การตรวจวัดน้ำเสีย: เซ็นเซอร์ออนไลน์กับค่าห้องปฏิบัติการ

การตรวจวัดน้ำเสียให้ตัวเลขสองประเภท คือ ค่าออนไลน์แบบต่อเนื่อง และผลการวัดในห้องปฏิบัติการแบบเป็นครั้งคราว สองสิ่งนี้ใช้แทนกันไม่ได้ อนุกรมออนไลน์บอกว่าเกิดการเปลี่ยนแปลงเมื่อใด ส่วนผลห้องปฏิบัติการยืนยันว่าค่านั้นเป็นเท่าใดภายใต้วิธีที่กำหนด บันทึกที่ป้องกันข้อโต้แย้งได้ต้องเก็บทั้งสองไว้ พร้อมเงื่อนไขการเก็บตัวอย่าง

บ่ายวันเดียว สองคำตอบ

จุดระบายน้ำแห่งหนึ่งรายงานค่าประมาณออนไลน์ 42 mg/L เมื่อเวลา 14:00 ตัวอย่างแบบเก็บครั้งเดียวที่เก็บเมื่อ 14:10 และวิเคราะห์ด้วยวิธีอ้างอิงให้ผล 31 mg/L ไม่มีตัวเลขใดผิดโดยอัตโนมัติ และนั่นคือปัญหา

ในการตรวจวัดน้ำเสีย ช่องสัญญาณเชิงแสงรายงานค่าประมาณที่สัมพันธ์กับสารอินทรีย์เรืองแสงในช่วงการวัด 150 mg/L โดยระบุความขุ่นในช่วง 0 ถึง 100 NTU ขั้น 0.1 mg/L ในบันทึกเป็นเพียงขั้นการแสดงผล ค่าประมาณนี้ไม่ใช่การวัด BOD ในห้องปฏิบัติการ และไม่ใช่การระบุชนิดสารมลพิษ และพจน์ความคลาดเคลื่อนเต็มสเกล 7.5 mg/L ใช้ตลอดช่วงการวัดนั้น

ที่ 42 mg/L พจน์เต็มสเกล 7.5 mg/L คิดเป็นประมาณ 18% ของค่าที่อ่านได้ ช่องว่าง 11 mg/L ระหว่างสองวิธีมีขนาดใหญ่กว่าพจน์นั้น จึงตัดทิ้งว่าเป็นความไม่แน่นอนของเครื่องมือเพียงอย่างเดียวไม่ได้ อาจเป็นการเปลี่ยนแปลงจริงในช่วงสิบนาทีระหว่างการอ่านสองครั้ง ตัวอย่างที่ไม่เป็นตัวแทนของน้ำที่ไหล หรือการรบกวนจากความขุ่นที่การชดเชยเชิงแสงยังไม่ครอบคลุม

ขั้น 0.1 mg/L ไม่ใช่หลักฐานว่าช่องสัญญาณแยกความแตกต่างได้ในระดับนั้น หลักทศนิยมที่ละเอียดไม่ได้ยืนยันว่าเครื่องมือแยกการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในสายน้ำที่มีค่าพื้นหลังต่ำได้ ควรใช้ความสัมพันธ์เชิงแสงที่ผ่านการตรวจสอบแล้ว ไม่ใช่สมมติว่าเป็นค่า BOD ในห้องปฏิบัติการหรือชนิดสารมลพิษใด เมื่อตีความช่องสัญญาณออนไลน์

ทำไมตัวอย่างเก็บครั้งเดียวกับหัววัดแบบต่อเนื่องจึงให้ผลไม่ตรงกัน

ในการตรวจวัดน้ำเสีย สองวิธีเก็บตัวอย่างคนละปริมาตรในเวลาต่างกัน หัววัดเห็นน้ำที่ไหลผ่านหน้าต่างเชิงแสงอย่างต่อเนื่อง ส่วนตัวอย่างเก็บครั้งเดียวคือน้ำเพียงไม่กี่ร้อยมิลลิลิตรที่เก็บ ณ จุดหนึ่งในชั่วขณะหนึ่ง หากการระบายมีการแบ่งชั้น หรือหากน้ำทิ้งจากรอบการผลิตกำลังเคลื่อนผ่านจุดรับน้ำ สองวิธีก็ต่างกันเกินกว่าความคลาดเคลื่อนของเซ็นเซอร์ได้อย่างสมเหตุสมผล

