Einleitung
Wasser- und Abwasserbetreibern stehen verschiedene Testverfahren und -methoden zur Verfügung. Diese reichen von kolorimetrischen, titrimetrischen, elektrometrischen (Messgerät und Sonde), turbimetrischen, nephelometrischen und demonstrativen Methoden. Oftmals können mehrere dieser Methoden zur Messung einer einzelnen unbekannten Größe (Parameter) eingesetzt werden. Beispielsweise kann der Chlorgehalt kolorimetrisch, titrimetrisch oder elektrometrisch gemessen werden. Welche Methode eignet sich am besten für Ihre Anwendungen? Lassen Sie uns zunächst diese Methoden definieren, Beispiele für jede Methode nennen, die Einschränkungen jeder Methode kennenlernen und dann entscheiden, welche Methode (Testkit) (Verfahren) für Ihre Anforderungen am besten geeignet ist.
Der entscheidende Punkt hierbei ist, das Testverfahren zu wählen, das Ihren Anforderungen in Bezug auf folgende Punkte am besten entspricht:
- Genauigkeit
- Kosten (Anschaffungskosten und Kosten pro Test)
- Erforderliche Fachkenntnisse
- Wiederholbarkeit
- Transportfähigkeit
- Entscheidungsgrundlage der gewonnenen Informationen
- Sicherheit und Entsorgung der Reagenzien
- Sind die Ergebnisse berichtsfähig?
Denken Sie daran, dass die vollständigsten, zuverlässigsten und genauesten Informationen, die Sie aus Ihren Tests gewinnen, Ihnen die Entscheidungsgrundlage liefern, um Ihre Wasser- oder Abwassersysteme zu überwachen, betriebliche Änderungen vorzunehmen und die Genehmigungsauflagen und staatlichen Vorschriften zu erfüllen.
Kolorimetrische Methoden
Definiert als die Messung eines Parameters, dessen Konzentration direkt proportional zur Farbentwicklung und -intensität nach Zugabe einer bekannten Menge an Reagenzien (Chemikalien) ist. In Fällen wie bei Chlorresten erfolgt die Reaktion fast sofort, und die Ergebnisse können sofort bestimmt werden. Andere Tests, wie z. B. Nitrate und Phosphate, erfordern aufgrund der beteiligten chemischen Prozesse möglicherweise eine Wartezeit von 5 bis 10 Minuten, bevor die volle Farbentwicklung erreicht ist.
Einige einzigartige kolorimetrische Tests reagieren umgekehrt. Das heißt: Je stärker die Farbentwicklung, desto geringer die Konzentration eines bestimmten Parameters. Beispiele hierfür sind Fluorid und einige Ozon-Testmethoden. Um die Konzentration zu bestimmen, wird die in der Probe entwickelte Farbe entweder visuell mit den vom Hersteller bereitgestellten Standards (Farbkomparator) verglichen oder in ein Photometer, Kolorimeter oder Spektralphotometer eingesetzt, um die Ergebnisse direkt auf einer Messskala oder digital über eine diskrete Anzeige anzuzeigen. Die erhaltenen Ergebnisse werden in Teilen pro Million (ppm), Milligramm pro Liter (mg/L), Grains pro Gallone (gpg) usw. angegeben.
