzen von Geräten mit niedrigem Messbereich. Beispielsweise kann die Trübung im Zulauf einer Kläranlage mehrere hundert NTU erreichen, und selbst nach der Vorbehandlung ist die Überwachung der Trübungswerte im Bereich von einigen zehn NTU weiterhin erforderlich. Trübungsmessgeräte mit hohem Messbereich arbeiten üblicherweise nach dem Prinzip des Verhältnisses von gestreuter zu transmittierter Lichtintensität. Durch den Einsatz von Techniken zur Erweiterung des dynamischen Bereichs erreichen diese Geräte Messbereiche von 0,1 NTU bis 4000 NTU bei einer Genauigkeit von ±2 % des Messbereichsendwertes.

Industrieller Online-Trübungsanalysator

In spezialisierten Industriezweigen wie der Pharma- und Lebensmittelindustrie werden noch höhere Anforderungen an die Genauigkeit und Langzeitstabilität von Trübungsmessungen gestellt. Diese Branchen setzen häufig Zweistrahl-Trübungsmessgeräte ein, die einen Referenzstrahl zur Kompensation von Störungen durch Lichtquellenvariationen und Temperaturschwankungen nutzen und so eine gleichbleibende Messzuverlässigkeit gewährleisten. Beispielsweise muss die Trübung von Injektionswasser typischerweise unter 0,1 NTU liegen, was hohe Anforderungen an die Empfindlichkeit und Störfestigkeit der Messgeräte stellt.
Mit dem Fortschritt der IoT-Technologie (Internet der Dinge) werden moderne Trübungsmesssysteme zunehmend intelligenter und vernetzter. Die Integration von 4G/5G-Kommunikationsmodulen ermöglicht die Echtzeitübertragung von Trübungsdaten an Cloud-Plattformen und erleichtert so Fernüberwachung, Datenanalyse und automatische Benachrichtigungen. Beispielsweise hat ein kommunales Wasserwerk ein intelligentes Trübungsmesssystem implementiert, das die Trübungsdaten am Auslauf mit dem Wasserverteilungsleitsystem verknüpft. Bei Erkennung abnormaler Trübung passt das System die Chemikaliendosierung automatisch an, was zu einer Verbesserung der Wasserqualität von 98 % auf 99,5 % und einer gleichzeitigen Reduzierung des Chemikalienverbrauchs um 12 % führt.
Ist Trübung dasselbe wie die Gesamtmenge an suspendierten Feststoffen?

Trübung und Gesamtgehalt an suspendierten Feststoffen (TSS) sind verwandte Konzepte, aber nicht dasselbe. Beide beziehen sich auf im Wasser suspendierte Partikel, unterscheiden sich aber darin, was sie messen und wie sie quantifiziert werden.
Die Trübung misst die optischen Eigenschaften von Wasser, genauer gesagt, wie viel Licht von Schwebstoffen gestreut wird. Sie misst nicht direkt die Anzahl der Partikel, sondern vielmehr, wie viel Licht von diesen Partikeln blockiert oder abgelenkt wird. Die Trübung wird nicht nur von der Partikelkonzentration beeinflusst, sondern auch von Faktoren wie Größe, Form und Farbe der Partikel sowie der Wellenlänge des verwendeten Messlichts.

Industrielles Messgerät für Gesamtfeststoffe (TSS)

Gesamte suspendierte FeststoffeDie Gesamtschwebstoffkonzentration (TSS) misst die tatsächliche Masse der suspendierten Partikel in einer Wasserprobe. Sie quantifiziert das Gesamtgewicht der im Wasser suspendierten Feststoffe, unabhängig von deren optischen Eigenschaften.
Die Bestimmung der Gesamtmenge suspendierter Feststoffe (TSS) erfolgt durch Filtration eines bekannten Wasservolumens durch einen Filter (üblicherweise mit bekanntem Gewicht). Nach der Filtration werden die auf dem Filter verbliebenen Feststoffe getrocknet und gewogen. Das Ergebnis wird in Milligramm pro Liter (mg/L) angegeben. Die TSS korreliert direkt mit der Menge der suspendierten Partikel, gibt aber keine Auskunft über die Partikelgröße oder deren Lichtstreuung.
Hauptunterschiede:
1) Art der Messung:
Trübung ist eine optische Eigenschaft (wie Licht gestreut oder absorbiert wird).
Die Gesamtmenge suspendierter Feststoffe (TSS) ist eine physikalische Größe (die Masse der im Wasser suspendierten Partikel).
2) Was sie messen:
Die Trübung gibt einen Hinweis darauf, wie klar oder trüb das Wasser ist, sagt aber nichts über die tatsächliche Masse der Feststoffe aus.
TSS ermöglicht eine direkte Messung der Feststoffmenge im Wasser, unabhängig davon, wie klar oder trüb es aussieht.
3) Einheiten:
Die Trübung wird in NTU (Nephelometrischen Trübungseinheiten) gemessen.
Der TSS-Wert wird in mg/L (Milligramm pro Liter) gemessen.
Sind Farbe und Trübung dasselbe?

Farbe und Trübung sind nicht dasselbe, obwohl beides das Aussehen des Wassers beeinflusst.

Online-Farbmessgerät für Wasserqualität

Hier liegt der Unterschied:
Die Farbe des Wassers wird durch gelöste Stoffe wie organische Substanzen (z. B. verrottendes Laub) oder Mineralien (z. B. Eisen oder Mangan) verursacht. Selbst klares Wasser kann gefärbt sein, wenn es gelöste Farbstoffe enthält.
Trübung bezeichnet die Eintrübung oder Trübung des Wassers, die durch suspendierte Partikel wie Ton, Schlamm, Mikroorganismen oder andere feine Feststoffe verursacht wird. Sie misst, wie stark die Partikel das durch das Wasser hindurchtretende Licht streuen.
Zusamenfassend:
Farbe = gelöste Substanzen
Trübung = Schwebstoffe