6. MONITORIZAREA PARAMETRILOR DE CALITATE A APEI 6.1. CALITATEA APEI 6.1.1 Noţiuni generale Calitatea apei se poate defini ca un ansamblu convenţional de caracteristici fizice, chimice, biologice şi bacteriologice, exprimate valoric. Pentru stabilirea calităţii apei, din multitudinea caracteristicilor fizice, chimice şi biologice care pot fi stabilite prin analize de laborator se utilizează practic un număr limitat, considerate semnificative. Sistemul mondial de supraveghere a mediului înconjurător prevede urmărirea calităţii apelor prin trei categorii de parametri: - parametri de bază: temperatură, pH, conductivitate, oxigen dizolvat, colibacili; - parametri indicatori ai poluării persistente: cadm cadmiu iu,, merc mercur ur,, comp compuş uşii orga organo no-halogenaţi şi uleiuri minerale; - parametri opţionali : carbon organic total (COT), consum biochimic de oxigen (CBO), detergenţi anionici, metale grele, arsen, bor, sodiu, cianuri, uleiuri totale, streptococi. Pentru precizarea caracteristicilor de calitate a apei se utilizează următoarea terminologie: criterii de calitate a apei – totalitatea indicatorilor de calitate a apei care se utilizează pentru aprecierea acesteia în raport cu măsura în care satisface un anumit domeniu de folosinţă sau pe baza cărora se poate elabora o decizie asupra gradului în care calitatea apei corespunde cu necesităţile de protecţie a mediului înconjurător; indicatori de calitate a apei – reprezentaţi de caracteristici nominalizate pentru o determinare precisă a calităţii apelor; - parametri de calitate a apei – reprezintă valori şi exprimări numerice ale indicatorilor de calitate a unei ape; valori standardizate ale calităţii apei – reprezintă valori ale indicatorilor de calitate a apelor apelor care care limite limitează ază un domeni domeniuu conve convenţi nţiona onall de valori valori accept acceptabi abile le pentru pentru o anumită folosinţă a apei. Pentru caracterizarea calităţii şi gradului de poluare a unei ape se utilizează indicatorii de calitate. Aceştia se pot clasifica după natura lor şi după natura şi efectele pe care le au asupra apei astfel: A. Indicatori organoleptici - se determină cu ajutorul simţurilor: culoarea reală, mirosul şi gustul. B. Indicatori fizici - turbiditatea (tulbureala), indicele de colmatare, temperatura, radioactiv radioactivitate itatea, a, conductiv conductivitate itatea, a, conductibi conductibilitate litateaa electrică, electrică, concentra concentraţia ţia ionilor ionilor de hidrogen (pH-ul). C. Indicatori chimici - indicatori ai regimului de oxigen (oxigenul dizolvat - OD, consumul biochimic de oxigen - CBO, consumul chimic de oxigen - CCO, carbonul organic total - COT), săruri în apă, reziduul fix. D. Indicatori biogeni - compuşi ai azotului, compuşi ai fosforului. E. Indicatori ai capacităţii de tamponare a apei - aciditatea, alcalinitatea şi duritatea apei. G. Indicatori radioactivi
6-1
6.1.2 Poluarea apei Prin poluarea apei se înţelege alterarea caracteristicilor fizice, chimice şi biologice ale apei, produsă direct sau indirect de activităţile umane şi care face ca apele să devină improprii utilizării normale în scopurile în care această utilizare era posibilă înainte de a interveni alterarea. Efectele poluării resurselor de apă sunt complexe şi variate, în funcţie de natura şi concentraţia substanţelor impurificatoare. Rezolvarea acestor probleme ridicate de poluarea apei se realizează prin tratare, prin care se asigură condiţiile necesare pentru consum. Poluarea apelor poate fi naturală sau artificială. Poluarea naturală se datorează surselor de poluare naturale şi se produce în urma interacţiei apei cu atmosfera, când are loc o dizolvare a gazelor existente în aceasta şi cu litosfera când se produce dizolvarea rocilor solubile şi cu organismele vii din apă. Poluarea artificială se datorează surselor de ape uzate de orice fel, apelor meteorice, nămolurilor, reziduurilor, navigaţiei etc. Se poate vorbi şi despre poluare controlată şi necontrolată. Poluarea controlată (organizată) se referă la poluarea datorită apelor uzate transportate prin reţeaua de canalizare şi evacuate în anumite puncte stabilite prin proiecte. Poluarea necontrolată (neorganizată) provine din surse de poluare care ajung în emisari pe cale naturală, de cele mai multe ori prin intermediul apelor de ploaie. Poluarea normală şi accidentală reprezintă categorii de impurificare folosite pentru a defini grupuri