Trübung: NTU vs. FNU, Kalibrierung und 4–20-mA-Skalierung

Angenommen, eine Wasseraufbereitungsanlage (Skid) wird aus Japan geliefert. Im Datenblatt des Online-Trübungsmessgeräts steht „0–20 Do (Formazin), 4–20 mA“, der Alarm ist auf „5 Do“ eingestellt (Do ist die Lesart des japanischen Zeichens 度, „Grad“).

Ihr Werk führt die Trübung in NTU, Ihr Labormessgerät zeigt FNU. Die naheliegende Frage lautet, wie viele NTU ein japanisches „Do“ sind und ob der Alarmwert noch passt.

Kurz gesagt: Es gibt keinen einheitlichen Umrechnungsfaktor. Ein Trübungswert hängt vom Kalibrierstandard (Kaolin, Formazin oder Polymerkugeln) und von der Optik ab (Wellenlänge und Detektorwinkel). Zwei Messwerte sind nur vergleichbar, wenn beides übereinstimmt.

Zu den richtigen Einheiten gehört außerdem die Prüfung von Kalibrierung und 4–20-mA-Skalierung zwischen Messgerät und Leitsystem.

Dieser Beitrag behandelt die japanischen Trübungseinheiten, NTU und FNU (EPA 180.1 gegenüber DIN EN ISO 7027), den Unterschied zu den abfiltrierbaren Stoffen (AFS), die wichtigsten Messprinzipien, Kalibrierung, 4–20-mA-Skalierung und Fehlersuche. Am Ende stehen eine Checkliste, Fragen an den japanischen Lieferanten und ein E-Mail-Muster.

Inhalt

1. Was die Trübung misst (und was nicht)
2. Trübungseinheiten: japanisches „Do“, NTU, FNU und FAU
3. Trübung und AFS (abfiltrierbare Stoffe)
4. Wie die Trübung gemessen wird: die wichtigsten Prinzipien
5. Das Messverfahren auswählen
6. Probenleitung für Online-Trübungsmessgeräte
7. Kalibrierung von Trübungsmessgeräten: Formazin, StablCal und andere Standards
8. 4–20-mA-Skalierung und Alarmauslegung
9. Fehlersuche bei Trübungswerten nach Symptom
10. Checkliste: Spezifikation eines japanischen Trübungsmessgeräts prüfen
11. Fragen an den japanischen Lieferanten
12. Grenzen dieses Beitrags
13. FAQ
14. Quellen

Was die Trübung misst (und was nicht)

Die Trübung beschreibt, wie stark eine Wasserprobe Licht streut oder abschwächt. Schluff, feine Feststoffe und Mikroorganismen verändern den Weg des Lichts durch das Wasser. Ein Trübungsmessgerät misst diese Veränderung im Vergleich zu einer Referenzsuspension.

Sie ist weder eine Partikelzahl noch die Masse der Feststoffe im Wasser. Partikelgröße, Form und Farbe beeinflussen jeweils, wie die Probe auf Licht reagiert.

Wasser mit feinen weißen Partikeln und Wasser mit großen dunklen Partikeln können dieselbe Feststoffmasse enthalten und trotzdem unterschiedliche Streulichtwerte liefern. Gleiche Trübung bedeutet also nicht gleichen Inhalt.

Die Trübung ist auch von der Leitfähigkeit (gelöste Ionen) und vom pH-Wert (sauer oder alkalisch) zu trennen. Klares Wasser kann viele Ionen enthalten. Aufbereitungsanlagen kombinieren deshalb mehrere Wasserparameter, je nachdem, was entfernt und überwacht werden soll.

Trübungseinheiten: japanisches „Do“, NTU, FNU und FAU

Japanische Spezifikationen geben die Trübung oft in 度 (do, „Grad“) an. Die Zahl allein genügt nicht: Sie müssen auch wissen, welcher Standard den Grad definiert. Kaolin, Formazin und Polystyrol-Partikelstandards legen jeweils eine andere Referenz fest.

