Muchas plantas de tratamiento de agua utilizan instrumentos en línea que miden UV254 o el color para cuantificar los compuestos orgánicos en el agua sin tratar con el fin de controlar la coagulación. Estos instrumentos cuentan con un método para eliminar el efecto de la
turbidez en la medición de
UV254 o del
color real. Sin esta característica, las lecturas de UV254 y color reflejarían siempre la absorbancia de los compuestos orgánicos presentes en el agua sin tratar y la luz perdida debido a la difracción por partículas que se observan como turbidez. Estos dos efectos, la absorción y la difracción, no pueden separarse midiendo solo una longitud de onda, por lo que siempre es necesaria una medición de compensación de la turbidez.
Para medir con precisión los compuestos orgánicos en el agua sin tratar, se debe utilizar un mecanismo robusto de compensación de la turbidez.
Enfoques convencionales para la compensación de la turbidez
La mayoría de los instrumentos en línea para el control de la coagulación en agua sin tratar miden la absorbancia del agua en dos longitudes de onda: la longitud de onda de interés (254 nm para UV254 y normalmente 400 nm para el color) y una medición de referencia en una longitud de onda diferente para medir la turbidez. A menudo, esta medición de la longitud de onda de referencia se encuentra en la región visible del espectro electromagnético (por ejemplo, 550 nm). A continuación, el software del instrumento corrige la absorbancia de la medición para la turbidez de la muestra, medida en la longitud de onda de referencia. Cuanto mayor sea la turbidez del agua, mayor será la corrección.
Sin embargo, este enfoque no es perfecto, ya que la turbidez no afecta a todas las longitudes de onda por igual. En lo que respecta a la medición de la turbidez, es bien sabido que la longitud de onda de medición es importante y que diferentes longitudes de onda darán resultados diferentes para la turbidez. Por ejemplo, el uso de una longitud de onda más larga (como la longitud de onda del infrarrojo cercano utilizada en el método estándar de turbidez ISO7027) puede hacer que se pasen por alto las partículas más pequeñas.
En lo que respecta a la absorbancia, se aplica el mismo principio: cuanto más corta es la longitud de onda utilizada para la medición, más afecta la turbidez a la absorbancia. Al hablar de la medición en línea de UV254 y el color, un fabricante de instrumentos debe decidir cómo aplicará su medición de compensación de turbidez de referencia a la propia longitud de onda de medición.
¿Asumen que cualquier absorbancia en la longitud de onda de medición de referencia debe restarse solo de la absorbancia de la longitud de onda de medición? ¿O intentan aplicar un factor para tener en cuenta el hecho de que la absorbancia en una longitud de onda de medición más baja puede ser diferente a la de la medición de referencia debido a la turbidez?
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El efecto de diferentes niveles de turbidez en diferentes longitudes de onda. En la imagen superior se muestra el espectro de absorción de varios estándares de turbidez diferentes y se observa claramente que la turbidez no afecta a todas las longitudes de onda por igual. No hay otras especies absorbentes en la muestra.
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Estos gráficos muestran cómo un simple enfoque de compensación de la turbidez por sustracción, tal y como recomienda la norma DIN 38404-32, no es suficiente. A 10 NTU, por ejemplo, la absorción a 254 nm es de 18.4 Abs/m, pero la absorción a 550 nm es de 1.29 Abs/m. Los fabricantes deben hacer algo más complejo para determinar el efecto de la turbidez en la longitud de onda de medición. Utilizando los datos anteriores, se podría argumentar que, con solo multiplicar la medición de referencia por 15, se puede establecer el factor correcto que se debe aplicar a la longitud de onda de medición.
Sin embargo, a niveles de turbidez más altos, esta relación se rompe.
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A 100 NTU, la absorbancia en la longitud de onda de medición (254 nm) es de alrededor de 80 Abs/m, pero en la medición de referencia (550 nm) es de 7.3 Abs/m, el factor de compensación ha disminuido, por lo que utilizar nuestro factor de correccion x15 ya no es preciso, x10 sería más apropiado.
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En muestras reales de agua sin tratar, la variedad de dispersión de partículas de diferentes tamaños y formas complica aún más la relación.
Enfoque alternativo para la compensación de la turbidez
El enfoque alternativo al uso de un mecanismo de compensación de la turbidez de una sola longitud de onda consiste en utilizar la absorbancia de todo el espectro UV-Vis y aplicar un algoritmo a este espectro para tener en cuenta la contribución de la turbidez. Esto permite generar un espectro compensado por turbidez a partir del cual se pueden definir simultáneamente múltiples parámetros compensados por turbidez.