de surse de ape uzate. Poluarea normală provine din surse de poluare cunoscute, colectate şi transportate prin reţeaua de canalizare la staţia de epurare sau direct în receptor. Poluarea accidentală apare, de exemplu, ca urmare a dereglării unor procese industriale, când cantităţi mari (anormale) de substanţe nocive ajung în reţeaua de canalizare sau ca urmare a defectării unor obiective din staţia de epurare. Se mai poate vorbi şi despre poluare primară şi secundară. Poluarea primară apare, de exemplu, în urma depunerii substanţelor în suspensie din apele uzate, evacuate într-un receptor, pe patul acesteia. Poluarea secundară apare, de exemplu, imediat ce gazele rezultate în urma fermentării materiilor organice depuse din substanţele în suspensie antrenează restul de suspensii şi le aduce la suprafaţa apei, de unde sunt transportate apoi în aval de curentul de apă. Principalele materii poluante şi efectele acestora Substanţele poluante introduse în ape din surse naturale şi artificiale sunt numeroase, producând un impact important asupra apelor de suprafaţă şi subterane. Prejudiciile aduse mediului de substanţele poluante pot fi grupate în două categorii: prejudicii asupra sănătăţii publice, prejudicii aduse unor folosinţe (industriale, piscicole, navigaţie, etc.). Substanţele poluante pot fi clasificate, după natura lor şi după prejudiciile aduse, în următoarele categorii: substanţele organice , de origine naturală sau artificială, reprezintă pentru apă poluantul principal. substanţele anorganice , în suspensie sau dizolvate, sunt mai frecvent întâlnite în apele uzate industriale. materialele în suspensie, organice sau anorganice, se depun pe patul emisarului, formând bancuri. 6-2
-
-
-
-
-
substanţele toxice, nu pot fi reţinute de instalaţiile de tratare a apelor şi o
parte din ele pot ajunge în organismul uman, provocând îmbolnăviri. Aceste materii organice sau anorganice, câteodată chiar în concentraţii foarte mici, pot distruge în scurt timp flora şi fauna receptorului. substanţele radioactive , radionuclizii, radioizotopii şi izotopii radioactivi sunt unele dintre cele mai periculoase substanţe toxice. substanţele cu aciditate sau alcalinitate pronunţată , evacuate cu apele uzate, conduc la distrugerea florei şi faunei acvatice, la degradarea construcţiilor hidrotehnice, a vaselor şi instalaţiilor necesare navigaţiei, împiedică folosirea apei în agrement, irigaţii, alimentări cu apă etc. coloranţii , proveniţi îndeosebi de la fabricile de textile, hârtie, tăbăcării etc., împiedică absorbţia oxigenului şi desfăşurarea normală a fenomenelor de autoepurare şi a celor de fotosinteză. energia calorică , caracteristică apelor calde de la termocentrale şi de la unele industrii, aduce numeroase prejudicii în alimentarea cu apă potabilă şi industrială şi împiedică dezvoltarea florei şi faunei acvatice. microorganismele de orice fel, ajunse în apa receptorilor, se pot dezvolta necorespunzător sau pot deregla dezvoltarea altor microorganisme sau chiar a organismelor vii.
Principalele surse de poluare sunt în general aceleaşi pentru cele două mari categorii de receptori: apele de suprafaţă (fluvii, râuri, lacuri, etc.) şi apele subterane (straturi acvifere, izvoare etc.). Sursele de poluare se pot împărţi în două categorii distincte: surse organizate care produc murdărirea în urma evacuării unor
-
substanţe în ape prin intermediul unor instalaţii destinate acestui scop, cum ar fi canalizări, evacuări de la industrii sau crescătorii de animale etc.; surse neorganizate care produc murdărirea prin pătrunderea necontrolată a unor substanţe în ape.
După acţiunea lor în timp, sursele de poluare pot fi: surse de poluare permanente, surse de poluare nepermanente, surse de poluare accidentale. După modul de generare a poluării, sursele de poluare pot fi împărţite în: surse de poluare naturale, surse de poluare artificiale, datorate activităţii omului, care la rândul lor pot -
subdivizate în ape uzate şi depozite de deşeuri.
fi
Pentru apele subterane, sursele de impurificare provin din: -
impurificări cu ape saline, gaze sau hidrocarburi, produse ca urmare a unor lucrări miniere sau foraje; impurificări produse de infiltraţiile de la suprafaţa solului a tuturor categoriilor de ape care produc în acelaşi timp şi impurificarea surselor de suprafaţă; impurificări produse în secţiunea de captare, din cauza nerespectării zonei de protecţie sanitară sau a condiţiilor de execuţie.
