Überwachung von Trinkwasserleitungen in Städten: Wie erkennt ein Wasserqualitätsanalysator Trübung und Restchlor, um die Trinkwasserqualität am Endpunkt sicherzustellen?
Die Überwachung von Trübung und Restchlorgehalt mithilfe von Wasserqualitätsanalysatoren ist für die Trinkwasserversorgung unerlässlich. Um ihre zentrale Bedeutung zu verstehen, betrachten wir den größten dokumentierten Ausbruch einer durch Wasser übertragenen Krankheit in der Geschichte der USA. 1993 ermöglichte ein plötzlicher Anstieg der Trübung dem chlorresistenten Parasiten Cryptosporidium, in das Trinkwasser zu gelangen. Die Folge waren 400.000 Erkrankungen und über hundert Todesfälle.
Dies unterstreicht die Bedeutung der Trübungsüberwachung, da bereits geringfügige Veränderungen die Wirksamkeit der Chlordesinfektion beeinträchtigen können. Ähnliche Vorfälle gab es beispielsweise bei der Typhusausrottung in Jersey City nach der Einführung von Chlor im Jahr 1908 und beim E.-coli-Ausbruch in Walkerton, Kanada, aufgrund unzureichender Chlorwerte im Jahr 2000. Stand 2015 waren weltweit mindestens zwei Milliarden Menschen auf fäkalienbelastete Trinkwasserquellen angewiesen, was jährlich zu 502.000 Todesfällen durch Durchfallerkrankungen führte.
Dieser Artikel soll Ihnen helfen zu verstehen, welche entscheidende Rolle Trübung und Chlorgehalt für die Sicherheit von Trinkwasser in kommunalen Einrichtungen spielen. Außerdem wird erläutert, welche Wasseranalysegeräte sich ideal für die Datenerfassung und -überwachung in Echtzeit eignen.
Was ist Trübung und warum ist sie bei Trinkwasser wichtig?
Trübungsdefinition
Trübung ist ein Maß für die Eintrübung des Trinkwassers. Diese Geräte nutzen optische Technologie, um für das menschliche Auge unsichtbare Schwebstoffe zu erkennen. Zu den möglichen Ursachen gehören:
- Anorganische Materialien: Schluff, Ton und feine Mineralien.
- Organische Materialien: Algen, Plankton und verrottende Pflanzenreste.
- Mikroorganismen: Bakterien, Viren und Protozoen.
Die Trübung wird in nephelometrischen Trübungseinheiten (NTU) gemessen. Praktisch gesehen erfasst der Sensor, wie viel Licht von den Partikeln im Wasser unter einem Winkel von 90° gestreut wird.
Auswirkungen der Trübung auf Gesundheit und Sicherheit
Das Problem bei hoher Trübung liegt nicht in der Klarheit des Wassers, sondern in der Wechselwirkung der Trübungspartikel mit anderen Schadstoffen im Wasser. Eine Zunahme der Trübung führt zu folgenden Problemen:
- Schutz vor Krankheitserregern durch Verhinderung des Eindringens von UV-Licht oder Chlor in die Mikroben.
- Zusammenhang zwischen Krankheit und vermehrtem Auftreten von Magen-Darm-Erkrankungen.
- Verminderte Wirksamkeit von Chlor durch Verbrauch mit Nichtzielsubstanzen.
Regulatorische Anforderungen
- Die EPA-Standards fordern einen Wert von ≤0,3 NTU in 95 % der monatlichen Proben und einen Wert von 1 NTU, der niemals überschritten werden darf.
- Die WHO empfiehlt gemäß ihren Richtlinien Werte < 1 NTU für eine effektive Chlorierung.
Die Bedeutung von Restchlor bei der Wasserdesinfektion
Restchlor und Schutz
Chlor ist ein Desinfektionsmittel. Es oxidiert Mikroorganismen, zerstört deren Zellwände und schädigt lebenswichtige Enzyme und DNA. Dadurch werden Bakterien, Viren und Parasiten abgetötet. Die anfängliche Chlorkonzentration ist hoch genug, um das Wasser direkt an der Quelle zu desinfizieren und hinterlässt Restchlor, das für folgende Zwecke im Wasser verbleibt:
- Mikrobielles Nachwachsen
- Äußere Kontamination
- Biofilmkontrolle
Wartung und Überwachung
Um sicherzustellen, dass das Chlor seine Wirkung entfaltet und gleichzeitig in einem Bereich bleibt, der das Trinkwasser schmackhaft hält, gelten folgende Bereiche:
- Das Leitungswasser der Verbraucher sollte einen Chlorgehalt von 0,2-0,5 mg/L aufweisen.
- Die EPA legt einen maximalen Restdesinfektionsmittelgehalt (MRDL) von 4,0 mg/L fest.
- Mindestens 95 % der monatlich im gesamten Vertriebsnetz entnommenen Proben sollten nachweisbare Rückstände aufweisen.