• Do (Kaolin): 1 Do entspricht der Trübung von gereinigtem Wasser mit 1 mg Standard-Kaolin je Liter. Diese 1 mg/l beziehen sich auf das Standardmaterial und sind nicht die tatsächliche Massenkonzentration der Partikel in Ihrer Probe.
• Do (Formazin): Formazin ist eine Polymersuspension zur Kalibrierung von Trübungsmessgeräten. Auch hier wird gegen einen Standard verglichen. Kaolin-Do und Formazin-Do liefern an derselben Probe unterschiedliche Werte, und das Verhältnis zwischen beiden ist nicht konstant.
• Do (Polystyrol): Polystyrol-Partikelstandards werden in der amtlichen Trinkwasserprüfung Japans verwendet. Das vom japanischen Umweltminister festgelegte Prüfverfahren kombiniert Standardpartikel mehrerer Größen.

Abbildung 1 listet die Einheiten, die Ihnen auf japanischen und internationalen Geräten begegnen können. Lesen Sie jede Einheit immer zusammen mit ihrem Standard und ihrer Optik.

Abbildung 1: Jede Trübungseinheit mit Standard und Optik lesen

Die Kalibrierung mit demselben Standard garantiert nicht dasselbe Ansprechen auf reale Proben.

Einheit	Standard und Optik	Vor dem Vergleich prüfen
Do (Kaolin)	Vergleich mit einem Kaolin-Standard	Nicht gleich der Partikel-Massenkonzentration der Probe
Do (Formazin), FTU	Formazin-Standard; optischen Aufbau zusätzlich in der Spezifikation festhalten	Nicht nur den Standard, sondern auch die Detektionsart angleichen
Do (Polystyrol)	Vergleich mit Polystyrol-Standardpartikeln	Wird in der amtlichen Trinkwasserprüfung Japans nach dem vorgeschriebenen Verfahren verwendet
NTU	Typischerweise Weißlicht, 90°-Streulicht	Verfahren (z. B. EPA 180.1) und Gerätedaten prüfen
FNU	Nahinfrarotlicht, 90°-Streulicht	Entspricht den Messbedingungen nach ISO 7027
FAU	Nahinfrarotlicht, Abschwächung (Detektor in Strahlrichtung)	Für hohe Trübung; nicht austauschbar mit FNU

Manche Geräte behalten ältere Einheitenbezeichnungen. Schließen Sie die Optik daher nicht allein aus der Einheit auf dem Display.

NTU und FNU: EPA 180.1 gegenüber DIN EN ISO 7027

NTU (Nephelometric Turbidity Unit) ist die Einheit für Weißlicht-Nephelometer, üblicher Bezug ist das US-Verfahren EPA 180.1. FNU (Formazin Nephelometric Unit) gehört zu Nahinfrarot-Geräten nach ISO 7027-1, in Deutschland als DIN EN ISO 7027-1 übernommen. Beide messen 90°-Streulicht und werden mit Formazin kalibriert; der Hauptunterschied ist die Lichtquelle.

Die Tabelle fasst die optischen Bedingungen zusammen. Die Werte stammen aus den am Ende genannten Quellen. Prüfen Sie für Auslegung oder Nachweispflichten den aktuellen Normtext.

	EPA 180.1 (NTU)	ISO 7027-1 (FNU / FAU)
Lichtquelle	Wolframlampe, Farbtemperatur 2200–3000 K (Weißlicht)	Nahinfrarot, 860 nm mit einer Bandbreite von höchstens 60 nm (Sekundärquellen)
Detektor	90° zum Strahl (±30°), Empfindlichkeitsmaximum 400–600 nm; Gesamtlichtweg höchstens 10 cm	90° (±2,5°) für FNU; in Strahlrichtung (Abschwächung) für FAU
Bereich	0–40 NTU; höhere Werte durch Verdünnung	Nephelometrie typischerweise von unter 0,05 bis 400 FNU; Abschwächung typischerweise 40–4 000 FAU
Probenfarbe	Stärker von der Probenfarbe beeinflusst	Weniger von der Farbe beeinflusst, da gelöste Farbstoffe im Nahinfrarot weniger absorbieren
Verbreitung	Trink- und Abwasser in Nordamerika	Europa und Asien-Pazifik

