Türbidite / Bulanıklık Nedir ve Nasıl Ölçülür?
Suyun berraklığı, evsel tüketim ve çoğu üretim yerleri için önemlidir. Yüzey sularını kullanan içecek üreticileri, gıda ve diğer endüstriler uygun berraklıkta su hazırlayabilmek için çöktürme, durultma ve filtrasyon işlemlerini kullanırlar. Suyun doğal yapısının berraklığı sistemin durumunu ve üretkenliğini tayin eden bir büyüklüktür.
Kum, organik ve inorganik maddeler, çözülebilir renkli organik bileşenler, plankton ve diğer mikroskobik organizmalar gibi askıdaki maddeler (kollodial veya çok ince dağılmış, çökmesi güç süspansiyon maddeleri) suda türbiditeye neden olur.
Lağımın ve ticari atığın kuvveti bulanıklıkla ifade edilir. Bundan dolayı nehir suyunun bulanıklık derecesi, kirlilik derecesi olarak ölçülür.
Nehir bulanıklığındaki değişikliğin ölçülmesi, sularda kirlenme testinin ve nehrin tabii temizlenmesinin takibinde kullanılabilir. Bulanıklık, balıklara direkt olarak fazla zarar vermemesine rağmen, güneş ışığını engelleyerek nehirlerdeki bitki miktarını azaltır.
Evlerde kullanılan sularda bulanıklık olmaması istenir. Özellikle bulanıklık demir ve mangandan ileri gelmişse, sularda kahverengi veya kırmızı kahverengi görünüşe sebep olur ve sonradan bulunduğu yüzeyleri demir 3 hidroksit halinde çökerek boyar.
Metalik bileşiklerle kirlenmiş süspansiyon maddelerinden, asidik ortamda zehirli metaller serbest hale geçerek nehirlerdeki balıkları öldürebilirler.
Bulanıklık, süspansiyon veya solüsyon halinde bulunan maddelerden dolayı dağılan ışığın ölçümüdür. Askıda veya çözünmüş maddeler kil, silt, organik veya inorganik maddeler, çözünür renkli organik bileşimler, plankton ve diğer mikroskopik organizmalardan oluşabilir. Işıma, çözünmeyen maddeler tarafından dağıtılır ve sıvı berraklığını kaybeder. Eğer ışık katı madderle çarpışırsa duruma göre dağılma gösterir, tersi durumda ise direkt olarak sıvının diğer tarafına ulaşır. Bu doğrultuda ölçüm prensibi de ortaya çıkmaktadır. Işık numuneye gönderilmelidir ve bu iki şekilde de yapılabilir. Birincisi; numuneden sapmadan geçen ışın yoğunluğunun ölçümü , ikincisi; dağılan ışınların ölçümü şeklindedir. 2 farklı ölçüm şekli kullanılabilir. Transmisyon (işletilen ışık) ölçümü ile 900C saçılan ışık ölçümü (nefelometrik ölçüm) şeklinde ayrım yapılabilir.
Bulanıklık genellikle laboratuvarda nefelometre kullanılarak ölçülür. Bu cihazla, numuneden geçen 900C sapan ışın yoğunluğu ölçülür. Bulanıklık ayrıca sahada portatif olarak ve akıma sabitlenerek ölçülebilir. En yaygın olarak kullanılan bulanıklık birimi NTU (Nephelometric Turbidity Unit) dir. Nefelometreler formazin (bir çeşit polimer) içeren standartlarla kalibre edilir.
Daha önceleri bulanıklık, Jackson Candle turbidimetresi ile ölçülmekteydi. Bu görsel bir metottu ve numune kalibre edilmiş cam tüpe dökülmekte ve mumun alevi görünmez hale geldiğinde bulanıklık okuması yapılmaktaydı. Bu metot standart olarak kullanımda bulunmamaktadır, çünkü bu metotla 25 birimden düşük bulanıklıklar ölçülememektedir. Bu metot Standart Metotlar, APHA, 17. baskı (1989) dan da çıkartılmıştır. Jackson Candle Turbidimetresi ile bulanıklık birimi JTU olarak verilmekteydi ve kalibrasyonunda da kaolin süspansiyonları kullanılmaktaydı.
Görünür ışık dalga boyu aralığı 400-700 nm dir. Madde, bu aralıklar arasında ışığı absorbe edebiliyorsa renkli olarak görünür. Avrupa’da (DIN EN 27027 ve ISO 7027) infrared spektrumda 860 nm kullanılır. Bu, görünür aralığın dışıdadır ve numune rengi herhangi bir girişim etkisi yaratmaz. Dezavantajı ise; çok küçük partiküller bu dalga boyu aralığında çok zayıf bir şekilde dağılırlar ve bu da hassasiyeti etkiler. Monokromatörlü tungsten lambalar veya filtreler, diodlar veya lazerler ışık kaynağı olarak kullanılırlar. İkinci opsiyon tungsten lambalardan geniş bantlı ışık kullanımıdır. Bu durumda numunedeki renklilik ölçümü etkiler. Fakat bu sadece ışığın bir bölümünü etkiler. Bu ışık kaynağının avantajı ise çok küçük partikül olması durumunda bile yüksek hassasiyetli sonuç vermesidir. Bu metot Standart Metotlar 2130B ve USEPA düzenlemelerine göre seçilmiş metottur.