Einschränkungen des visuellen Vergleichs
Individuelle Unterschiede in der Fähigkeit, die Farbintensität zu erkennen Hintergrundbeleuchtung. Die meisten Hersteller formulieren ihre Farbstandards unter Verwendung von natürlichem Tageslicht. Glühlampenlicht, fluoreszierendes Licht und direktes Sonnenlicht sind nicht zulässig und können zu Fehlern führen. Farbenblindheit ist ein eindeutiges Problem bei visuellen Farbvergleichsmethoden. Bei bestimmten Farben sind Abweichungen extrem schwer zu erkennen. Beispiel: Gelbtöne und einige Blautöne. Trotz der oben beschriebenen Einschränkungen sind visuelle Farbvergleichsmethoden kostengünstig, im Allgemeinen einfach zu verwenden, praktisch verpackt und auf Einfachheit ausgelegt. Einige visuelle Testergebnisse können für Genehmigungszwecke gemeldet werden. Erkundigen Sie sich bei Ihrer örtlichen Aufsichtsbehörde. Die kalorimetrische Methode unter Verwendung eines Photometers, Kolorimeters oder Spektralphotometers bietet einen einzigartigen Vorteil. Viele Messgeräte sind batteriebetrieben und dank ihrer praktischen Verpackung leicht zu transportieren. Kurz beschrieben erfolgt der Betrieb so, dass ein Lichtstrahl durch die Probe geleitet wird. Je nach Farbintensität wird das Licht durch die Probe hindurchgelassen und von einer Fotodiode erfasst. Mithilfe von Elektronik werden die Ergebnisse auf einem Messgerät angezeigt, entweder direkt in Konzentration oder als Prozentsatz des durchgelassenen Lichts. Die Vorteile der Instrumentierung sind: - keine visuelle Interpretation durch den Bediener erforderlich - keine Berücksichtigung der Hintergrundbeleuchtung erforderlich - letztendlich höhere Genauigkeit
Natürlich kann die Verwendung eines Messgeräts zum „Ablesen” der Farbentwicklung anfangs teurer sein. Kolorimetrische Testmethoden bieten die Möglichkeit, Ergebnisse sofort zu liefern, und können eine Vielzahl gängiger Parameter testen. Es sind Tests für Chlor, Eisen, Mangan, Kupfer, Zink, Aluminium, Fluorid, Ozon, Nitrate, Phosphate, Sulfide und viele weitere verfügbar. Wägen Sie die Vor- und Nachteile sowie die allgemeinen Anforderungen ab, bevor Sie Ihre Entscheidung treffen.
Titrimetrische Methoden
Es wird eine Probe entnommen und mit Reagenzien versetzt, um eine Farbe zu erzeugen. In diesem Fall wird das Reagenz als Indikatorreagenz bezeichnet. Ein Titriermittel oder ein Reaktionsreagenz wird tropfenweise zugegeben, bis eine Farbänderung eintritt. Der Punkt, an dem sich die Farbe ändert, wird als Endpunkt bezeichnet.
Für titrimetrische Methoden gibt es eine Reihe von Titrantendosiergeräten: Tropfenzählung, bei der ein kalibrierter Tropfer Tropfen gleicher Größe abgibt. Sobald der Endpunkt erreicht ist, wird die Anzahl der zum Erreichen des Endpunkts erforderlichen Tropfen gezählt und mit einem Umrechnungsfaktor multipliziert. Beispiel: Ein Tropfen entspricht 5 ppm.
Laborbüretten, automatische Büretten – die in der Regel nicht tragbar sind. Diese Dosiervorrichtung verfügt über eine kalibrierte Skala am Zylinder. Das Titriermittel wird bis zum Erreichen des Endpunkts dosiert. Das verwendete Volumen wird dann von der kalibrierten Skala abgelesen. In vielen Fällen entspricht die Anzahl der verwendeten Milliliter dem Testergebnis in ppm. Direkt ablesbare Mikrobürette, eine kalibrierte Mikrobürette in Spritzengröße, die das Titriermittel bis zum Erreichen des Endpunkts dosiert. Die Ergebnisse werden in der Regel direkt von der kalibrierten Skala in ppm abgelesen. Dieses Verfahren ist wie die Tropfenzählmethoden vollständig tragbar.
Digitale Titratoren, bei denen das Titriermittel aus einer Kartusche in ein Mikro-Dosiergerät eingefüllt wird. Die dosierte Menge wird auf einer digitalen Skala abgelesen, in der Regel in ppm. Titrationsmethoden sind in der Regel recht kostengünstig und werden in vielen Verfahren bevorzugt eingesetzt. Typische Tests für Säuregehalt, Alkalität, Kohlendioxid, Härte, gelösten Sauerstoff und Chlor gehören zu den gängigsten. Auch hier sind eine praktische Verpackung und Einfachheit der Schlüssel zu ihrer Portabilität und Genauigkeit. Diese Methode wird zur Bestimmung der Korrosion in Wasserversorgungssystemen bevorzugt und bietet dem Betreiber eine einfache und kostengünstige Möglichkeit, die Anforderungen an Blei/Kupfer zu erfüllen.