ISO 7027-1 behandelt NTU und FNU innerhalb desselben Streulichtverfahrens als numerisch gleichwertig. Das ist etwas anderes als die Umrechnung zwischen Geräten mit unterschiedlicher Optik. In natürlichem Wasser verändern Partikelgröße, Form und Farbe die Messwerte, deshalb weichen ein Weißlicht- und ein Infrarotgerät an derselben Probe oft voneinander ab.

Aus diesem Grund empfehlen USGS und ASTM D7315, jede Technik in ihrer eigenen Einheit anzugeben (NTU, FNU, FNRU, FAU, FBU und weitere). Ältere Geräte zeigten dagegen oft unabhängig von ihrer Optik „NTU“ an. Unterscheiden Sie deshalb zwei Fälle:

• Gleiches Gerät, neue Bezeichnung: Die Anzeige wird von NTU auf FNU umgestellt, die Optik bleibt jedoch unverändert.
• Anderes Gerät: Das Ersatzgerät hat eine andere Lichtquelle oder einen anderen Detektorwinkel. Die Messwerte an realen Proben können sich dann auch nach der Kalibrierung verschieben.

Japanische Do-Werte in NTU umrechnen

Keine gemeinsame Zahl beantwortet die Frage, wie viele NTU ein Do sind. Selbst ein Formazin-Do passt nur dann zu NTU, wenn auch die Optik übereinstimmt. Ein Kaolin-Do oder ein Durchlichtwert ist eine andere Messgröße. Das können Sie tun:

1. Klären Sie, auf welchem Standard der japanische Wert beruht (Kaolin, Formazin oder Polystyrol).
2. Klären Sie, welche Optik das Gerät verwendet (Durchlicht, 90°-Streulicht, Verhältnismessung, Ulbricht-Kugel oder Oberflächenstreulicht) und welche Lichtquelle.
3. Unterscheiden sich altes und neues Gerät, betreiben Sie beide eine Zeit lang an denselben Proben und vergleichen Sie.

Trinkwasser-Grenzwerte: Japan (2 Do) und Deutschland

In Japan liegt der Trinkwasser-Qualitätsstandard für die Trübung bei höchstens 2 Do. Ein getrenntes Wasserqualitäts-Managementziel setzt höchstens 1 Do an. Das sind zwei verschiedene Kategorien, die nicht vermischt werden dürfen.

In Deutschland führt die Trinkwasserverordnung (TrinkwV) die Trübung als Indikatorparameter. Für das Wasser beim Verlassen des Wasserwerks nennt sie nach unserem Kenntnisstand 1,0 NTU. Das ist eine andere Stelle im Prozess und eine andere Wertekategorie als der japanische Standard und lässt sich nicht direkt vergleichen. Prüfen Sie den aktuellen Wortlaut der TrinkwV selbst.

Die Einhaltung des Trübungsgrenzwerts allein macht Wasser nicht trinkbar. Trinkwasserstandards umfassen auch Mikroorganismen, Chemikalien und weitere Parameter.

Keiner dieser Werte lässt sich auf Industrieabwasser oder Prozessflüssigkeiten übertragen. Gesetzliche Trinkwasserprüfungen, Prozess-Regelgrenzen und Einleitgenehmigungen folgen jeweils eigenem Geltungsbereich und eigenem vorgeschriebenem Verfahren.

Trübung und AFS (abfiltrierbare Stoffe)

Abfiltrierbare Stoffe (AFS; in Japan SS, Suspended Solids) bezeichnen die Masse der suspendierten Stoffe je Probenvolumen. Die Probe wird nach festgelegtem Verfahren filtriert, der Rückstand getrocknet und gewogen (in Deutschland üblich: DIN EN 872; Verfahren bitte selbst prüfen). Die Trübung ist dagegen ein optischer Messwert, beides ist getrennt zu halten.