Clasificarea apelor după utilizări 6-3
Ţinând seama de toate utilizările, apele pot fi clasificate în mai multe categorii, după cum urmează: categoria I – ape care servesc în mod organizat la alimentarea cu apă a populaţiei, ape care sunt utilizate în industria alimentară care necesită apă potabilă sau ape care servesc ca locuri de îmbăiere sau ştranduri organizate; categoria II – ape care servesc pentru salubrizarea localităţilor, ape utilizate pentru sporturi nautice sau apele utilizate pentru agrement, odihnă, recreere, reconfortarea organismului uman; categoria III – ape utilizate pentru nevoi industriale, altele decât cele alimentare arătate mai sus sau folosite în agricultură pentru irigaţii. Pentru fiecare din aceste categorii sunt stabilite o serie de norme pe care apa trebuie să le îndeplinească la locul de utilizare. Conform STAS 4706 – 88, pentru fiecare dintre aceste categorii se dau indicatori de calitate fizici, chimici, microbiologici şi de eutrofizare, care trebuie îndepliniţi de apele de suprafaţă, în funcţie de categoria de calitate.
6.2. MONITORIZAREA CALITĂŢII APEI 6.2.1 Noţiuni generale Activitatea de gestiune a apelor implică luarea deciziilor la diferite nivele: local, bazinal şi naţional referitoare în principal la: alocarea cantitativă şi calitativă a apei pentru diferiţi utilizatori; apărarea contra inundaţiilor; prevenirea şi diminuarea efectelor poluărilor accidentale. Luarea acestor decizii se bazează pe cunoaşterea în timp real a parametrilor caracteristici ai mediului hidric, a utilizatorilor de apă şi a lucrărilor hidrotehnice – parametri obţinuţi în cadrul monitorizării integrate a apelor. Integrarea tuturor datelor obţinute din domeniul apelor este absolut necesară pentru administrarea echilibrată şi integrată din punct de vedere cantitativ şi calitativ a apelor de suprafaţă şi subterane. Monitorizarea apelor reprezintă activitatea de observaţii şi măsurători standardizate şi continue, de lungă durată, pentru cunoaşterea şi evaluarea parametrilor caracteristici ai apei, în scopul administrării apelor şi definirii stării şi tendinţei evoluţiei mediului hidric. -
-
Există mai multe moduri de monitorizare a parametrilor apelor: prin măsurări chimice, pentru monitorizarea constituenţilor apei, sedimentelor etc. (de exemplu: oxigen dizolvat, particule în suspensie, nutrienţi, metale, uleiuri şi pesticide); prin măsurarea fizică a condiţiilor generale cum ar fi temperatura, debitul, culoarea apei etc.; prin măsurătorile biologice ale abundenţei şi varietăţii plantelor acvatice şi vieţii animale şi a abilităţii organismelor de a supravieţui în mostrele de apă. Monitorizarea poate fi efectuată în: - puncte de bază – staţii fixe de monitorizare, care oferă răspunsuri la întrebările de bază şi specifice (supraveghere intensivă); - puncte temporare sau sezoniere (de exemplu, pe perioada de vară sau în locurile de scăldat); - puncte de urgenţă – de exemplu, după o revărsare în punctele critice. 6-4
Scopurile principale ale activităţii de monitorizare sunt următoarele: 1. Caracterizarea apelor şi identificarea schimbărilor şi tendinţelor în calitatea apei de-a lungul timpului. 2. Identificarea problemelor specifice, existente sau posibile, din punct de vedere al calităţii apelor. 3. Obţinerea de informaţii necesare pentru concepţia programelor de prevenire a poluării sau de intervenţie în cazul poluării apelor. 4. Determinarea obiectivelor programelor care urmează a fi implementate şi aplicate în domeniul reglementării capacităţii de poluare şi controlului poluării. 5. Intervenţia în caz de urgenţe cum ar fi revărsările şi inundaţiile (viiturile). Conceptul de administrare durabilă a resurselor de apă implică, din punct de vedere informaţional, în primul rând elaborarea sistemelor de monitoring integrat pentru fiecare factor de mediu: apă, păduri, sol, aer etc. şi în al doilea rând elaborarea unui sistem de monitoring global al mediului care va cuprinde o selecţie de informaţii obţinute pentru fiecare factor de mediu, necesare în principal pentru cunoaşterea legăturilor şi condiţionărilor dintre ele. Monitorizarea integrată a apelor trebuie să furnizeze informaţii referitoare la: -
precipitaţii, scurgeri, resurse de apă şi folosirea apei de către diferiţi utilizatori; cantitatea şi calitatea apei; toate obiectele acvatice (râuri, lacuri, ape subterane, mări) şi interacţiunile dintre ele.
Din punct de vedere al utilizării informaţiilor , ele trebuie să fie integrate la scară: - locală – obiectiv (lac de acumulare, utilizare a apei etc.); - zonală – departamentală; - bazinală; - naţională. Scopul monitorizării integrate a apelor este de a furniza datele şi informaţiile
pentru:
-
cunoaşterea stării mediului acvatic; alocarea optimă a resurselor de apă pentru diferite categorii de utilizare; avertizarea populaţiei şi utilizatorilor de apă asupra apariţiei fenomenelor periculoase (ploi de mare intensitate, poluări accidentale etc.); verificarea depăşirii limitelor de calitate (stabilite de standarde şi de autorizări) a surselor de apă şi efluenţilor; determinarea tendinţelor de evoluţie a mediului hidric datorate impactului omului şi stabilirii măsurilor pentru prevenirea şi corectarea tendinţelor negative.
