Optiset vedenlaadun kenttämittaukset

HTML
DOWNLOAD

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Optiset vedenlaadun kenttämittaukset"

Joonas Lahti
9 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 Optiset vedenlaadun kenttämittaukset Toimivuus, ongelmat, edut

2 Mittalaitelaboratorio Tutkimusalueet Mekaanisen puun mittaukset Sellun ja paperin mittaukset Fotoniikka Langaton instrumentointi Liikuntateknologian mittaukset Ympäristömittaukset

3 Mittalaitelaboratorio Teknologiat Optinen spektroskopia ja refraktometria Prosessimikroskopia Mikroaaltotekniikka Ultraäänitekniikka Konenäkö Infrapunatekniikka Langattomat teknologiat teollisuudessa

4 Teoria Heijastusmittaus (a) Läpäisymittaus (b,c) Polarisaatiomittaus Sirontamittaus (d) Emissiomittaus (e)

5 Vedenlaadun optinen mittaus UV-Vis-spektrit: Nitraatti, nitriitti Sulfidi, kloridi Kromi, rauta Absorbance UV Vis NO - 2 NO - 3 COD BOD TOC BTEX Colour Turbidity Wavelength (nm)

Vis NO - 2 NO - 3 COD BOD TOC BTEX Colour Turbidity 200

6 Vedenlaadun optinen mittaus Tunnettuja optisesti mitattavia vedenlaadun suureita Väri Sameus UV-Vis-alueella absorboivat sidokset -O-, N, -S-, C=O, C=C

7 Vedenlaadun optinen mittaus NIR CH (alifaattiset ja aromaattiset) NH (proteiinit) OH (alkoholit, vesi) Kiintoaine, N, P, sähkönjohtokyky yms. epäsuoria

8 Vedenlaadun optinen mittaus Kemiallisten määritettyjen suureiden mittaaminen Ei absoluuttisia arvoja Vedenlaadun indeksi

9 Optisten reaaliaikaisten mittausten etuja Mittaus ei vaadi kemikaaleja Vähentää näytteenottovirhettä Työvoimakustannukset alhaiset Muutokset vedenlaadussa havaitaan nopeasti Mahdollistavat tuotantoprosessien optimoinnin ja kemikaalinkulutuksen optimoinnin Useiden suureiden samanaikainen määritys

vedenlaadussa havaitaan nopeasti Mahdollistavat tuotantoprosessien

10 Kehitetty testipenkki NIR UV-Vis Fluoresenssi Kehityksen apuväline Mittausmenetelmät Sensorit Vesien testaamiseen Kenttäkelpoinen

11 Mittauskohteet Paperiteollisuuden prosessivedet Jätevedenpuhdistamon lähtevä vesi Kaivosympäristön vesi

12 Paperiteollisuus Kanaalivedet, UPM:n tehdas Kajaanissa UPM:n jätevedenpuhdistamon selkeytetty vesi

13 Kemiallisen hapenkulutuksen arviointi UV-spektroskopialla Kohteena UPM:n paperitehtaan kanaalivedet Näytteenotto ja laboratoriomittaukset Tutkijana FM Reetaleena Rissanen Reaaliaikainen mittaus Nähdään laatuvaihtelut nopeammin ja täten varmistetaan biologisen jätevedenpuhdistamon toiminta

Tutkijana FM Reetaleena Rissanen Reaaliaikainen mittaus Nähdään

14 Kanaalivesien laatu Paljon erilaisia yhdisteitä pienissä pitoisuuksissa, esim. puun polymeerejä, täyteaineita, prosessikemikaaleja sekä niiden reaktiotuotteita Muodot: suspendoitunut, kolloidaalinen ja liuennut

15 COD (Chemical Oxygen Demand, kemiallinen hapenkulutus) Hapen määrä, joka kuluu hapetettaessa kaikki näytteen orgaaniset yhdisteet epäorgaanisiksi lopputuotteiksi Määrityksessä käytetyn hapettimen kanssa ekvivalenttinen määrä happea, jonka näytteessä oleva liuennut ja suspendoitunut orgaaninen aine kuluttaa määrätyissä olosuhteissa Hapettimet dikromaatti (Cr 2 O 7 2- ) permanganaatti(mno 4- )

hapettimen kanssa ekvivalenttinen määrä happea, jonka näytteessä oleva liuennut ja suspendoitunut

16 Voidaanko COD:ta arvioida UV-Visspektroskopian avulla? UV-mittauksella ei voi saada absoluuttiarvoa vrt. kemialliseen määritykseen Kuitenkin kirjallisuusselvityksen mukaan saatu melko luotettavia tuloksia Mitä spektri kertoo?