Manche Trübungsmessgeräte zeigen SS in mg/l an, trocknen oder wiegen aber nichts. Sie rechnen die Trübung mit einer Beziehung, die an realen Proben ermittelt wurde, in SS um.

Ein fiktives Beispiel: Sei x die Trübung (Do) und y die SS (mg/l), und reale Proben hätten y = 2 + 1,5·x ergeben. Für diesen Probentyp und Bereich ergibt ein Messwert von 20 Do eine geschätzte SS von 32 mg/l.

Die Koeffizienten 2 und 1,5 sind zur Veranschaulichung erfunden. Wenden Sie eine an schlammigem Flusswasser gewonnene Korrelation auf Prozesswasser mit Öl oder Pigment an, zeigt sich der Partikelunterschied als Umrechnungsfehler.

Für eine Korrelation messen Sie Trübung und AFS paarweise an denselben Proben über den gesamten Regelbereich. Prüfen Sie auch die Bereichsenden und Störzustände, nicht nur den scheinbar linearen Teil. Änderungen bei Chemikalien oder Rohstoffen können die Bedeutung des Messwerts verändern. Halten Sie deshalb Prozess und Gültigkeitsbereich zusammen mit der Gleichung fest.

Wie die Trübung gemessen wird: die wichtigsten Prinzipien

Trübungsverfahren werden meist in visuell, Durchlicht, Streulicht und Ulbricht-Kugel (Integrationskugel) eingeteilt. Alle vergleichen die Probe mit einer Referenztrübung, sie betrachten aber unterschiedliche Lichtanteile und sammeln das Licht aus unterschiedlichen Richtungen.

Die visuelle Trübungsbestimmung vergleicht Probe und Standard in gleichen Vergleichsröhrchen. Lichtquelle, Hintergrund und Blickrichtung müssen kontrolliert sein. Das ist nicht dasselbe wie eine Flasche gegen das Licht zu halten.

In Japan wurden JIS K 0101 (Industriewasser) und JIS K 0102 (Industrieabwasser) zur Normenreihe JIS K 0102 zusammengeführt. Die allgemeinen physikalisch-chemischen Prüfungen einschließlich der Trübung stehen in JIS K 0102-1:2021 und der Änderung 1:2023. Für automatische Trübungsmessgeräte gibt es eine eigene Norm, JIS K 0801; ihre aktuelle Ausgabe und Anforderungen sollten Sie beim Lieferanten oder bei der Japanese Standards Association erfragen. Eine feste Zuordnung zu DIN-Normen gibt es nicht. International verbreitet ist bei Fließgeräten DIN EN ISO 7027-1.

Die japanische Trinkwasserprüfung verwendet das vom Umweltminister festgelegte Verfahren. Das Messprinzip zu kennen ist eine Sache, ein vorgeschriebenes Prüfverfahren einzuhalten eine andere. Der Zweck der Prüfung entscheidet, welches Verfahren gilt.

Bei jedem optischen Messgerät bestimmen die Lage von Lichtquelle, Probe und Detektor den Messwert.

Durchlicht (Turbidimetrie)

Ein Durchlicht-Messgerät schickt Licht durch die Probe und misst, wie viel davon einen Detektor auf der gegenüberliegenden Seite erreicht. Partikel streuen Licht aus dem geraden Weg, deshalb kommt mit steigender Trübung weniger am Detektor an.

Diese Geräte werden für mittlere bis hohe Trübung eingesetzt, der nutzbare Bereich hängt aber von Lichtweg und Detektor ab. Da das Gerät den Lichtverlust misst, wirken sich auch Absorption durch Nicht-Partikel und Belag auf den optischen Fenstern aus.

Abbildung 2: Durchlicht misst den Lichtverlust auf der Gegenseite

Durch Probenfarbe oder Fensterbelag verlorenes Licht kommt zum partikelbedingten Verlust hinzu.