6.2.2 Prevederi legale referitoare la monitorizarea apelor La nivel european, Directiva 2000/60/CE a Parlamentului european şi Consiliului Europei din 23 octombrie 2000 a stabilit un cadru pentru o politică comunitară în domeniul apei. Această directivă a fost modificată ulterior prin decizia nr. 2455/2002/CE a Parlamentului şi Consiliului Europei din 20 noiembrie 2001. În vederea aplicării acestei directive, statele membre trebuie să inventarieze toate bazinele hidrografice care se găsesc pe teritoriul lor şi să le împartă pe districte hidrografice. Bazinele hidrografice care se găsesc pe teritoriul a cel puţin două state vor 6-5
fi integrate într-un district internaţional. Statele membre ale CE vor trebui să facă o analiză a caracteristicilor fiecărui district hidrografic, un studiu al incidenţei activităţii umane asupra apelor, o analiză economică a utilizării acestora şi un registru al zonelor care necesită o protecţie specială. În continuare, va trebui elaborat pentru fiecare district hidrografic în parte un plan de gestiune şi de măsuri care trebuie aplicat. Aceste măsuri au ca scop: prevenirea deteriorării, ameliorarea şi restaurarea stării maselor de apă de suprafaţă, atingerea unei bune stări chimice şi ecologice a acestora, şi reducerea poluării datorate deversării şi emisiei de substanţe periculoase; protejarea, ameliorarea şi restaurarea apelor subterane, prevenirea poluării şi deteriorării lor şi asigurarea unui echilibru între captarea şi înnoirea lor; conservarea zonelor protejate. De asemenea, este prezentată o listă a substanţelor poluante prioritare selecţionate dintre cele care constituie un risc important pentru sau prin mediul acvatic, a măsurilor de control relativ la aceste substanţe şi a normelor de calitate aplicabile concentraţiilor acestora. Directiva stabileşte obiectivele politicii comunitare în domeniul apelor după cum urmează: garanţia aprovizionării cu apă potabilă; garanţia aprovizionării cu apă potabilă sau apă care nu este destinată consumului uman pentru necesităţi economice altele decât consumul uman; protecţia şi păstrarea mediului acvatic; limitarea catastrofelor naturale (secete, inundaţii). Sunt definite de asemenea diferitele tipuri de poluare la care pot fi supuse apele: poluarea care provine din surse punctuale; poluarea care provine din surse difuze; poluarea accidentală; acidifierea; eutrofizarea. Directiva cadru a Consiliului Europei conţine prevederi legale referitoare la calitatea, gestiunea şi poluarea apelor apelor dulci de suprafaţă, apelor utilizate pentru scăldat, apelor destinate consumului uman. De asemenea sunt prevăzute reglementări referitoare la tratarea apelor urbane reziduale, poluarea datorată anumitor substanţe periculoase, prevenirea şi reducerea integrată a poluării. Sunt stabilite exigenţele minime la care trebuie să răspundă calitatea apelor, şi anume: parametrii care definesc caracteristicile fizice, chimice şi microbiologice; valorile limită şi valorile de referinţă ale acestor parametri; frecvenţa de eşantionare minimă şi de analiză; metodele de măsurare de referinţă comune pentru determinarea valorilor parametrice.
6.2.3 Structura şi dinamica ciclului de monitorizare a apelor Procesul de monitorizare trebuie privit ca o secvenţă de activităţi interconectate dintre care cele mai importante sunt: definirea informaţiilor necesare; elaborarea strategiei de monitorizare; proiectarea reţelei de monitorizare; 6-6
-
prelevarea eşantioanelor; efectuarea analizelor de laborator; transmiterea datelor; analiza datelor; raportarea datelor; utilizarea informaţiilor în administrarea integrată a apelor.
Pentru definirea parametrilor care trebuie monitorizaţi se are în vedere cunoaşterea completă şi continuă a stării şi evoluţiei mediului acvatic şi a deciziilor care trebuie luate în domeniul administrării cantitative şi calitative a apelor. Deciziile se împart în: decizii cu caracter strategic şi tactic şi decizii operaţionale.
