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Torbidità e solidi totali nelle acque superficiali
 
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Torbidità e solidi totali nelle acque superficiali

Overview

Fonte: Laboratori di Margaret Workman e Kimberly Frye - Depaul University

La torbidità e i solidi totali sono misurazioni correlate che riguardano la chiarezza delle acque superficiali. La torbidità è una misura indiretta della chiarezza dell'acqua che determina la quantità di luce che può passare attraverso l'acqua. I solidi totali sono una misura diretta delle particelle solide sospese in acqua determinate dal peso.

Alti livelli di torbidità e solidi totali sono causati dall'erosione del suolo, dallo scarico dei rifiuti, dal deflusso o dai cambiamenti nelle comunità ecologiche, tra cui la crescita delle algali o l'abbondanza di organismi bentonici che possono interrompere i sedimenti nell'acqua. Livelli più elevati di torbidità e solidi sospesi possono ridurre la qualità dell'acqua assorbendo calore causando un aumento della temperatura dell'acqua e una diminuzione dei livelli di ossigeno (l'acqua calda trattiene meno ossigeno). Queste condizioni possono anche causare una diminuzione della fotosintesi poiché meno luce solare penetra nell'acqua, rendendo l'acqua incapace di sostenere una parte della vita acquatica. I solidi sospesi possono anche ostruire le branchie, soffocare le uova, ridurre i tassi di crescita e interrompere i microhabitat di molti organismi acquatici.

Un metodo per misurare la torbidità include l'uso di un disco secchi. Un disco di Secchi è un disco metallico con quarti alternati in bianco e nero (Figura 1). È attaccato a una corda che ha segni di un piede lungo di esso. Il disco viene lasciato cadere in acqua fino a quando non può più essere visto (Figura 2). Lo svantaggio di questo metodo è che deve essere fatto sul campo e il protocollo ideale richiede condizioni di sole e che l'area di prova sia ombreggiata. Inoltre, se c'è una grande distanza tra la riva del fiume e il livello dell'acqua, è difficile usare il disco di Secchi. Utilizzando tubi di torbidità, è possibile raccogliere acqua e quindi eseguire le misurazioni della torbidità in laboratorio.

Figure 1
Figura 1. Il design del disco secchi modificato utilizzato in acqua dolce.

Figure 2
Figura 2. Diversi tipi di disco Secchi. Uno in stile marino a sinistra e la versione d'acqua dolce a destra

Principles

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La torbidità è una misura relativa determinata misurando quanta luce può passare attraverso il campione d'acqua. Maggiore è la torbidità, meno luce passerà attraverso il campione e più "torbida" apparirà l'acqua. Livelli di torbidità più elevati sono causati da particelle solide sospese nell'acqua che diffondono la luce piuttosto che consentirne la trasmissione attraverso l'acqua. Le caratteristiche fisiche delle particelle sospese possono avere un effetto sulla torbidità complessiva. Particelle di dimensioni maggiori possono disperdere la luce e concentrarla in avanti, aumentando la torbidità creando interferenze con la trasmissione della luce attraverso l'acqua. La dimensione delle particelle può anche influenzare la qualità della luce; le particelle di dimensioni maggiori tendono a disperdere lunghezze d'onda più lunghe della luce più delle lunghezze d'onda più corte, mentre le particelle più piccole hanno un maggiore effetto di diffusione su lunghezze d'onda più corte. L'aumento della concentrazione di particelle può anche ridurre la trasmissione della luce quando la luce entra in contatto con un numero maggiore di particelle e percorre una distanza più breve tra le particelle, causando più scattering con ciascuna particella. Le particelle di colore più scuro assorbono più luce, mentre le particelle di colore chiaro possono aumentare la diffusione della luce ed entrambe comportano un aumento delle misurazioni della torbidità. Nel complesso, il particolato più scuro si tradurrà in una maggiore torbidità rispetto alle particelle di colore più chiaro a causa della maggiore quantità di energia luminosa assorbita dal colore. Il campione di acqua sconosciuto raccolto viene confrontato con un campione di acqua vuota deionizzata (DI) che rappresenta un valore di torbidità pari a zero. Un reagente di torbidità standard acquistato (<1% caolino, <0,1% nitrato di magnesio, <0,1% cloruro di magnesio, < 0,1% 2-metil-4-isotiazolina-3-one, < 0,1% 5-cloro-2-metil-4-isotiazolina-3-one) viene aggiunto alla colonna di prova vuota in misurazioni predeterminate per aumentare la nuvolosità in incrementi noti fino a quando il campione bianco e sconosciuto non corrispondono alla torbidità basata sull'osservazione di un punto fisso sul fondo di due colonne di prova. La quantità di reagente necessaria per ottenere campioni corrispondenti può quindi essere convertita con una tabella in Jackson Torbidity Units (JTU), dal nome del metodo originale di tenere un lungo tubo di vetro "Jackson" su una candela accesa.