17 Tutkimusmenetelmät Näytteenotto eri kanaaleista Hiomo, hiertämö, paperikone, prosessivesisäiliö 7 näytepistettä, 53 näytteenhakukierrosta COD-määritys kyvettitestillä UV-Vis-spektri Laimennettu ( nm), 397 spektriä Laimentamaton ( nm), 201 spektriä Monimuuttujamallinnus

näytteenhakukierrosta COD-määritys kyvettitestillä UV-Vis-spektri

18 UV-Vis-alue ja orgaaniset yhdisteet Alueella näkyvät: Konjugoitunut rakenne C-C=C-C=C, esim. aromaattiset Heikko absorptio: C=O Karbonyyli (ketonit, aldehydit) Mitkä eivät: Alifaattiset amiinit ja aminohapot Hiilihydraatit Tyydyttyneet hiilivedyt Pienet molekyylit

aromaattiset Heikko absorptio: C=O Karbonyyli (ketonit,

19 Tuloksia COD vaihteli mittauspaikasta toiseen ja myös näytteenottokertojen välillä, n mg/l Spektrit ja monimuuttujamallinnus:

20 Toimivuus Kaikille näytteille laimennettu R Laimentamaton R Parempia korrelaatioita yksittäisistä näytekohteista, mutta parhaimmillaankin vain luokkaa 0.7 Suuntaa antavia, mutta pitoisuutta ei voi määritellä luotettavasti

65 Parempia korrelaatioita yksittäisistä näytekohteista,

21 Ongelmat Kiintoaine Kaikki kanaalivesien UV-Vis-alueella absorboiva ei aiheuta muutoksia CODarvoihin Karkea menetelmä Riittävätkö teollisuudelle suuntaa-antavat tulokset ja prosessimuutosten havaitseminen? Vaihtoehtona standardin mukainen automaattinen COD-analysaattori

22 Paperiteollisuuden jätevedet Paperitehtaan jätevedenpuhdistamon selkeytetty vesi Juhannusseisokin vaikutus Tutkijoina Harri Huttunen, Reetaleena Rissanen

23 Tuloksia NIR-spektri ei merkittävä Kalibroinnit epäonnistuivat Prosessien tilan arviointi

24 Kaivosteollisuus Kaivoksen alapuolisen vesistön tilan seuranta Virransyöttöjärjestelmä: akusto, aggregaatti 2 mittausajanjaksoa, kevät ja syksy

25 Vedenlaadun muutokset Syvän UV:n alueella Reaaliaikainen mittaus kannattaa! NIR herkkä muutoksille

26 Testipenkissä havaitut ongelmat Mittaukset pumpatusta vedestä -> tuloksen edustavuus NIR-ikkunoiden nopea likaantuminen Lämpötilavaihtelujen kompensointi ja referenssispektrin järjestelyt. Mittausohjelmisto vaatii kehitystä Anturien toimivuuden varmistaminen Mittausdatan käsittely Langattomuus

27 Mittausepävarmuus Otettava huomioon Kemialliset analyysit Optiset mittaukset Kannattaako korrelaatioiden hakeminen?

Samankaltaiset tiedostot

Oulun yliopisto, Kajaanin yliopistokeskus, Mittalaitelaboratorio

OPTISEN mittaustekniikan O S A A M I S T A METSÄTEOLLISUUDEN tarpeisiin Oulun yliopisto, Kajaanin yliopistokeskus, Mittalaitelaboratorio KAJAANIN YLIOPISTOKESKUS Alueelliset yliopistotoiminnat organisoitiin