In nahezu klarem Wasser verändern Partikel das Durchlicht nur geringfügig. Das Signal kann gegenüber dem Hintergrundlicht und den Unterschieden zwischen Küvetten untergehen, weshalb sich niedrige Trübung mit diesem Verfahren schwer messen lässt.

Im anderen Extrem, wenn das Wasser so trüb ist, dass fast kein Licht mehr durchkommt, bleibt kaum noch eine Veränderung zum Auswerten. „Geeignet für hohe Trübung“ heißt nicht unbegrenzt, prüfen Sie deshalb den wirksamen Messbereich des Geräts.

• Farbe: Gefärbtes Wasser mit wenigen Partikeln kann das Durchlicht durch Absorption trotzdem verringern. Vergleichen Sie das Ansprechen des Geräts an realen Proben, damit Sie eine Farbänderung nicht mit einer Trübungsänderung verwechseln.
• Zustand der Küvette: Fingerabdrücke, Wassertropfen und feine Kratzer auf der Küvette verschieben den Messwert. Bevor Sie die Probe verdächtigen, messen Sie mit einer sauberen Küvette in gleicher Ausrichtung und unter gleichen Bedingungen erneut.
• Keine chemische Analyse: Kolorimetrische Analysatoren (zum Beispiel Silikat-Analysatoren) messen ebenfalls Durchlicht, werten aber eine durch chemische Reaktion entstandene Farbe aus, um einen bestimmten Bestandteil zu bestimmen.

Streulicht (Nephelometrie)

Ein Streulicht-Messgerät misst das von Partikeln abgelenkte Licht mit einem Detektor unter festem Winkel. Die übliche Seitenstreulicht-Bauart erfasst Licht unter 90° zum einfallenden Strahl.

In nahezu klarem Wasser erhöht jedes zusätzliche Partikel das Streulicht in gut erfassbarer Weise, deshalb wird dieses Verfahren für niedrige Trübung eingesetzt. Es liest eine andere Art von Signal als die kleine Abnahme des Durchlichts.

Streulicht ist nicht nur eine spiegelnde Reflexion in eine Richtung. Partikel senden Licht in viele Richtungen, und der vom Gerät gewählte Winkel beeinflusst, wie es auf Partikelgröße und andere Eigenschaften anspricht.

Mit steigender Trübung erreicht weniger einfallendes Licht den Messbereich, und das Streulicht wird auf dem Weg zum Detektor abgeschwächt. Der Zusammenhang zwischen Trübung und erfasstem Licht ist dann nicht mehr einfach proportional.

Ein Messwert unterhalb des Endwerts beweist nicht, dass die Messung stimmt. Bewerten Sie das Ansprechen des Systems einschließlich Mehrfachstreuung und verdünnen Sie gemäß Gerätedaten oder Prüfverfahren.

Nahinfrarotlicht kann den Einfluss sichtbarer Farbe in manchen Fällen verringern. Unterschiede in Partikelabsorption und Partikeleigenschaften bleiben bestehen. Prüfen Sie das Gerät daher an realen Proben des Wassers, das Sie messen werden.

Abbildung 3: Getrennte Detektoren für Seitenstreulicht und Geradeauslicht

S wird unter 90° gemessen, T in Strahlrichtung. Verhältnisgeräte verwenden beide.

Verhältnismessung (Streulicht und Durchlicht)

Ein Verhältnisgerät misst sowohl Durchlicht als auch Streulicht und verwendet deren Verhältnis. Wirken Lampenhelligkeit oder Probenfarbe auf beide Signale gleich, hebt das Verhältnis einen großen Teil dieses Einflusses auf. Im Japanischen heißt dieses Prinzip toka-sanran-ko-hoshiki (透過散乱光方式).

Das macht die Verhältnismessung nicht für jede Probe zur genauesten Wahl. Wählen Sie das Verfahren nach Partikeln, Probenfarbe, benötigtem Bereich und einem eventuell vorgeschriebenen Prüfverfahren. ASTM D7315 und USGS führen diese Bauarten in eigenen Einheiten, etwa NTRU (Weißlicht) und FNRU (Nahinfrarot).