Deciziile cu caracter strategic şi tactic se
referă la stabilirea direcţiilor de
dezvoltare a administrării apelor, de exemplu: elaborarea planurilor de administrare a apelor; stabilirea şi împărţirea pe etape de lucru a lucrărilor de administrare a apelor care vor fi desfăşurate în scopul asigurării necesarului de apă al utilităţilor şi de protejare a resurselor de apă împotriva epuizării şi poluării. Aceste probleme de planificare şi amenajare a apelor sunt conţinute în schema cadru de amenajare şi administrare a apelor bazinelor versante din România, care este reactualizată odată la 5 ani prin Decizie Guvernamentală. Deciziile strategice în domeniul administrării apelor se referă de asemenea la participarea României la Convenţiile internaţionale referitoare la Dunăre şi Marea Meagră, la alte convenţii şi la diferite programe internaţionale importante din domeniul apelor. Deciziile operaţionale luate în domeniul administrării apelor se referă la: -
scară:
alocarea optimă a resurselor de apă la diferitele categorii de utilizatori; exploatarea lucrărilor de administrare a apelor; lupta împotriva inundaţiilor şi a secetei; protecţia împotriva poluărilor accidentale; siguranţa lucrărilor hidrotehnice.
Strategia de monitorizare trebuie să ia în considerare: modalitatea de încheiere a observaţiilor şi măsurătorilor, de transmitere şi prelucrare a datelor care pot fi obţinute automat şi/sau manual sau mixt; metodele de diseminare a informaţiilor care pot fi: TV, radio, reţea de calculatoare, telefoane, copiatoare, radiotelefoane etc.; etapele de luare a deciziilor în domeniul administrării apelor.
Pentru coordonarea activităţii de administrare a apelor deciziile sunt luate la
locală (obiectiv); zonală (departamentală); bazinală; naţională. Deciziile la scară locală sunt luate pentru anumite obiective de mică importanţă care au un impact punctual asupra regimului resurselor de apă. Aceste decizii sunt luate la nivelul conducerii fiecărui obiectiv. Ele se referă de obicei la anumite obiective, -
6-7
de tipul lacurilor de acumulare, utilizatorilor de apă etc. a căror funcţionare are impact asupra unor zone restrânse. Aceste decizii sunt luate la nivelul unui bazin versant. Deciziile la scară bazinală sunt luate pentru toate obiectivele importante: lacuri de acumulare, utilizatori de apă etc. a căror exploatare influenţează regimul cantitativ şi calitativ al apelor pentru întreg bazinul versant sau pentru sub-bazine importante. Aceste decizii sunt luate la nivelul organizaţiilor teritoriale. Deciziile operaţionale la scară naţională în domeniul administrării apelor sunt luate pentru alocarea de apă la utilităţile cele mai importante care sunt alimentate cu apă de la mai multe bazine versante, pentru utilizarea apelor râurilor care formează frontiera de stat a României şi pentru exploatarea rezervelor strategice. Ţinând seama de tipul de decizie în domeniul administrării apelor, sistemul de monitorizare este organizat în flux rapid sau în flux lent . Fluxul rapid se referă la datele în timp real utilizate pentru elaborarea previziunilor şi luarea deciziilor operaţionale iar fluxul lent are ca scop crearea bazelor naţionale de date şi luarea deciziilor cu caracter strategic.
Proiectarea reţelei de monitorizare a apelor trebuie să stabilească punctele de măsură, elementele care vor fi măsurate şi frecvenţa observării sau/şi măsurării lor. Proiectarea este bazată pe criterii specifice fiecărui parametru care trebuie monitorizat, care ţine seama de: variaţia în timp şi spaţiu a parametrului care urmează a fi monitorizat; impactul omului asupra mediului hidric; interdependenţa cu alţi parametri specifici ai mediului hidric şi a altor factori de mediu.
Eşantionarea se face de preferinţă în mod automat. De obicei, pentru majoritatea parametrilor eşantionările sunt făcute pe ambele maluri şi în mijlocul cursurilor de apă.
Analiza eşantioanelor se face in situ pentru parametrii care sunt mai sensibili la modificarea condiţiilor de mediu: temperatura, pH, oxigen dizolvat şi conductivitate. Pentru ceilalţi parametri, analizele sunt făcute de obicei în laborator, mai ales atunci când sunt necesare operaţii suplimentare (distilare, mineralizare) şi analiza eşantioanelor durează mai mult timp (fenoli, metale grele etc.).
Transmiterea datelor este preferabil să se facă de manieră automată pentru ca factorul de decizie să aibă destul timp pentru a lua măsurile de prevenire şi limitare a efectelor negative ale apelor.
Analiza datelor implică compararea datelor între staţii, analiza tendinţelor, elaborarea relaţiilor cauză – efect, de exemplu între calitatea apei şi sursele de poluare, utilizarea terenului, datele hidrologice etc.
Comunicarea datelor se face în mod specific ţinând seama de utilizator: autorităţi, public, comunitate ştiinţifică etc.
La elaborarea sistemului de monitoring integrat al apelor trebuie să se ţină seama de următorul paradox: monitorizarea unui parametru caracteristic al apelor necesită cunoaşterea variaţiei în timp şi spaţiu, cunoaştere posibilă numai prin
6-8
observare şi măsurare. De aici rezultă dinamica în timp şi spaţiu a sistemului de monitorizare a apelor sub forma unei spirale.