Figure 1. เซ็นเซอร์ BOD ออนไลน์ NBL-WQ-BOD-4A RS485 — NiuBoL

การจัดการตัวอย่างเพิ่มการเปลี่ยนแปลงของตัวเอง การวัด BOD ในห้องปฏิบัติการบ่มตัวอย่างที่เจือจางที่ 20 °C เป็นเวลาห้าวัน แล้วหาผลต่างของออกซิเจนละลายน้ำก่อนและหลัง การตกตะกอน การกรอง หรือการปรับ pH เปลี่ยนสัดส่วนของตัวอย่างที่ถูกวัด นั่นคือวิธีที่กำหนดไว้บนกรอบเวลาห้าวัน ไม่ใช่ขั้นตอนที่หัววัดเชิงแสงออนไลน์ทำ และเป็นเหตุผลว่าทำไมการเปรียบเทียบในบ่ายวันเดียวกันจึงต้องระบุเวลาการเก็บตัวอย่าง

อุณหภูมิและความดันเป็นส่วนหนึ่งของข้อกำหนดออนไลน์ ไม่ใช่ส่วนประดับ ช่องสัญญาณแบบ BOD เชิงแสงกำหนดไว้ที่ 12–24 VDC, RS485 Modbus RTU, ความดัน <0.1 MPa, วัสดุ POM/316L และติดตั้งต่ำกว่าระดับน้ำต่ำสุดที่คาดไว้อย่างน้อย 30 cm นอกเหนือจากเงื่อนไขเหล่านี้ ความสัมพันธ์ที่ระบุไว้จะไม่อธิบายการวัดนั้นอีกต่อไป

ช่องสัญญาณ pH ในตู้เดียวกันอธิบายประเด็นนี้จากอีกด้าน pH คือค่ากิจกรรม pH = −log10 a(H+) ไม่ใช่ความเข้มข้นของไอออน ค่าจากห้องปฏิบัติการกับค่าจากหัววัดจึงต่างกันได้เพราะตัวอย่างเปลี่ยนไประหว่างการขนส่ง ไม่ใช่เพราะเครื่องมือตัวใดตัวหนึ่งเคลื่อนค่า ควรบันทึกอุณหภูมิและการเตรียมตัวอย่างของเส้นทางห้องปฏิบัติการไว้ข้างเงื่อนไขของหัววัด และแยกสองชุดไว้ในคอลัมน์ต่างกัน

ตัวอย่างการคำนวณความใช้ได้ของข้อมูล

ความใช้ได้ของข้อมูลคือสัดส่วนของช่วงเวลาตามตารางที่มีค่าที่ใช้งานได้ โดยใช้งานได้หมายความว่าค่าที่อ่านได้ออนไลน์ สภาพตัวอย่าง และแหล่งการประทับเวลามีอยู่ครบทั้งสามอย่าง เป็นตัวชี้วัดการตรวจรับที่เป็นประโยชน์กว่าอัตราการทำงานต่อเนื่องสำหรับการตรวจวัดน้ำเสีย เพราะปั๊มที่ยังหมุนอยู่ก็ยังจ่ายน้ำที่ใช้งานไม่ได้จากท่อที่น้ำไม่ไหลได้

Figure 2. เซ็นเซอร์วัดคุณภาพน้ำ COD ออนไลน์ NBL-WQ-COD

พิจารณาหนึ่งเดือนที่มี 43,200 ช่วงเวลาละ 1 นาที หัก 1,440 นาทีสำหรับการสอบเทียบตามกำหนด 2,880 นาทีสำหรับท่อรับน้ำอุดตัน และ 720 นาทีสำหรับช่องว่างการขนส่งตัวอย่างที่ไม่มีค่าห้องปฏิบัติการจับคู่ เหลือ 38,160 ช่วงเวลาที่ใช้ได้ หรือ 88.3% ของเดือน

