University of Oulu

Jatkuvatoimisten vedenlaadun mittausten epävarmuustarkastelu Pohjois-Suomen kenttäkohteissa

Saved in:
Author: Tuuttila, Petteri1
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Technology, Environmental Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 11.5 MB)
Pages: 100
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201912213403
Language: Finnish
Published: Oulu : P. Tuuttila, 2019
Publish Date: 2020-01-10
Thesis type: Master's thesis (tech)
Tutor: Rossi, Pekka
Reviewer: Rossi, Pekka
Description:

Tiivistelmä

Vesien laatua tarkkaillaan luonnollisen tilan seuraamiseksi ja ihmisen toiminnan aiheuttamien muutosten havaitsemiseksi. Seurantaa toteutetaan biologisilla ja kemiallisilla seurantamuuttujilla. Kemialliset seurantamuuttujat määritetään joko laboratorioissa tai online-antureilla. Aikaisemmin online-mittausepävarmuuksia on selvitetty anturivalmistajien spesifikaatioiden ja uusiutuvuuskokeiden avulla. Tämän työn tavoitteena oli selvittää pitkän aikavälin mittausepävarmuutta luonnollisissa mittausolosuhteissa vertailemalla tuloksia laskennallisesti laboratoriotuloksiin. Työssä tarkoituksena oli selvittää online-antureiden mittausepävarmuuksia pH-arvon, sähkönjohtavuuden ja kemiallisen hapenkulutuksen osalta.

Tutkimuksessa tarkasteltiin EHP Environment Oy:n mittausasemien sisältämiä kolmea MJK:n valmistamaa pH-anturia, kolmea Ponsel pH-anturia, kolmea Ponsel sähkönjohtavuusanturia sekä kemiallisen hapenkukutuksen määritykseen käytettävää Trios Lisa optista mittalaitetta. Työssä online-anturit sijoitettiin kolmeen eri mittauspaikkaan, jotka edustivat luonnonvettä, turvetuotannon vettä sekä kaivosvettä. Koejakso toteutettiin ajalla 22.4.2019–10.10.2019. Mittauksissa kerättiin antureiden online-dataa 10–15 minuutin mittausintervallilla paikasta riippuen. Jakson aikana kerättiin viikoittain 1–2 vesinäytettä kustakin mittauspaikasta referenssinäytteeksi laboratorioon analysoitavaksi. Mittausepävarmuus laskettiin Suomen ympäristökeskuksen tekemällä MUkit-laskentaohjelmalla uusittavuuskokeiden ja referenssidatan avulla. Laskenta tapahtui standardien SFS-ISO 11352 ja SFS-EN 17075:2018 mukaisesti. Referenssidatana käytettiin laboratorioanalyysien tuloksia. Työssä selvitettiin lisäksi antureiden kalibrointien pysyvyyttä ja likaantumisen vaikutusta mittaustuloksiin. Tuloksista piirrettiin anturikohtaiset kuvaajat, joista mittausepä-varmuuksien paikkansapitävyyttä tarkasteltiin.

Työn tuloksina lasketut mittausepävarmuudet olivat kohteesta riippuen pH-arvon osalta Ponsel-anturilla 0,3–0,5 pH-yksikköä ja MJK-anturilla 0,4–0,9 pH-yksikköä. Sähkönjohtavuusanturin epävarmuudet olivat mittauspaikasta riippuen 6–18 %. Kemiallisen hapenkulutuksen osalta mittausepävarmuutta ei laskettu. Työn laskennassa saatujen tulosten perusteella online-mittausepävarmuudet olivat jonkin verran laboratorioanalyysien epävarmuusarvoja korkeampia, mutta online-mittausten käyttökelpoisuus näkyi erityisesti nopeiden pitoisuusmuutosten seurannassa. Erityisesti huollon ja kalibrointien ajoittaminen tulee suhteuttaa mittausympäristöön hyvän jatkuvatoimisen mittauksen varmistamiseksi. Työn tulokset ovat käytettävissä yleiseen epävarmuuden arviointiin kyseisillä anturityypeillä.

Uncertainty analysis of continuous in situ water quality measurements of case sites in Northern Finland

Abstract

Water quality is monitored to observe natural status and to detect anthropogenic changes. Monitoring is carried out with biological and chemical monitoring variables. Chemical tracking variables are determined either in laboratories or by online sensors. Generally,in the previous studies, online measurement uncertainties have been determined by sensor manufacturers’ specifications and reproducibility tests. The aim of this work was to investigate long-term measurement uncertainty under natural measurement conditions by comparing measurement values with laboratory results. The purpose of this work was to find out the measurement uncertainties of the online sensors on pH-value, electrical conductivity and chemical oxygen demand.

This study researched at three pH sensors manufactured by MJK, three Ponsel pH sensors, three Ponsel conductivity sensors and a Trios Lisa optical measuring device for chemical oxygen demand contained in EHP Environment Oy’s measuring stations. In the thesis, online sensors were placed at three different measurement sites, representing natural water, peat production water and mine water. The trial period was run from April 22, 2019 to October 10, 2019. During the measurement period, 1–2 water samples from each water point were collected weekly for laboratory analyses. Measurement uncertainty was calculated with reproducibility tests and reference data using the MUkit program developed by the Finnish Environment Institute. Calculations followed standards SFS-ISO 11352 and SFS-EN 17075:2018. The results of laboratory analyses were used as a reference data. Also, the stability of sensor calibration and the effect of fouling on the measurement results were investigated. The results were plotted on sensor-specific graphs, from which the accuracy of measurement uncertainties can be viewed visually.

The calculated measurement uncertainties for the pH were 0.3–0.5 pH units for the Ponsel sensor and 0.4–0.9 pH units for the MJK sensor. The electrical conductivity sensor’s uncertainty ranged from 6 to 18%, depending on the measurement site. Measurement uncertainty was not calculated for chemical oxygen demand. Based on the results of the work calculation, the online measurement uncertainties were somewhat higher than the laboratory analysis uncertainties but utilizing the online measurements is particularly useful in the monitoring of rapid concentration changes. In particular, the timing of maintenance and calibrations should be commensurate with the measurement environment to ensure good continuous measurement. The results are usable for the general uncertainty assessment for these types of sensors.

see all

Subjects:
Copyright information: © Petteri Tuuttila, 2019. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.