Bulanıklık ölçüm birimi kullanılan cihaza ve kalibrasyon standartlarına bağlıdır. İlk bulanıklık ölçüm cihazı mum-bulanıklık ölçüm aparatı idi ve silisik asit standardı kullanılmaktaydı. Birim ise JTU (Jackson Turbidity Unit) idi. Bu metot ve birim günümüzde kullanılmamaktadır. Nefelometrik ölçüm tekniği ise referans ve birimi NTU olarak tanımlanmıştır. Bu SM 2130B de tanımlanmakta ve formazin de birincil standart olarak belirtilmektedir. Tanıma göre formazin bulanıklık birimi TE(F) NTU ölçüm birimine uygundur. EN 27027 (DIN normu ve ISO 7027 normları ile benzer) normu bazında ölçümler de formazin kalibrasyon süspansiyonlu nefelometrik ölçüme dayanmaktadır. Fakat nefelometreler infrared ışık kaynağına da sahip olmalıdır. Bu ölçümün birimi FNU (Formazine Nephelometric Unit) olarak tanımlanmaktadır. ISO-EN-DIN e göre, iletilen ışık prosedürüne uygun yapılan bulanıklık ölçümünde de formazin standartları kullanılır. Birimi FAU (Formazine Attenuation Unit) dir. Son zamanlarda yaygın olarak kullanımda olan birimler NTU, FNU ve FAU dir.
Kalibrasyon, cihazda ölçülebilecek dağılan veya iletilen ışın yoğunluğu ile kesin olarak değeri bilinen bulanıklık arasında korelasyon sağlar. Laboratuvarda gerçekleştirilen ölçümlerde kalibrasyon düzenli aralıklarla (genellikle 4 haftada bir) yapılmalıdır.
Ölçümlerin tüm ölçüm aralığı içinde belirtilen doğrulukta geçerli olabilmesi için tüm kalibrasyon noktaları kullanılmalıdır. Bu multi-kalibrasyon olarak tanımlanır.
Eğer ölçüm sedece sınırlı ölçüm aralığında yapılıyorsa numunenin değerinin bir üst ve bir alt değeri olarak iki kalibrasyon noktası seçilebilir.
Ölçüm, sedimentasyonu önlemek için, numune alımından hemen sonra gerçekleştirilmelidir. Bu gibi durumlar bulanıklığın ölçüm değerinin düşmesine sebep olurlar. Ayrıca sıcaklık değişimleri de viskozite ve çözünürlük açısından benzer kritik etkilere sebep olabilir. Bunun dışında seyreltme de bulanıklıkta değişiklikliklere sebep olmaktadır.
Numune alımından hemen sonra ölçüm gerçekleştirmek mümkün değilse numune serin ve karanlık bir yerde 24 saatten fazla tutulmamalıdır (DIN EN 27027), ölçümden önce de oda sıcaklığına getirilmelidir.
Hava kabarcıkları, hatta gözle görülemeyecek kadar küçük olanları bile ölçümü etkilerler, çünkü bunlar ışıkta küçük lensler gibi davranırlar. Etki, hava kabarcığının boyutuna göre de değişir. Hava kabarcıklarının giderilmesi için SM aşağıdakileri önermektedir.
Hafif negatif basınç
Yüzey gerilimini azaltmak için yüzey aktif maddenin eklenmesi
Ultrasonik banyolar
Isıtma
Bunlar numunenin karakterini değiştirmeyecek şekilde uygulanmalıdır, mümkünse hava kabarcığı oluşumu önlenmelidir.
Bulanıklık ölçümünde küvet temizliği çok önemlidir. Küvetlerin içi ve dışı seyreltilmiş hidroklorik asitle temizlenmeli ve distile su ile birkaç kez çalkalanmalıdır. Daha sonra kurumaya bırakılmalıdır. Çeşme suyu kullanılmamalı, küvetlerin dışının temizlenmesi için toz bırakmayan bez kullanılmalıdır.
Küvetlerdeki çizikler camın optik karakteristiğini değiştirir ve ölçüm sonuçlarını etkiler. Çizik olması durumunda mutlaka küvet yenilenmelidir.
Küvetin yerleştirilmesi ile ölçüm sonucu direkt olarak alınır. Eğer değer stabilse kayda alınır. Değilse bu, numunenin düzensiz yapısından kaynaklanır. Partiküller ideal şekle sahip olmadıkları için bulanıklık değeri katı partiküllerin yapısına bağlıdır. Ölçüm değerinin çok fazla değişken olması durumunda birçok ölçüm değeri kaydedilerek istatistiksel olarak sonuç değer alınabilir.
Bulanıklık ölçümü için geçerli metotlar:
USEPA Metodu 180.1 (Nefelometrik Metot)
Standart Metotlar Bölüm 2130 (Nefelometrik Metot)
ASTM Standart Metodu D1889-88 (Nefelometrik Metot)
ISO Ulaslararası Standart ISO 7027:1990 (Nefelometrik Metot ve Trasmisyon)
EN 27027 (Nefelometrik Metot ve Trasmisyon)
USEPA Metodu 180.1 Tungsten (Beyaz ışık)
ASTM D1889-88 Tungsten (Beyaz ışık)
ISO 7027:1990 Infrared Red LED (860 nm)
EN 27027 Infrared Red LED (860 nm)