Total Solids è una misura diretta del materiale solido sospeso nel campione d'acqua. La massa dei solidi viene determinata utilizzando un forno per far evaporare l'acqua dal campione e isolare e pesare i solidi.

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Procedure

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1. Misurare la torbidità

  1. Versare acqua di campionamento mista in una colonna di torbidità e riempire fino alla linea di 50 ml con l'acqua campione.
  2. Riempire la seconda colonna di torbidità "vuota" con acqua deionizzata fino alla linea da 50 ml.
  3. Posizionare i due tubi uno accanto all'altro e notare la differenza di chiarezza. Se il punto nero è ugualmente chiaro in entrambi i tubi, la torbidità è zero. Se il punto nero nella provetta del campione è meno chiaro, procedere al passaggio successivo.
  4. Agitare il reagente di torbidità standard.
  5. Aggiungere 0,5 ml del reagente al tubo dell'acqua distillata. Utilizzare l'asta di agitazione per mescolare il contenuto.
  6. Controlla la quantità di torbidità guardando verso il basso attraverso la soluzione al punto nero. Se la torbidità dell'acqua campione è maggiore di quella dell'acqua distillata, continuare ad aggiungere il reagente di torbidità standard con incrementi di 0,5 ml al tubo dell'acqua distillata, registrando la quantità di reagente utilizzato e miscelando dopo ogni aggiunta fino a quando la torbidità è uguale a quella del campione.
  7. Registrare la quantità totale di reagente di torbidità aggiunto.

2. Misurazione dei solidi totali

  1. Con le mani guantate, etichettare un becher con una matita grassa. Non usare nastro adesivo perché questi beccatori stanno andando in forno.
  2. Accendi l'equilibrio e taralo.
  3. Metti il becher sulla bilancia e registra il peso. Assicurati di utilizzare una bilancia che registri i millesimi di grammo. Utilizzare i guanti per evitare di toccare il becher a mani nude e trasferire l'umidità del corpo, cambiando così il peso del becher.
  4. Utilizzando un cilindro graduato, misurare 100 ml del campione d'acqua. Se il campione è stato seduto, ruotare l'acqua del campione prima di misurare i 100 ml.
  5. Versare questa quantità nel becher.
  6. Mettere il becher in forno a 100 °C per 48 ore per far evaporare il liquido e asciugare il residuo risultante.
  7. Dopo 48 ore, ripesare il becher con il residuo. Ricorda: non toccare il becher a mani nude.
  8. Sottrarre il peso iniziale (in grammi) del becher vuoto dal peso del becher con residuo per ottenere l'aumento di peso, o peso del residuo.
  9. Convertire il peso del residuo in mg/l utilizzando il seguente calcolo
    Peso del residuo x 1.000 mg x 1.000 ml = ? mg
    100 ml 1 g 1 L L