การคำนวณนี้เป็นการยกตัวอย่างจากค่าสมมติของพื้นที่ ไม่ใช่บันทึกภาคสนามที่วัดได้ จำนวนช่วงเวลาและหมวดการสูญเสียทั้งสามเป็นค่าตัวอย่างสำหรับการคำนวณ ควรคำนวณความใช้ได้จากบันทึกเหตุการณ์ของคุณเอง และนับช่วงเวลาเป็นใช้ได้เฉพาะเมื่อค่าออนไลน์ สภาพตัวอย่าง และแหล่งการประทับเวลาถูกบันทึกครบทั้งสามอย่าง

ต่อไปพิจารณาว่ามีกี่ช่วงในจำนวนที่ใช้ได้เหล่านั้นที่เปรียบเทียบกับผลห้องปฏิบัติการได้จริง หากการเก็บตัวอย่างสัปดาห์ละสี่ครั้งให้การสังเกตแบบจับคู่ 16 คู่ในหนึ่งเดือน ความครอบคลุมแบบจับคู่ของ 38,160 ช่วงออนไลน์ที่ใช้ได้จะอยู่ที่ 0.04% การแก้ไขความเอนเอียงรายเดือนที่ได้จาก 16 คู่กำลังถูกนำไปใช้กับค่าหลายหมื่นค่า ควรระบุตัวหารนี้ก่อนอ้างอิงชุดข้อมูลที่แก้ไขแล้ว

การตรวจสอบมาตรฐานรายสัปดาห์ก็ควรอยู่ในบันทึกการตรวจรับเช่นกัน แต่ในฐานะขีดจำกัดของขั้นตอนปฏิบัติ ไม่ใช่ข้อกำหนดของเครื่องมือ ควรบันทึกค่าเฉลี่ยและการกระจายของค่าที่วัดซ้ำเทียบกับค่าทริกเกอร์ของพื้นที่เอง และแยกคอลัมน์นั้นออกจากพจน์ความคลาดเคลื่อนในเอกสารข้อมูลจำเพาะ เพราะแฟล็กการเคลื่อนค่าไม่ใช่ข้ออ้างเรื่องความแม่นยำของหัววัด

ปั๊ม การปรับสภาพน้ำก่อนวัด และรูปแบบความขัดข้องที่ไม่มีใครบันทึก

ในการตรวจวัดน้ำเสีย การเก็บตัวอย่างแบบต่อเนื่องขึ้นกับปั๊มที่ต้องหมุนตลอดเวลา จึงเป็นชิ้นส่วนที่เสียบ่อย ปั๊มที่เกิดคาวิเทชัน สูญเสียการดูด หรืออุดตันจะจ่ายน้ำที่นิ่งอยู่ให้หัววัด เครื่องมือจึงรายงานค่าที่คงที่และดูสมเหตุสมผลจากน้ำที่ไม่ไหลแล้ว เส้นแบนคือลักษณะของความขัดข้อง ไม่ใช่กระบวนการที่สะอาด

การปรับสภาพน้ำก่อนวัดมีปัญหาเดียวกัน การตกตะกอนหรือการกรองกำจัดวัสดุแขวนลอยซึ่งเป็นสิ่งที่ช่องสัญญาณความขุ่นควรวัดออกไปเสียเอง หากหัววัดออนไลน์อยู่หลังตัวกรองและตัวอย่างห้องปฏิบัติการถูกเก็บก่อนตัวกรอง ตัวเลขทั้งสองก็อธิบายน้ำคนละส่วนโดยการออกแบบ ควรระบุจุดเก็บตัวอย่างที่แน่นอนของทั้งสองเส้นทางลงในแบบแปลนเดียวกัน

ไบโอฟิล์มและตะกอนบนหน้าต่างเชิงแสงทำให้ค่าที่ปรากฏสูงขึ้นอย่างช้า ๆ ลักษณะเฉพาะของการเกาะติดคือค่าลดลงเป็นขั้นหลังทำความสะอาด แล้วค่อย ๆ ไต่ขึ้นอีกครั้ง ควรบันทึกการทำความสะอาดแต่ละครั้งเป็นเหตุการณ์ที่ระบุวันที่และเก็บอนุกรมค่าดิบไว้ เพราะการปรับเรียบให้การเคลื่อนค่านั้นหายไปจะลบหลักฐานที่ต้องใช้กำหนดรอบการทำความสะอาด