Ein einfaches Lehrbeispiel: Ein Streulichtsignal von 20 und ein Durchlichtsignal von 80 ergeben ein Verhältnis von 0,25. Wird die Lampe dunkler und beide Signale fallen auf das 0,8-Fache, sind sie 16 und 64, und das Verhältnis bleibt bei 0,25.

Fügen Sie nun nur auf der Streulichtseite ein Blasensignal von 4 hinzu. Das Verhältnis wird 24 ÷ 80 = 0,30. Ein Verhältnis korrigiert nicht jede Störung, sondern nur solche, die auf beide Signale gleich wirken.

Reale Geräte werden mit ihrem eigenen optischen Aufbau und ihren eigenen Korrekturverfahren kalibriert. Gehen Sie nicht davon aus, dass eine einfache S/T-Formel bedeutet, jedes Modell messe denselben Bereich mit derselben Genauigkeit; vergleichen Sie die Leistung der einzelnen Modelle.

Ulbricht-Kugel und Oberflächenstreulicht

Ein Gerät mit Ulbricht-Kugel (Integrationskugel) sammelt das durch die Probe gegangene Licht in einer Kugel, deren Innenwand Licht diffus reflektiert. Es erfasst Licht aus einem größeren Richtungsbereich als ein Streulichtgerät mit einem einzigen Winkel.

Es bewertet die Trübung aus Größen wie dem Verhältnis von Streulicht zu gesamtem Durchlicht. Um das Prinzip zu verstehen, sehen Sie darauf, welche Lichtanteile das Gerät trennt und erfasst, nicht nur darauf, dass es eine Kugel hat.

Abbildung 4: Eine Ulbricht-Kugel sammelt Licht durch diffuse Reflexion

Das aus der Probe austretende Licht wird in der Kugel mehrfach reflektiert und erreicht den Detektor. Schematischer Querschnitt des Lichtwegs.

Ein Oberflächenstreulicht-Gerät erfasst das an oder nahe der Wasseroberfläche gestreute Licht, typischerweise von oben. Bauarten, deren Optik nicht in die Probe eintaucht, vermeiden Verschmutzung benetzter Küvettenfenster.

Schaum oder Schwimmstoffe auf der Oberfläche beeinflussen den Messwert dennoch. Eine technische Mitteilung von Yokogawa beschreibt eine Signalverarbeitung, die zeitweise auftretende Blasen unterdrückt, samt den Bedingungen, unter denen sie wirkt.

Berührungslose Optik heißt nicht, dass das gesamte Gerät wartungsfrei ist. Halten Sie Probenstrom, Füllstand und Ablauf stabil und verhindern Sie, dass sich Schaum auf der Messfläche ansammelt.

Das Messverfahren auswählen

Beginnen Sie mit dem Zweck und dem benötigten Trübungsbereich. Trinkwasserprüfung, Rohwasserüberwachung, Prozesswasserregelung und die Überwachung stark getrübten Abwassers stellen jeweils andere Anforderungen und haben andere Randbedingungen.

Schreibt eine Vorschrift oder ein Vertrag das Verfahren vor, ist die Einhaltung dieses Verfahrens der Ausgangspunkt. Ein Gerät mit größerem Bereich kann keinen gleichwertigen Nachweiswert liefern, wenn es nach einem anderen Verfahren misst.

Klären Sie bei der Prozessüberwachung, wie trüb das Wasser beim Anfahren und bei Störungen wird, nicht nur im Normalbetrieb. Ein enger, auf Normalwerte eingestellter Bereich kann nicht aufzeichnen, wie schwer eine Störung war.

Betreiben Sie beim Gerätetausch altes und neues Gerät eine Zeit lang an denselben Proben, um die Kontinuität der Daten zu prüfen. Übereinstimmung an Standards genügt nicht. Halten Sie auch Zeiträume fest, in denen sich die Partikel selbst ändern, etwa bei Regen oder Rohstoffwechsel.