3. Metodo LabQuest per misurare la torbidità

  1. Accendere un monitor portatile LabQuest e collegare il sensore di torbidità al canale 1, le unità devono essere NTU.
  2. Se le unità non sono in NTU, utilizzare lo stilo per toccare l'area rossa dello schermo, selezionare cambia unità e scegliere NTU.
  3. Se le unità sono in NTU, aprire il coperchio del sensore e pulire (utilizzando una salvietta di laboratorio) e inserire la bottiglia che è già piena di stampa nera su di esso (100 NTU), chiudere il coperchio.
  4. Utilizzare lo stilo per toccare l'area rossa dello schermo e selezionare Calibra. Quando viene visualizzata la schermata di calibrazione, selezionare il pulsante Calibra ora (in alto a sinistra dello schermo).
  5. Il cursore dovrebbe essere passato alla prima casella del valore. Guarda la tensione nell'angolo in alto a destra dello schermo. Quando si deposita, usa lo stilo e la tastiera numerica per digitare 100. Quindi seleziona il pulsante Mantieni qui sotto.
  6. Il cursore dovrebbe essere passato alla seconda casella del valore. Ora riempi la seconda bottiglia con acqua DI (fino alla linea), coprila e puliscila con cura usando una salvietta da laboratorio. Inserire la bottiglia d'acqua DI nel sensore e chiudere il coperchio. Quando la tensione si stabilizza, digitare 0 e premere il pulsante Mantieni.
  7. Quindi premere il pulsante OK in basso a destra dello schermo. La calibrazione è completa.
  8. Scartare l'acqua DI dalla seconda bottiglia e versare solo uno spruzzo del campione d'acqua per risciacquare la bottiglia per risciacquare l'acqua DI rimanente e quindi scartare l'acqua di risciacquo del campione. Quindi riempire di bottiglia fino alla linea con il campione d'acqua, ri-tappare, pulire (usando salviette da laboratorio) e inserire nel sensore. Chiudere il coperchio e una volta che la lettura sembra stabilizzarsi, registrare la misurazione.

4. Metodo LabQuest per misurare i solidi totali disciolti utilizzando la conduttività

  1. Per i solidi totali disciolti (TDS) che utilizzano la conducibilità: assicurarsi che l'interruttore sulla scatola (collegato al cavo della sonda) sia impostato sull'impostazione inferiore (0-2.000).
  2. Collegare la sonda al canale 1. Le unità dovrebbero essere in milligrammi per litro (mg / L).
  3. Se le unità non sono in mg/L, utilizzare lo stilo per toccare l'area rossa dello schermo, selezionare le unità di cambio e scegliere mg/L.
  4. Se le unità sono in mg/L, immergere la sonda nel campione d'acqua e quando le letture sembrano stabilizzarsi registrare la misurazione.

La torbidità e i solidi totali sono misure correlate utilizzate per quantificare la chiarezza delle acque superficiali.

La torbidità è una misura indiretta della chiarezza dell'acqua che determina la quantità di luce che può passare attraverso l'acqua. I solidi totali sono una misura diretta, che registra la massa totale delle particelle solide sospese nell'acqua.

Alti livelli di torbidità o solidi totali in acqua possono essere causati da molti fattori ambientali. Questi includono l'erosione del suolo, lo scarico dei rifiuti, il deflusso o i cambiamenti nelle comunità ecologiche, tra cui la crescita delle algali o l'abbondanza di organismi bentonici che possono interrompere i sedimenti nella colonna d'acqua.

Una maggiore torbidità e solidi sospesi possono ridurre la qualità dell'acqua assorbendo calore, causando un aumento della temperatura dell'acqua e una corrispondente diminuzione dei livelli di ossigeno, poiché l'acqua calda trattiene meno ossigeno. La fotosintesi può diminuire, poiché meno luce solare è in grado di penetrare nell'acqua, rendendola incapace di supportare un po 'di vita acquatica. Inoltre, i solidi sospesi possono ostruire le branchie, soffocare le uova, ridurre i tassi di crescita e interrompere i microhabitat di molti organismi acquatici.

Questo video illustrerà come quantificare la torbidità in un ambiente di laboratorio e come calcolare i solidi totali nei campioni di acqua.