เงื่อนไขทางไฟฟ้าและการติดตั้งก็สำคัญเช่นกัน หัววัดที่ไม่ได้ติดตั้งมอดูลอาจยังส่งค่าเรจิสเตอร์เริ่มต้นที่ดูเหมือนผลการวัด ควรระบุช่องสัญญาณที่ติดตั้งจริงและช่วงการวัดลงในผังการเก็บตัวอย่าง ตรวจแรงดันไฟเลี้ยงที่หัววัดขณะปั๊มทำงาน และบันทึกความลึกการจุ่มเทียบกับระดับน้ำต่ำสุดที่คาดไว้ เพราะหน้าต่างที่โผล่พ้นผิวน้ำในช่วงน้ำไหลน้อยจะให้ค่าที่เปลี่ยนเป็นขั้น ไม่ใช่การเปลี่ยนความเข้มข้น

เมื่อค่าออนไลน์ไม่ควรเป็นตัวตัดสิน

เมื่องบเวลาการตอบสนองสั้นกว่าเวลาที่ต้องใช้ในการเก็บ ขนส่ง และเตรียมตัวอย่าง การตรวจวัดน้ำเสียยืนยันเหตุการณ์จากค่าประมาณออนไลน์เพียงอย่างเดียวไม่ได้ ควรเขียนงบเวลานั้นลงในการออกแบบการแจ้งเตือน และให้ช่องสัญญาณออนไลน์เป็นตัวทริกเกอร์การเก็บตัวอย่าง แทนที่จะประกาศว่ามีการฝ่าฝืน

ค่าออนไลน์ยังใช้ลำพังไม่ได้เมื่อกำลังประเมินเกณฑ์การระบายน้ำ ค่าประมาณเชิงแสงอาศัยความสัมพันธ์ที่ผ่านการตรวจสอบและมีพจน์ความคลาดเคลื่อนเต็มสเกล 7.5 mg/L ตลอดช่วง 150 mg/L ส่วนขั้นการรายงาน 0.1 mg/L ไม่ได้ยืนยันความสามารถแยกความแตกต่างที่ระดับต่ำ วิธีตรวจรับและความไม่แน่นอนของวิธีนั้นควรอยู่ในใบอนุญาตหรือข้อกำหนดโครงการ ไม่ใช่ในเอกสารข้อมูลจำเพาะของเซ็นเซอร์

สุดท้าย อย่านำการแก้ไขความเอนเอียงที่ได้จากตัวอย่างจับคู่เพียงไม่กี่คู่ไปใช้กับทั้งเดือนโดยไม่ระบุความครอบคลุมแบบจับคู่ การแก้ไขที่พอดีกับ 16 คู่อาจใช้ได้กับเงื่อนไขใน 16 วันนั้น และผิดสำหรับเหตุการณ์พายุในวันที่สิบเจ็ด

การทดสอบเดินระบบการเปรียบเทียบ

1. เขียนผังเดียวที่แสดงจุดรับน้ำของหัววัดออนไลน์ ปั๊ม การปรับสภาพน้ำก่อนวัด (ถ้ามี) และจุดเก็บตัวอย่างของห้องปฏิบัติการ

2. ระบุวิธีออนไลน์ ช่วงการวัด ธรรมเนียมความคลาดเคลื่อน และเงื่อนไขที่ใช้ตรวจสอบความสัมพันธ์นั้น

3. บันทึกวิธีอ้างอิงของห้องปฏิบัติการและการเตรียมตัวอย่าง รวมถึงการปรับ pH หรือการกลั่น (ถ้ามี)

4. กำหนดนิยามของช่วงเวลาที่ใช้ได้ และคำนวณความใช้ได้ของข้อมูลจากบันทึกเหตุการณ์ ไม่ใช่จากอัตราการทำงานของอุปกรณ์

5. รายงานความครอบคลุมแบบจับคู่ควบคู่กับการแก้ไขความเอนเอียงใด ๆ พร้อมจำนวนการสังเกตแบบจับคู่

6. บันทึกสถานะปั๊ม เหตุการณ์ทำความสะอาด และสภาพหน้าต่างวัด เป็นระเบียนที่ระบุวันที่