Faktoren, die den Chlorgehalt beeinflussen
Der Chlorgehalt ist nicht überall gleich. Er nimmt mit zunehmender Entfernung innerhalb der Trinkwasserleitungen ab. Folgende Faktoren führen zu diesem Konzentrationsabfall:
- Hohe Temperatur
- Unbeschichtetes Eisenrohr
- Stehendes Wasser
Geeignete Wasserqualitätsanalysatoren für kommunales Trinkwasser
Das Verteilungsnetz kann lang und komplex sein; daher benötigen wir die richtige Kombination von Sensoren, um eine lückenlose Überwachung zu gewährleisten. Es gibt zahlreiche Optionen, von denen einige eine hohe Auflösung bieten, während andere eine schnelle Analyse zu geringen Kosten ermöglichen. Hier sind die am häufigsten verwendeten Arten von Wasserqualitätsanalysatoren:
Trübungsmesstechnologien
- Online-Nephelometrie-Analysatoren : Ideal für die Messung niedriger Konzentrationen zwischen 0 und 50 NTU. Sie verfügen über Entschäumungskammern für präzise Messwerte, die nicht durch Blasen im Wasser beeinträchtigt werden.
- Digitale Trübungssensoren: Diese Sensoren zeichnen sich durch höchste Genauigkeit mit einer Nachweisgrenze von 0,001 NTU aus. Ideal für sekundäre Versorgungsknoten.
Technologien zur Messung von Restchlor
- Amperometrische Analysatoren: Dies sind elektrodenbasierte Detektoren mit Temperatur- und pH-Kompensation zur präzisen Chlorbestimmung. Ihr Messbereich liegt zwischen 0 und 1 mg/L.
- Kolorimetrische DPD-Analysatoren. Es handelt sich um eine Automatisierung der standardmäßigen kolorimetrischen Tests. Sie sind äußerst zuverlässig und verfügen über Alarmfunktionen.
Erweiterte Integration und IoT
- Integrierte Multiparameter-Analysatoren : Für eine Komplettlösung zur Analyse von Trinkwasser im Haushalt, einschließlich Trübung, Chlor und pH-Wert, sind integrierte Multiparameter-Wasserqualitätsanalysatoren die beste Wahl.
- IoT-fähige Sensoren: Für Echtzeitüberwachung und Fernübertragung von Daten mit Selbstreinigungsfunktionen sollten Sie IoT-fähige Sensoren in Betracht ziehen.
Wie Wasserqualitätsanalysatoren Trübung und Chlor nachweisen
Trübungswasserqualitätsanalyse
Die am weitesten verbreitete und anerkannte Methode zur Trübungsmessung ist die Nephelometrie. Sie nutzt die Lichtstreuung, um Partikel nachzuweisen. Das gängigste Verfahren ist das bereits erwähnte 90°-Prinzip. Eine Lichtquelle, beispielsweise eine LED oder eine Wolframlampe, durchdringt die Wasserprobe. Sensoren sind so positioniert, dass das Licht nach der Reflexion an unerwünschten Partikeln im rechten Winkel auf den Sensor trifft. Typischerweise liegt die Messgenauigkeit bei etwa ±0,015 NTU.
Chlorwasserqualitätsanalyse
In einer kommunalen Trinkwasserleitung sind Wasserqualitätsanalysatoren, die freies Chlor nachweisen, ideal. Freies Chlor tötet Bakterien und Krankheitserreger ab. Zwei gängige Methoden sind die amperometrische Titration und die DPD-Kolorimetrie. Die amperometrische Titration, ein elektromagnetisches Verfahren, ist die schnellere und kostengünstigere Lösung. Dabei messen Elektroden den Strom, der durch die Reduktion von Chlor entsteht. Der erzeugte Strom ist direkt proportional zum Restchlorgehalt im Wasser. Die Geräte sind für die kontinuierliche Überwachung und Berichterstattung im niedrigen Konzentrationsbereich von 0 bis 1 mg/l ausgelegt.
Integration in städtische Rohrleitungen zur Echtzeitüberwachung
Lassen Sie uns den Prozess der Bestimmung von Restchlor und Trübung in leicht verständliche Schritte unterteilen.
Schritt 1: Überprüfen Sie die Quelle, indem Sie die Wasserqualitätsanalysatoren zur Messung von Trübung und Restchlor am Eintrittspunkt installieren.
Schritt 2: Verwenden Sie mechanische Integrationen, um sicherzustellen, dass die Sensoren über spezielle Rohrverbindungen verfügen, um weiterhin effektiv Proben aufnehmen zu können.
Schritt 3: Verbinden Sie alle Analysatoren mithilfe von Protokollen wie Modbus mit dem SCADA-System.
Schritt 4: Stellen Sie sicher, dass Detektoren vorhanden sind, um Netzwerkausläufer wie Sackgassen zu überwachen.
Schritt 5: Umwelteinflüsse wie pH-Wert und Temperatur kompensieren
Schritt 6: Anomalien erkennen und darauf reagieren, indem Alarme für Spitzenwerte und höhere, von der EPA und der WHO definierte, unzulässige Werte eingerichtet werden.
Schritt 7: Maschinelles Lernen nutzen, um saisonale Muster zu erkennen und einen proaktiven Ansatz zu entwickeln.
Abschluss
Die plötzliche Verunreinigung der städtischen Trinkwasserleitung kann für die Verwaltung verheerende Folgen haben. Daher ist der Einsatz fortschrittlicher Techniken unerlässlich. Die Kombination hochentwickelter Sensoren mit Echtzeitüberwachung mittels KI zur Mustererkennung ist die beste Lösung. Sie benötigen geeignete Armaturen, passende Sensoren, ein SCADA-System, Ferndatenübertragung und Alarmschwellenwerte gemäß den Vorgaben der EPA und der WHO.
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