La torbidità è causata da particelle solide sospese nell'acqua che diffondono la luce piuttosto che consentirne la trasmissione. Il grado di torbidità è determinato dalla concentrazione, dalle dimensioni e dal colore delle particelle. Le particelle più grandi diffondono e concentrano la luce in una direzione in avanti rispetto alle particelle più piccole. La dimensione delle particelle può anche influenzare la qualità della luce, con particelle più grandi che diffondono lunghezze d'onda più lunghe della luce più lunghe rispetto alle lunghezze d'onda più corte. Al contrario, le particelle più piccole diffondono le lunghezze d'onda corte più intensamente, pur avendo un effetto relativamente piccolo sulle lunghezze d'onda più lunghe.

Se le particelle sono densamente raggruppate in un campione, la luce entrerà in contatto con un numero maggiore di particelle e percorrerà una distanza più breve tra loro, causando più eventi di scattering. Le soluzioni meno dense hanno un percorso libero medio più lungo. Le particelle più scure assorbono più luce e le particelle più chiare aumentano la dispersione, con entrambi con conseguente aumento complessivo della torbidità. Nel complesso, le particelle più scure comportano una maggiore torbidità rispetto alle particelle più chiare a causa della maggiore quantità di energia luminosa assorbita.

Un metodo per misurare la torbidità è con un disco di Secchi. Per l'acqua dolce, questo è un disco metallico di 20 cm di diametro con quarti alternati in bianco e nero. Per l'uso marino è standard un disco bianco semplice di circa 30 cm di diametro. In entrambi i casi il disco è attaccato a una corda segnata a intervalli noti e lasciato cadere in acqua fino a quando non può più essere visto. La lunghezza della corda nel punto di scomparsa è registrata come la profondità di Secchi, che è correlata alla torbidità dell'acqua.

Tuttavia, esistono limitazioni a questo metodo di campo. Il protocollo di registrazione ideale richiede condizioni di sole e un'area di prova ombreggiata. Le sponde ripide, larghe o sciolte possono rappresentare difficoltà o pericoli per gli operatori del disco, oppure può essere necessario l'accesso a una barca. L'utilizzo di tubi di torbidità per raccogliere l'acqua per eseguire analisi in laboratorio consente misurazioni più sicure e standardizzate.

Una volta che i campioni d'acqua sono tornati in laboratorio, vengono confrontati con un campione di riferimento. Per fare ciò, il reagente di torbidità standard viene aggiunto all'acqua deionizzata con incrementi predeterminati per aumentare la torbidità fino a quando i campioni non vengono abbinati, in base all'osservazione di un punto fisso nella parte inferiore delle due colonne. La quantità di reagente aggiunta per abbinare i campioni può quindi essere registrata e convertita in Jackson Torbidity Units o "JTU" utilizzando una tabella di riferimento.

I solidi totali possono essere ottenuti facendo evaporare l'acqua dal campione per isolare e pesare i solidi.

Ora che abbiamo familiarità con i principi alla base delle misurazioni della torbidità e dei solidi totali, diamo un'occhiata a come questi vengono misurati in un ambiente di laboratorio.

Una volta che l'acqua campione è stata raccolta sul campo, portarla in laboratorio per l'analisi. Innanzitutto, selezionare una colonna di torbidità pulita e riempire fino alla linea di 50 ml con l'acqua campione.

Quindi, riempire una seconda colonna di torbidità "vuota" con acqua deionizzata alla linea di 50 ml.

Posizionare i due tubi uno accanto all'altro e osservare il punto nero alla base della colonna di torbidità. Se il punto nero è ugualmente chiaro in entrambi i tubi, la torbidità è zero. Se il punto nero nella provetta del campione è meno visibile, sarà necessario aggiungere il reagente di torbidità standard per abbinare la torbidità del campione di riferimento a quella del campione di prova.