7. ทำการเปรียบเทียบซ้ำหลังการเปลี่ยนแปลงเฟิร์มแวร์หรือการปรับสภาพน้ำก่อนวัดทุกครั้ง เพราะการแก้ไขการปรับสเกลโดยไม่แจ้งจะเลื่อนค่าที่บันทึกไว้ทั้งหมด

คำถามที่พบบ่อย

Q1. ทำไมค่าออนไลน์จึงรายงาน 42 mg/L ขณะที่ห้องปฏิบัติการได้ 31 mg/L

Figure 3. เซ็นเซอร์วัดคุณภาพน้ำความขุ่นออนไลน์ NBL-WQ-TS

ทั้งสองวิธีเก็บน้ำคนละส่วนในเวลาต่างกันภายใต้วิธีต่างกัน ช่องสัญญาณออนไลน์คือความสัมพันธ์เชิงแสงที่เชื่อมกับสารอินทรีย์เรืองแสง ส่วนตัวอย่างเก็บครั้งเดียวคือปริมาตรที่แยกออกมาโดยเก็บช้ากว่าสิบนาที พร้อมการขนส่งและการเตรียมตัวอย่าง พจน์ความคลาดเคลื่อนเต็มสเกล 7.5 mg/L ตลอดช่วง 150 mg/L มีขนาดเล็กกว่าช่องว่าง 11 mg/L ดังนั้นเวลาการเก็บตัวอย่าง ความเป็นตัวแทน และการชดเชยความขุ่นก็ต้องตรวจสอบก่อนจะสรุปว่าความต่างนั้นเป็นความขัดข้อง

Q2. ความละเอียด 0.1 mg/L หมายความว่าหัววัดตรวจจับการเปลี่ยนแปลง 0.1 mg/L ได้หรือไม่

ไม่ได้ ในการตรวจวัดน้ำเสีย ขั้นการแสดงผล 0.1 mg/L แยกการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยไม่ได้เมื่อช่องสัญญาณมีพจน์ความคลาดเคลื่อนเต็มสเกล 7.5 mg/L ตลอดช่วง 150 mg/L ความละเอียดเป็นเพียงหลักในการรายงาน ส่วนพจน์ความคลาดเคลื่อนและความสัมพันธ์ที่ผ่านการตรวจสอบเป็นตัวกำหนดว่าค่านั้นรองรับอะไรได้

Q3. ความใช้ได้ของข้อมูลคืออะไร และทำไมจึงดีกว่าอัตราการทำงานต่อเนื่อง

ในการตรวจวัดน้ำเสีย ความใช้ได้ของข้อมูลนับเฉพาะช่วงเวลาที่ค่าออนไลน์ สภาพตัวอย่าง และแหล่งการประทับเวลาถูกบันทึกครบทั้งสามอย่าง ในเดือนตัวอย่าง 43,200 ช่วงเวลาละ 1 นาที สูญเสีย 1,440 ช่วงจากการสอบเทียบ 2,880 ช่วงจากท่ออุดตัน และ 720 ช่วงจากช่องว่างการขนส่ง เหลือ 38,160 ช่วงที่ใช้ได้ หรือ 88.3% ปั๊มที่ยังหมุนอยู่แต่ทางรับน้ำอุดตันมีอัตราการทำงานสูงแต่ความใช้ได้ของข้อมูลต่ำ

Q4. แก้ไขอนุกรมออนไลน์ทั้งชุดจากผลเปรียบเทียบในห้องปฏิบัติการเพียงไม่กี่ค่าได้หรือไม่

ควรระบุความครอบคลุมแบบจับคู่ก่อน ในตัวอย่างการคำนวณ การเก็บตัวอย่างสัปดาห์ละสี่ครั้งให้ 16 คู่เทียบกับ 38,160 ช่วงเวลาที่ใช้ได้ หรือความครอบคลุมแบบจับคู่ 0.04% การแก้ไขที่พอดีกับ 16 คู่อาจไม่อธิบายเหตุการณ์พายุในวันอื่น ควรบันทึกจำนวนคู่ไว้กับชุดข้อมูลที่แก้ไขแล้วทุกชุด