Este método utiliza una ecuación matemática que describe la relación entre la dispersión causada por la turbidez y la longitud de onda en función del diámetro de las partículas. El efecto fue descrito por primera vez por Gustav Mie en 1908 y se conoce como dispersión de Mie. Las implicaciones prácticas de este efecto para la medición de la turbidez fueron publicadas por Huber y Frost en 1998 e incluyen la conocida forma espectral causada por los sólidos en suspensión, que depende tanto de la longitud de onda como del diámetro de las partículas.
Las diferentes aplicaciones suelen tener diferentes tipos de partículas/distribuciones de tamaño, por lo que es necesario disponer de diferentes algoritmos para diferentes aplicaciones. Mediante este enfoque, se pueden obtener lecturas más precisas para parámetros como UV254 (filtración posterior a la muestra) y color verdadero.
La sonda para espectrómetro s::can spectro::lyser V3, diseñada inicialmente para el monitoreo remoto en aplicaciones de aguas superficiales, fue el primer sensor espectrofotómetro UV-Vis en línea de doble haz totalmente sumergible del mundo. Ampliamente implementado en todo el mundo en una amplia gama de aplicaciones, el sensor puede medir cualquier cosa en el agua que pueda determinarse mediante espectroscopia UV o visible, incluyendo nitratos, compuestos orgánicos (carbono orgánico disuelto y carbono orgánico total), color verdadero y más. La plataforma del sensor utiliza un mecanismo de compensación de turbidez de longitud de onda múltiple en lugar de un enfoque de compensación de turbidez de longitud de onda única. Este mecanismo se aplica a todos los sensores s::can que utilizan la plataforma spectro::lyser, incluidos el nitro::lyser V3 (medición de nitratos), el uv::lyser V3 (medición de longitud de onda UV) y el carbo::lyser V3 (medición de compuestos orgánicos).
Monitoreo UV254 exitoso en el terreno
En una planta de tratamiento de agua donde un spectro::lyser V3 monitorea el agua sin tratar para múltiples parámetros, también se utilizó un instrumento UV254 en línea que utiliza el mecanismo de compensación de turbidez de longitud de onda única.
Cuando la turbidez es baja (<10 NTU), la correlación entre las dos mediciones UV254 se refleja entre sí, con la única excepción de cuando el instrumento X parece desviarse de la lectura del spectro::lyser antes de volver a alinearse mediante una calibración. Esto se puede observar en los cambios escalonados en la tendencia del instrumento X.
Cuando la turbidez aumenta por encima de 10 NTU, el instrumento X suele registrar valores más altos que la lectura UV254 del spectro::lyser. Esto se debe al mecanismo de compensación de la turbidez utilizado en el instrumento X. Por cada pico de turbidez, el instrumento X registra un valor UV254 más alto que el spectro::lyser y, cuanto mayor es el pico de turbidez, mayor es la diferencia entre las dos mediciones. Cuando la turbidez es baja, los dos instrumentos se correlacionan.
La precisión del espectrómetro y del método de compensación de la turbidez al medir el UV254 se verificó comparando los resultados con el método de laboratorio. La muestra de laboratorio se filtró a través de un filtro de 0.45 micras para eliminar la turbidez antes de medirla con un espectrofotómetro UV a 254 nm. El valorR2 de correlación entre los dos métodos en varias muestras tomadas durante un período de tiempo fue de 0.9896.
La técnica de compensación de sólidos anterior también se ha probado en el monitoreo de agua sin tratar para producir lecturas de color verdadero precisas, incluso cuando los niveles de turbidez superan los 100 NTU.
Conclusión
A la hora de decidir entre un instrumento UV254 o un instrumento de color para el control de la coagulación, es importante tener en cuenta la precisión de la lectura durante un evento de turbidez. La calibración de un sensor UV254 con soluciones estándar como el ftalato de potasio hidrogenado no demuestra su precisión durante eventos de turbidez. La sobreestimación de UV254 puede provocar una sobredosis del coagulante. La dosificación insuficiente puede aumentar el riesgo de formación de subproductos de desinfección. Durante eventos de gran turbidez, esto puede considerarse poco perjudicial para combatir el aumento de la demanda de coagulante asociado al aumento de la turbidez. Sin embargo, la sobreestimación constante de UV254, incluso durante aumentos relativamente pequeños de la turbidez, solo puede provocar costos adicionales de dosificación de productos químicos.
Al elegir un monitor UV254 o de color, a menudo vale la pena comprender la compensación de turbidez utilizada por el instrumento y verificar que sea precisa cuando más la necesita.