6.3. METODE DE MĂSURARE A CALITĂŢII APEI Pornind de la complexitatea tipurilor de parametri care definesc calitatea apei, se disting două metode de măsurare: de laborator (off-line) automată (on-line). -
Metoda de determinare în laborator constă în prelevarea periodică de probe de apă din sursa supravegheată şi analiza lor prin mijloace chimice (reacţii cu diverse soluţii de reactivi); acest tip de analize se utilizează pentru determinarea tuturor proprietăţilor apei: organoleptice, bacteriologice, fizice şi chimice. Modul de prelevare a probei poate fi manual (operatorul se deplasează pe teren) sau automat (printr-o instalaţie de pompare a apei care este adusă la laborator la cerere); prelevarea automată presupune o serie de amenajări tehnologice (conducte de aducţiune şi evacuare a apei, pompă, alimentare cu energie a acesteia). Metoda de măsurare continuă a parametrilor este utilizată în general pentru o parte din proprietăţile fizice ale apei, aplicând principii din electro-chimie, electromagnetism, etc. În prezent există analizoare pentru determinarea automată (on-line) a unor proprietăţi chimice utilizând reactivi (substanţe organice, conţinut de metale grele, săruri de azot, etc.).
6.4. COMPONENTELE SISTEMELOR DE MONITORIZARE A PARAMETRILOR DE CALITATE A APEI 6.4.1 Traductoare specifice şi variante de măsurare Conservarea proprietăţilor apei şi menţinerea calităţii ei la valori optime este o fază decisivă în procesul tehnologic de alimentare cu apă; pentru a eficientiza această activitate este necesară informarea continuă şi rapidă a operatorului uman (care supraveghează procesul) asupra valorilor parametrilor mai importanţi care definesc calitatea apei. Pentru realizarea acestui deziderat, în instalaţiile moderne de alimentare cu apă şi de tratare a apei se utilizează măsurarea on-line a acestor parametri, utilizând traductoare specializate. Traductoarele sunt aparate de măsură specifice fiecărei mărimi de măsurat, care culeg informaţiile direct din proces. Aceste aparate sunt amplasate pe conductele de apă, pe marginea râului, în câmp sau în cadrul amenajărilor hidroenergetice şi funcţionează pe baza unor principii bine stabilite. Funcţia pe care o realizează este de măsurare continuă a parametrului controlat, convertind valoarea instantanee a acestuia în semnal unificat (4 ... 20 mA) şi furnizând la ieşire un semnal proporţional cu valoarea măsurată; acest semnal este compatibil cu alte echipamente utilizate în instalaţiile de automatizare şi poate fi prelucrat în funcţie de necesităţi (afişat, transmis la distanţă, înregistrat, etc.). 6-9
-
Se pot utiliza două variante de măsurare a parametrilor: Varianta I - Utilizarea pentru fiecare parametru a câte unui aparat, amplasat pe teren. Varianta II - Utilizarea unui echipament multiparametric de determinare a calităţii apei, amplasat în incinta unei staţii de avertizare.
În varianta I , traductoarele utilizate sunt: turbidimetru, pH-metru, aparat pentru determinarea concentraţiei de cianuri; temperatura este asociată măsurătorii de pH sau O2. Aparatele utilizate, cu excepţia celui pentru cianuri, pot fi alese din fabricaţia curentă a mai multor firme din străinătate. Traductoarele sunt amplasate distribuit în câmp, adaptoarele respective furnizând la ieşire un semnal de 4 ... 20 mA, care este transmis în incinta unei staţii de avertizare la un concentrator de date. Toate traductoarele au posibilitatea afişării valorilor instantanee, atât local cât şi la un panou aflat în incintă. În varianta II se utilizează o staţie de monitorizare a apei (în acest exemplu, de tip CE – 26), care reprezintă un echipament compact prin intermediul căruia se pot măsura următorii parametrii: pH, turbiditate, conductivitate, oxigen dizolvat şi temperatură. Echipamentul se amplasează în incinta staţiei de avertizare şi este prevăzut cu o pompă de prelevare a probei de apă din râu; în acest sens este necesară montarea unor conducte de aducţiune şi evacuare a apei. Proba de apă este analizată şi în acelaşi timp sunt afişate valorile parametrilor controlaţi. Există posibilitatea cuplării echipamentului la un nivel superior, printr-un şir de cleme; pentru fiecare parametru este furnizat un semnal în gama 4 ... 20 mA. Comparând din punct de vedere economic cele două variante, rezultă următoarele aspecte: - varianta I , deşi este mai avantajoasă din punct de vedere al preţului aparatelor, este mai scumpă în ansamblu, deoarece trebuie să se ţină seama de activitatea de montaj pentru fiecare aparat în parte şi pentru cablurile de alimentare cu energie electrică şi cablurile de semnal care trebuie amplasate în câmp, între aparate şi incinta staţiei de avertizare; de asemenea activitatea de întreţinere este îngreunată, fiind necesară curăţarea fiecărui aparat în parte. -
soluţia oferită de varianta II este mult mai modernă. Nu este necesar decât montajul conductelor de aducţiune a apei din incintă; curăţarea traductoarelor incluse în echipament se face automat, la cerere. Este limitată la minimum intervenţia factorului uman, deci se reduce posibilitatea manevrării eronate a aparatelor. În concluzie, se recomandă aplicarea variantei II.