Agitare il reagente di torbidità standard per sospendere di sospendere il particolato. Aggiungere 0,5 ml di reagente al tubo dell'acqua distillata e utilizzare un'asta di agitazione per mescolare accuratamente il contenuto.

Controllare nuovamente la torbidità posizionando la provetta campione e il tubo di riferimento fianco a fianco e guardando verso il basso attraverso le soluzioni ai punti neri. Se la torbidità dell'acqua campione è ancora maggiore di quella dell'acqua distillata, continuare ad aggiungere Il reagente di torbidità standard con incrementi di 0,5 ml, fino a quando la torbidità dei due tubi appare abbinata, registrando la quantità di reagente utilizzato e miscelando dopo ogni aggiunta. Infine, registrare la quantità totale di reagente di torbidità standard aggiunto. Utilizzare questo valore per convertire in Jackson Unità di torbidità.

Oltre a misurare la torbidità, è possibile determinare anche i solidi totali contenuti nel campione. Con le mani guantate, etichetta abeaker con una matita grassa. Una matita grassa è l'ideale, poiché questi becchi saranno successivamente collocati in un forno. Quindi, accendi l'equilibrio e taralo. Usando le mani guantate per evitare di trasferire l'umidità corporea e alterare il peso del becher, posiziona uno dei becher vuoti sulla bilancia e registra il peso.

Assicurarsi che l'acqua del campione sia ben miscelata facendola roteare delicatamente, quindi prendere un cilindro graduato e misurare 100 ml del campione d'acqua. Versalo nel becher. Posizionare il becher campione in un forno impostato a 100 °C per 48 ore in modo da far evaporare il liquido e asciugare il residuo risultante. Togliere il becher dal forno con le mani guantate, lasciarlo raffreddare a temperatura ambiente e ripesare il becher contenente il residuo. Per determinare il peso del residuo, sottrarre il peso iniziale del becher vuoto dal peso del becher con residuo. Quindi, convertire il peso del residuo in mg / L utilizzando questo calcolo.

I campioni di torbidità con una JTU inferiore a 10 sono classificati come "Eccellenti"; un intervallo da 11 a 20 JTU è classificato come "Buono", da 21 a 90 campioni JTU sono "Equi" e nei campioni di torbidità JTU superiore a 90 è classificato come "Scarso".

I solidi totali possono essere classificati utilizzando le categorie Analisi quantitativa del monitoraggio della qualità dell'acqua per le misurazioni dei solidi totali. Qui, una misurazione totale dei solidi inferiore a 100 mg / L è classificata come "Eccellente", da 101 a 250 come "Buona", da 251 a 400 sono "Giusti" e i campioni con più di 400 mg / L sono classificati "Poveri".

Le misure di torbidità e solidi totali possono essere utili in una varietà di situazioni e altri potenziali metodi per raccogliere e misurare questi dati.

Un altro metodo per misurare la torbidità utilizza un sensore ottimizzato per misurarla direttamente. In primo luogo, il sensore viene calibrato utilizzando un campione di torbidità nota e bianco d'acqua deionizzato. Successivamente, un campione d'acqua viene inserito nel sensore di torbidità e il monitor portatile visualizzerà una lettura della torbidità. Questo metodo ha vantaggi rispetto alle misurazioni di laboratorio in quanto è più veloce, più semplice e può essere eseguito sul campo, ma richiede l'acquisto di attrezzature più costose.

I solidi totali disciolti possono anche essere misurati sul campo utilizzando un dispositivo automatizzato, che utilizza una sonda di conducibilità per ottenere una lettura. Qui, la sonda viene calibrata manualmente e impostata per registrare il particolato in mg / L. La sonda viene immersa nel campione d'acqua e la lettura totale dei solidi disciolti viene visualizzata sul monitor portatile. Ancora una volta, questo metodo fornisce risultati più rapidi e semplici rispetto al metodo di laboratorio, ma richiede l'acquisto di un misuratore LabQuest e di una sonda di conducibilità.