Zeigt der Vergleich eine Abweichung, verfolgen Sie das Messverfahren hinter den alten Regelgrenzen zurück, bevor Sie sie übernehmen. Die Trennung von „der Prozess hat sich geändert“ und „das Gerät spricht anders an“ bewahrt Sie davor, einen falschen Alarmwert zu erben.

Geben Sie in der Spezifikation mehr an als die obere und untere Trübungsgrenze:

• den Kalibrierstandard und das optische Verfahren
• Wassertemperatur und Druck an der Messstelle
• die Skalierung des Ausgangs (was die Endpunkte 4 mA und 20 mA bedeuten)
• das Verhalten des Ausgangs bei der Wartung

Mit diesen Angaben in der Spezifikation läuft alles von der Lieferung bis zum Vergleichsversuch unter denselben Bedingungen.

Vergleich der Verfahren

Die Tabelle fasst zusammen, was jedes Verfahren auswertet und welche Bedingungen zu prüfen sind.

Verfahren	Ausgewertetes Licht	Typische Anwendung	Zu prüfende Bedingungen
Visuell	Erscheinungsbild von Standard und Probe	Vergleichsprüfungen nach festgelegtem Verfahren	Beleuchtung, Hintergrund, Betrachtungsbedingungen
Durchlicht	Verlust des geradeaus durchgehenden Lichts	Überwachung mittlerer bis hoher Trübung	Farbe, Fensterbelag, Lichtweg
Streulicht	Unter festem Winkel gestreutes Licht	Messungen, die niedrige Trübung einschließen	Wellenlänge, Detektorwinkel, Mehrfachstreuung
Ulbricht-Kugel	In einer Kugel gesammelte Durchlicht- und Streulichtanteile	Probenmessung nach festgelegtem Verfahren	Kugel, Optik, Kalibrierbedingungen
Verhältnis (Streulicht/Durchlicht)	Verhältnis von Streulicht zu Durchlicht	Überwachung mit verringertem Farbeinfluss	Störungen, die nicht auf beide Signale wirken
Oberflächenstreulicht	Nahe der Wasseroberfläche gestreutes Licht	Kontinuierliche Messung ohne benetzte Fenster	Schaum, Schwimmstoffe, Strömung, Füllstand

Passen Sie das Verfahren an die Probe an:

• Niedrige Trübung: Nullpunktstabilität, Abschirmung von Fremdlicht und eine saubere Küvette sind entscheidend. Sehen Sie darauf, wie stark die Messwerte um Ihren Zielwert streuen, nicht nur auf die kleinste Anzeigestelle.
• Hohe Trübung: Wie weit das Licht eindringt, die Anordnung der Detektoren und die Sedimentationsgeschwindigkeit spielen eine Rolle. Legen Sie als Teil des Überwachungskonzepts fest, ob ein Messwert über dem Bereich am oberen Grenzwert stehen bleiben oder eine Störung melden soll.
• Gefärbtes Wasser: Bewerten Sie die Zunahme von Partikeln und die Zunahme gelöster Farbstoffe getrennt. Auch mit Korrektur ändert sich das Ansprechen, wenn sich Farbe oder Partikel ändern. Testen Sie daher sowohl Normalwasser als auch Wasser im Störfall.
• Öltröpfchen oder Flocken: Die Rührintensität kann die Probe verändern. Halten Sie die Prüfbedingungen fest und handhaben Sie die Probe von der Entnahme bis zur Messung immer gleich.

Probenleitung für Online-Trübungsmessgeräte

Ein Online-Trübungsmessgerät misst nur das Wasser, das seinen Sensor erreicht. Setzen sich Partikel in der Probenleitung ab oder haften an, sieht das Gerät anderes Wasser als der Prozess selbst.

Wählen Sie eine Entnahmestelle, an der repräsentatives Prozesswasser fließt. Behälterecke und Auslaufleitung führen Partikel unterschiedlich. Prüfen Sie daher auf Totzonen und Sedimentation und nicht nur auf einfache Montage.