6.4.2 Soluţii moderne oferite de firma ENDRESS+HAUSER pentru sistemele de monitorizare a calităţii apei În sfera măsurărilor tehnologice analitice, firma Endress+Hauser oferă atât puncte individuale de măsură care includ senzorii şi aparatura de monitorizare a parametrilor măsuraţi cât şi echipamente interactive de măsură integrate în sisteme de reglare automată. Pentru măsurarea parametrilor de calitate a apei, firma Endress+Hauser oferă o serie de soluţii adaptate care oferă informaţii despre: valoarea pH-ului, potenţialul redox, conductivitatea electrică, turbiditate, concentraţia de oxigen sau clor. Firma produce senzori pentru o mare varietate de parametri utilizaţi la analiza lichidelor şi
6-10
sisteme sofisticate de curăţare a acestora, asigurând astfel o precizie continuă a măsurărilor şi un management optim al procesului. Soluţiile moderne de monitorizare a parametrilor de calitate a apei presupun prelevarea automată a probelor şi staţii de monitorizare complet automatizate. Acestea sunt proiectate pentru a monitoriza atât local cât şi industrial apele reziduale, staţiile de epurare a apelor şi pentru protecţia mediului.
Firma Endress+Hauser propune pentru fiecare tip de senzori în parte sisteme de curăţare evoluate şi complet automatizate, care asigură curăţarea periodică a acestora şi implicit precizia informaţiilor obţinute în urma măsurătorilor.
Firma Endress+Hauser oferă sisteme complete de monitorizare a parametrilor măsuraţi. Aplicaţiile speciale necesită soluţii speciale. Din punct de vedere mecanic, soluţiile oferite sunt modulare şi combinate cu instrumente software şi hardware, oferind: - unităţi de bază universale; - posibilităţi de extindere şi opţiunile corespunzătoare; - ramificaţii speciale şi soluţii de aplicare; - unităţi adaptate la necesităţile specifice aplicaţiei respective.
Aparatele
de înregistrare oferite de firma Endress+Hauser sunt următoarele:
Chroma – Log S - un aparat de înregistrare standard care oferă o soluţie economică. Alpha – Log - un aparat de înregistrare hibrid adaptat oricărei aplicaţii. Mega – Log Tx – un aparat de înregistrare modular, hibrid, care poate fi utilizat pentru toate aplicaţiile şi toate necesităţile. Firma Endress+Hauser a dezvoltat şi o gamă de instrumente de înregistrare care nu necesită hârtie. Acestea sunt: Mini – Log - un memorator de date robust şi economic, pentru aplicaţii autonome. Are incorporată o baterie cu Lithium care permite efectuarea operaţiilor pe termen lung. Memo – Log - gestionează datele, înregistrând semnalele industriale, analizându-le şi stocându-le. Memo – Log S - este o versiune a aparatului descris anterior. Optimizează comanda de la distanţă şi aplicaţiile speciale. Are o ieşire analogică pentru transmiterea valorilor calculate sau poate fi schimbat şi setat utilizând interfaţa. O altă gamă de instrumente de înregistrare sunt cele care folosesc hârtia pentru analiza, afişarea şi stocarea datelor. Un produs reprezentativ al firmei Endress+Hauser este Memo – Graph. Acesta este un gestionar de date vizuale care afişează grafic color, monitorizează, analizează şi stochează valorile măsurate. Semnalele de intrare sunt analogice şi digitale. Sistemul este compatibil cu utilizarea interfeţelor seriale şi conexiunea PROFIBUS şi oferă cea mai înaltă performanţă în înregistrarea modernă a valorilor măsurate. Poate fi utilizat ca unitate independentă dar şi integrat într-un sistem. Operaţiile se execută cu ajutorul meniurilor iar funcţiile incorporate garantează simplitatea operaţiilor. Modul de afişare a semnalului care este cel mai des folosit poate fi selectat prin folosirea unui buton; opţiunile oferite sunt: curbe, tabele, bare/coloane, evenimente, grupuri. Memo-Graph poate fi optimizat pentru a răspunde unei aplicaţii date.