Q5. วิธีการเตรียมตัวอย่างในห้องปฏิบัติการส่งผลต่อการเปรียบเทียบหรือไม่

ส่งผล การวัด BOD ในห้องปฏิบัติการบ่มตัวอย่างที่เจือจางที่ 20 °C เป็นเวลาห้าวันและใช้ผลต่างของออกซิเจนละลายน้ำ ส่วนการตกตะกอนหรือการกรองกำจัดวัสดุที่ช่องสัญญาณเชิงแสงออนไลน์มองเห็น สองเส้นทางมีกรอบเวลาและสัดส่วนตัวอย่างต่างกัน ควรบันทึกเส้นทางการเตรียมตัวอย่างทั้งสองลงในผังเดียวกัน

Q6. ควรถือว่าเส้นออนไลน์ที่แบนคือกระบวนการที่คงที่หรือไม่

ไม่ควร ปั๊มที่สูญเสียการดูด ทางรับน้ำที่อุดตัน หรือตัวกรองที่ตันจนแสงผ่านไม่ได้ จะทิ้งน้ำที่นิ่งอยู่ไว้ที่หัววัด ทำให้ได้ค่าคงที่ที่ดูสมเหตุสมผล ควรบันทึกสถานะปั๊มและเหตุการณ์ทำความสะอาด และถือว่าเส้นแบนที่ตามด้วยค่าลดลงหลังทำความสะอาดเป็นลักษณะของการเกาะติด ไม่ใช่กระบวนการที่สะอาด

เก็บบันทึกทั้งสองไว้ และแยกจากกัน

การตรวจวัดน้ำเสียป้องกันข้อโต้แย้งได้เมื่ออนุกรมแบบต่อเนื่องและผลห้องปฏิบัติการถูกเก็บเป็นผลการวัดสองชุดที่เกี่ยวข้องกันแต่ต่างกัน บ่ายวันที่ 42 กับ 31 mg/L ไม่ใช่ความขัดข้องจนกว่าจะเขียนจุดเก็บตัวอย่าง เวลา และวิธีลงไป ควรคำนวณความใช้ได้จากบันทึกเหตุการณ์ รายงานความครอบคลุมแบบจับคู่ก่อนใช้การแก้ไขใด ๆ และบันทึกสถานะปั๊มกับการทำความสะอาดเป็นเหตุการณ์ที่ระบุวันที่

ก่อนจะยอมรับค่าแรก ควรขอผังการเก็บตัวอย่างและความสัมพันธ์ที่ผ่านการตรวจสอบของวิธีออนไลน์ เพราะสองบรรทัดนั้นเป็นตัวกำหนดว่าความต่างที่เห็นคือการเปลี่ยนของน้ำ หรือการเปลี่ยนวิธีการวัด

สองบันทึก หนึ่งการตัดสินใจ

การตรวจวัดน้ำเสียต้องเก็บอนุกรมออนไลน์และผลห้องปฏิบัติการเป็นบันทึกแยกกัน ในบ่ายตัวอย่าง ค่าประมาณออนไลน์อ่านได้ 42 mg/L และวิธีห้องปฏิบัติการได้ 31 mg/L เป็นช่องว่าง 11 mg/L ที่ใหญ่กว่าความคลาดเคลื่อนเต็มสเกล 7.5 mg/L แต่เล็กกว่าความไม่แน่นอนรวมเมื่อนับเวลาการเก็บตัวอย่างและการชดเชยความขุ่น ด้วยช่วงเวลาที่ใช้ได้ 88.3% อัตราการทำงานต่อเนื่องเพียงอย่างเดียวจะซ่อนการสูญเสียจากทางเข้าอุดตันและการสอบเทียบไว้ ควรเขียนงบเวลาการตอบสนองลงในการออกแบบการแจ้งเตือน ให้ช่องสัญญาณออนไลน์เป็นตัวทริกเกอร์การเก็บตัวอย่าง และรายงานความใช้ได้ของข้อมูลไว้ข้างความเข้มข้น

กำลังกระทบยอดผลน้ำเสียจากออนไลน์กับห้องปฏิบัติการอยู่หรือไม่ กรอกจุดเก็บตัวอย่าง งบเวลาการตอบสนอง และผลแบบจับคู่ไว้ที่หน้าติดต่อของเรา แล้ววิศวกรของเราจะช่วยแยกพจน์ความคลาดเคลื่อนออกจากความแตกต่างด้านการเก็บตัวอย่าง