Hai appena visto l'introduzione di JoVE alla torbidità e ai solidi totali nelle acque superficiali. Ora dovresti capire la teoria e i principi alla base di queste due preziose misurazioni della qualità dell'acqua, come misurarle e come utilizzare queste misurazioni per determinare la qualità dei tuoi campioni d'acqua. Grazie per l'attenzione!

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Results

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La tabella seguente viene utilizzata per convertire la quantità di reagenti in unità di torbidità (JTU). (Tabella 1)
TORBIDITÀ
Eccellente < 10 JCU
Buono 11 – 20 JTUs
Fiera 21 – 90 JTUs
Scarso > 90 JTUs

I solidi totali possono essere valutati utilizzando le categorie analisi quantitativa del monitoraggio della qualità dell'acqua per le misurazioni dei solidi totali.
SOLIDI TOTALI (mg/L)
Eccellente <100
Buono 101 – 250
Fiera 251 – 400
Scarso > 400

Numero di aggiunte misurate Importo in ml Torbidità (JTUs)
1 0.5 5
2 1.0 10
3 1.5 15
4 2.0 20
5 2.5 25
6 3.0 30
7 3.5 35
8 4.0 40
9 4.5 45
10 5.0 50
15 7.5 75
20 10.0 100

Tabella 1. Tabella dei risultati dei test di torbidità per convertire il numero di gocce (reagente di torbidità) in unità di torbidità (JTU) e le categorie di analisi quantitativa del monitoraggio della qualità dell'acqua per la torbidità.

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Applications and Summary

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La torbidità e i solidi totali sono misurazioni importanti della qualità dell'acqua perché sono gli indicatori più visibili di quanto sia "pulita" una fonte d'acqua. Alti livelli di torbidità e solidi totali possono indicare la presenza di inquinanti dell'acqua che hanno un effetto negativo sulla vita umana, animale e vegetale tra cui batteri, protozoi, sostanze nutritive(ad esempio nitrati e fosforo), pesticidi, mercurio, piombo e altri metalli. L'aumento della torbidità e dei solidi totali nelle acque superficiali rendono l'acqua sgradevole per l'uso umano esteticamente e possono anche fornire superfici nell'acqua per la crescita di microrganismi che causano malattie che ospitano agenti patogeni trasmessi dall'acqua come criptosporidiosi, colera e giardiasi. Elevate quantità di solidi sospesi possono anche diventare un problema per altre specie che vivono nell'acqua se le particelle si depositano nelle branchie degli animali che respirano ossigeno nell'acqua. Le particelle sospese possono anche interrompere i cicli di luce e la fotosintesi, alterando la concentrazione di ossigeno nell'acqua e disturbando la rete alimentare del sistema acquatico. La torbidità e i solidi totali aumentano entrambi nei momenti in cui la crescita delle algali è elevata o quando i sedimenti vengono sollevati nell'acqua durante una tempesta. Entrambi possono anche aumentare in risposta alle attività umane come l'inquinamento delle acque, compreso il deflusso industriale, agricolo e residenziale. Le acque reflue provenienti dai sistemi fognari, il deflusso urbano e l'erosione del suolo dallo sviluppo possono anche contribuire ad alti livelli di torbidità e solidi totali. Facili da condurre nel sito di raccolta dell'acqua, queste due semplici misurazioni sono indicatori generali per una vasta gamma di minacce alla qualità dell'acqua, che rendono le acque superficiali meno utili per scopi umani e anche meno in grado di sostenersi come ecosistema acquatico.

I solidi totali sono importanti da utilizzare come test di monitoraggio per gli scarichi provenienti da impianti di trattamento delle acque reflue, impianti industriali o irrigazione estensiva delle colture. Le aree in cui i livelli di acqua dolce sono bassi tendono ad avere tassi di evaporazione più elevati e più vulnerabili a concentrazioni più elevate di solidi. Anche la torbidità e le concentrazioni totali di solidi tendono ad aumentare durante gli eventi piovosi, specialmente nelle aree più sviluppate con maggiori quantità di superfici impermeabili e deflusso urbano.

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