6-11
Pachetul de programe ReadWin operează cu toate instrumentele de înregistrare Endress+Hauser care au interfeţe seriale. El are următoarele caracteristici: - mediul de operare folosit este Windows 3.11 / 95 / NT; - unitate serială de setare/schimbare a parametrilor; - stocarea setărilor unităţii într-o bază individuală de date; - afişarea instantanee a valorilor unităţilor conectate; - citirea valorilor salvate în unităţi individuale de înregistrare; - afişarea valorilor măsurate sub formă de curbe, coloane, tabele; - exportul datelor în programele de calcul tabelar (de exemplu: Excel, Lotus etc.); - accesul la unităţi aflate la distanţă utilizând conexiunea prin modem; - tipărirea tabelelor, graficelor, parametrilor unităţilor; - importul datelor deja existente (parametri şi valori măsurate). Programul este inclus în instrumentele care folosesc interfeţe seriale: Mini-Log, Memo-Log, Memo-Log S, Memo-Graph, Mega-Log Tx cu interfaţă serială şi Alpha-Log în combinaţie cu alte accesorii.
este atât un aparat de înregistrare video-grafică care utilizează stadiul actual al tehnologiei din domeniu cât şi un sistem de achiziţie al valorilor măsurate. El tipăreşte semnalele, monitorizează limitele, analizează punctele de măsură, stochează intern datele şi le arhivează pe dischete standard. Memo-Graph funcţionează ca un sistem independent şi operează cu punctele de măsurare PROFIBUS. De asemenea, poate fi utilizat ca o alternativă la instrumentele de înregistrare standard.
Memo-Graph Visual Data Manager (VDM)
Structura unui sistem complet de monitorizare
Utilizând interfeţe seriale adecvate (RS 232 şi RS 485), aparate de înregistrare corespunzătoare (Alpha – Log, Mega – Log Tx, Mini – Log, Memo – Log /-S, Memo – Graph) şi un sistem de calcul care să corespundă necesităţilor aplicaţiei respective, poate fi creat un sistem complet compatibil de monitorizare a parametrilor de calitate ai apei. Sistemul poate fi configurat utilizând setările stocate pe discul fix al sistemului de calcul. Pentru a vedea ce valori sunt active în cadrul procesului într-un anumit moment, se apelează valorile măsurate în acel moment şi se afişează sub formă tabelară pe calculator. Conectarea prin modem Toate funcţiile care pot fi utilizate prin intermediul unei interfeţe seriale pot fi de asemenea disponibile şi atunci când este conectat un modem, fără a se pune problema distanţei. Memo-Log S poate să furnizeze date calculatorului sau, în cazul unei alarme, să formeze un număr de telefon setat anterior (va emite un mesaj sub formă de text). •
Transmiterea informaţiilor comprimate Instrumentele cu memorie integrată analizează semnalele de măsură. Valorile obţinute sunt stocate apoi în formă comprimată; astfel, într-un număr mare de valori măsurate sunt conţinute informaţii importante. Acest lucru este util pentru o utilizare optimă a spaţiului de stocare a informaţiilor, transmiterea rapidă a datelor şi ocuparea unui spaţiu minim în memoria calculatorului. •
Stocarea valorilor măsurate Memo-Log şi Memo-Log S stochează datele utilizând cartele magnetice standard. În funcţie de aplicaţie, mărimea necesară stocării poate fi selectată. Cartela poate fi îndepărtată din unitate şi citită de un PC, care are integrat un slot special pentru •
6-12
cartele magnetice sau un echipament extern; de asemenea, ea poate fi refolosită. Memo-Graph poate stoca datele fie într-o memorie internă, fie pe dischete standard (3 ½ inch, 1,44 MB). Din acest motiv datele pot fi manevrate uşor, citite în calculator şi arhivate economic.
Programul universal Commuwin II
Commuwin II este un program de operare universal, deschis, pentru "câmpul inteligent" şi controlul instrumentării camerei de comandă, utilizat în procesul de automatizare. Cu ajutorul unei interfeţe grafice, echipamentele cu diferite protocoale de comunicaţie pot fi configurate şi monitorizate. Programul operează pe toate calculatoarele personale sub mediile MS-Windows 3.1, 3.11, 95 şi NT 4, beneficiind de toate facilităţile oferite de mediul de operare. Comunicaţia cu echipamentele este manevrată cu servere DDE independente şi poate fi utilizată de asemenea pentru schimbul dinamic de date (DDE) cu alte programe care au această caracteristică (de exemplu MS-Excel). Serverele DDE au de asemenea posibilitatea cuplării la pachetele de programe utilizate pentru vizualizarea proceselor, de exemplu, la programele SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition). Caracteristicile programului Commuwin II Programul pune la dispoziţia utilizatorului următoarele funcţii: configurarea echipamentelor cu ajutorul unui suport grafic; afişarea valorilor măsurate individual sau a grupurilor de valori; stocarea parametrilor echipamentelor; diagnosticarea echipamentelor; documentarea punctelor de măsurare; accesul la înfăşurătoarea curbelor traductoarelor ultrasonice şi cu microunde. •
-
6-13