Turbidimetrische Methoden
Einige spezielle Testverfahren verwenden keine Farbe zur Ermittlung der Ergebnisse. Es wird eine Probe entnommen und ein Reagenz hinzugefügt, das die Probe trüb oder wolkig macht. Je größer die Trübung, desto höher die Konzentration. Trübungsmessende Methoden können wie kolorimetrische Methoden mit einem visuellen Komparator oder mit einem Kolorimeter (Messgerät) „abgelesen” werden. Auch hier werden die Ergebnisse in ppm oder mg/l angegeben. Typische Tests, bei denen diese Methode zum Einsatz kommt, sind Kalium- und Sulfatmessungen. Auch diese Methode ist vollständig tragbar und kann bequem als Kit verpackt werden.
Elektrometrische Methoden
Bei einer der am häufigsten verwendeten Methoden wird eine Elektrode in eine Probe eingeführt. Es wird ein kleiner Strom oder eine kleine Spannung erzeugt, die elektronisch verstärkt und auf einer Messskala abgelesen wird. Typische Tests sind hier pH-Wert und Leitfähigkeit, aber mit ionenspezifischen Elektroden (ISE) können eine Vielzahl von Parametern gemessen werden, darunter Kalzium, Nitrate, Chlor usw.
Nahezu jedes elektrometrische Verfahren erfordert eine Kalibrierung des Messgeräts und/oder eine Vorbehandlung der Probe. Beispiele hierfür sind die 4-, 7- und 10-pH-Puffer, die zur Kalibrierung von pH-Messgeräten verwendet werden. Im Allgemeinen sind elektrometrische Verfahren aufgrund der Elektrodensysteme zunächst kostspieliger und erfordern ein höheres Maß an Sorgfalt und Wartung.
Heute sind kostengünstige Taschen-pH-, Leitfähigkeits- und ORP-Messgeräte auf dem Markt erhältlich. Auch wenn sie für den einmaligen Gebrauch konzipiert sind, müssen sie mit großer Sorgfalt verwendet und durchgeführt werden. Ja, diese Taschenmessgeräte sind kostengünstig im Vergleich zu kolorimetrischen oder titrimetrischen Verfahren. Sie sind in der Regel nicht für Berichtszwecke geeignet, aber ideal für schnelle Systemprüfungen.
Nephelometrische Verfahren
Dieses Verfahren ist speziell für die Trübung von Wasser geeignet. Die Schwebstoffe in der Probe werden mit einem speziell entwickelten Messgerät gemessen, das einen fokussierten Lichtstrahl durch die Wasserprobe sendet. Schwebstoffe, Schmutz und Schlamm streuen das Licht. Die Streuung wird von einer Fotodiode in einem Winkel von 90° zur Lichtquelle gemessen. Die Ergebnisse werden in nephelometrischen Trübungseinheiten (NTU) angegeben und sind eher qualitativ als quantitativ. Für den Einsatz vor Ort sind tragbare, batteriebetriebene Geräte erhältlich. Private und kommunale Wasseraufbereitungssysteme, die Oberflächenwasser aus Seen, Flüssen usw. nutzen, müssen die Trübung regelmäßig messen, um verschiedene Wasseraufbereitungssysteme wie Absetzbecken und Sandfilter zu überwachen. Kontinuierlich messende Trübungsmessgeräte und Aufzeichnungsgeräte sind mittlerweile eher die Regel als die Ausnahme.
Gravimetrische Testmethoden
Hierbei handelt es sich im Wesentlichen um physikalische Testverfahren. Dazu gehören Tests zur Absetzbarkeit von Feststoffen, die in erster Linie als operative Richtwerte im Betrieb in Wasser- und Abfallanlagen verwendet werden. Es wird eine Probe (in der Regel ein Liter) entnommen, gemischt und absetzen gelassen. Imhoff-Kegel und Sedimentationsmesser sind hier gängige Behälter. Die Proben werden in verschiedenen Zeitabständen gemessen, um das Verhältnis von Feststoffen und das Volumen der abgesetzten Feststoffe zu bestimmen. Die Ergebnisse können auf den Betrieb übertragen werden, um die richtige Flockungsmittel-Dosierung und die zu erwartenden Schlammvolumina zu bestimmen sowie den Abfall und den Rücklaufschlamm in Abwasseranlagen anzupassen. Dies sind relativ einfache Testmethoden, für deren Durchführung keine Chemikalien oder Reagenzien erforderlich sind (außer bei der Bestimmung der Flockungsmittel-Dosierung) und die den Betreibern von Wasser- oder Abwasseranlagen wertvolle aktuelle Daten liefern.
Probenahmetechnik
Alle oben beschriebenen Testmethoden erfordern eine geeignete Probe. Die für den Test erforderlichen genauen Probenvolumina sind wichtig. Einige wichtige Punkte, die zu beachten sind. - Wählen Sie den richtigen Punkt im Wassersystem für Ihre Probe. Lassen Sie den Wasserhahn kurz laufen, um eine repräsentative Probe zu erhalten. (Beachten Sie, wenn es sich um eine Erstprobe handelt. Bei Blei oder Kupfer überspringen Sie diesen Schritt.) Gießen Sie die richtige Probenmenge in das Reagenzglas oder den Behälter. Genaue Ergebnisse erfordern genaue Probenmengen. - Entsorgen Sie nach Abschluss des Tests die Reagenzien/Proben ordnungsgemäß und reinigen Sie alle Reagenzgläser gründlich. - Befolgen Sie genau die Anweisungen des Testkit-Herstellers. Ändern Sie das Verfahren nicht, um es Ihren Bedürfnissen anzupassen, und nehmen Sie keine Abkürzungen, die zu verfälschten Ergebnissen führen könnten. - Mischen Sie keine Reagenzien verschiedener Hersteller, insbesondere kolorimetrische, es sei denn, sie haben genau die gleiche Konzentration.
Zusammenfassung
Wir haben uns kurz sechs Wassertestmethoden angesehen, die von Wasser- und Abwasserbetreibern verwendet werden können. Welche ist die richtige für Sie? - Eine sorgfältige Prüfung der Tests ist erforderlich. - Wählen Sie die Testmethode, die Ihrem Kenntnisstand entspricht. - Welche Genauigkeit benötigen Sie? Informieren Sie sich über die Einschränkungen des Tests. - Vergleichen Sie die Kosten des Testkits (der Methode) mit den erwarteten Ergebnissen. - Suchen Sie auf dem Markt nach Herstellern von Testgeräten und -kits. Informieren Sie sich über deren Produkte. - Anforderungen an die Sicherheit und die Entsorgung von Reagenzien. - Sind die Ergebnisse meldepflichtig, entspricht das Verfahren den Standardmethoden oder dem EPA-Handbuch? Staatlich zugelassen?
Sicherheits- und Umweltfaktoren
Viele Testkits und -geräte enthalten gefährliche Reagenzien. Lesen Sie alle sicherheitsrelevanten Anweisungen. Prüfen Sie die Testverfahren gründlich, bevor Sie den Test durchführen. Informieren Sie sich anhand der vom Hersteller bereitgestellten Sicherheitsdatenblätter (MSDS) über spezifische Gefahren und die Entsorgung von Abfallreagenzien. Informieren Sie sich über die Haltbarkeit bestimmter Reagenzien und ersetzen Sie diese bei Bedarf. Einige Reagenzien für Schwermetall-Testkits sind für die Wasseruntersuchung zu Hause verboten. Tests auf Blei, Cadmium, Quecksilber usw. können extrem gefährliche Materialien wie Tetrachlorkohlenstoff und Natriumcyanid enthalten. Überlassen Sie diese Tests einem externen zertifizierten Labor. Fast alle hier definierten und beschriebenen Testmethoden sind gängige anorganische Tests. Tests auf Pestizide, aromatische Kohlenwasserstoffe (Benzole), PCB und Ähnliches sollten ebenfalls einem qualifizierten, zertifizierten Labor mit der entsprechenden Ausrüstung überlassen werden.