Eine lange, enge Probenleitung erhöht die Totzeit und gibt Partikeln mehr Gelegenheit, sich abzusetzen oder anzuhaften. Planen Sie Länge, Durchmesser und Durchfluss gemeinsam und lassen Sie einen Weg zum Spülen und zur Verstopfungskontrolle frei.

Abbildung 5: Eine Probenleitung muss Partikel repräsentativ halten und Blasen entfernen

Betrachten Sie alles von der Entnahme am Prozess bis zum Ablauf als ein Messsystem. Sedimentation, Blasen und Totvolumen beeinflussen den Messwert.

Schematische Anordnung; halten Sie die Durchfluss- und Druckbereiche des jeweiligen Geräts ein. Gestalten Sie den Blasenabscheider so, dass sich dort keine Partikel absetzen.

Gelöstes Gas, das bei Druckabfall ausgast, oder an Pumpen und Verschraubungen angesaugte Luft bildet Blasen, die Licht streuen. Der Messwert kann springen, obwohl sich der Partikelgehalt nicht verändert hat.

Um Blasen zu entfernen, stabilisieren Sie Durchfluss und Druck und verwenden einen für das Gerät vorgesehenen Abscheider. Lässt man die Probe jedoch zu lange stehen, setzen sich auch die Partikel ab, und die gesuchte Trübung verändert sich.

Mehr Durchfluss ist nicht immer besser: Zu starker Durchfluss erzeugt Blasen und eine unruhige Wasseroberfläche. Halten Sie Durchfluss und Druck im spezifizierten Bereich des Sensors und stellen Sie so ein, dass die Zufuhr bei dieser Einstellung stetig ist.

Die Totzeit der Probenleitung verzögert auch die Alarmreaktion. Halten Leitung und Küvette ein großes Volumen, dauert es bis zur Anzeige einer Prozessänderung, selbst bei einem schnellen Sensor.

Wenn Sie Laborwerte mit Online-Werten vergleichen, paaren Sie Proben mit gleichem Entnahmezeitpunkt. Berücksichtigen Sie die Verzögerung von der Entnahmestelle bis zur Küvette. So bezeichnen Sie eine Abweichung nicht als „Gerätefehler“, obwohl beide Werte während einer Änderung von unterschiedlichem Wasser stammten.

Kalibrierung von Trübungsmessgeräten: Formazin, StablCal und andere Standards

Beim Kalibrieren wird das Ansprechen des Geräts auf einen definierten Standard abgeglichen. Es bedeutet nicht, das Gerät so lange zu justieren, bis die Probe den gewünschten Wert zeigt. Dokumentieren Sie jedes Mal Art, Wert und Charge des Standards.

1. Sauber beginnen. Reinigen Sie Optik und Probenweg und lassen Sie den Messwert am vorgeschriebenen Nullwasser einschwingen. Wird der Nullpunkt mit verschmutztem Fenster gesetzt, wird der Belag Teil der Referenz.
2. Endwert (Span) mit dem vorgeschriebenen Standard. Verwenden Sie die Standardlösung oder Standardplatte, die Hersteller oder Verfahren vorgeben. Üblich sind Formazin, stabilisiertes Formazin (zum Beispiel Hach StablCal) und Polystyrol-Partikelstandards. Bei der kontinuierlichen Trinkwasserüberwachung erlaubt das japanische Verfahren auch die Kalibrierung mit einer Standardplatte; prüfen Sie, ob die Platte mit der Standardlösung übereinstimmt, bevor Sie sich darauf verlassen.
3. Nahe an den Regelwerten prüfen. Zwei übereinstimmende Punkte (Null und ein hoher Wert) beweisen nicht, dass das Gerät dazwischen zweckmäßig misst. Prüfen Sie das Ansprechen nahe den Werten, auf die Sie tatsächlich regeln.
4. Vorher und nachher protokollieren. Erfassen Sie die Messwerte vor und nach der Reinigung sowie vor und nach der Kalibrierung getrennt. So sehen Sie, ob allein die Reinigung den Messwert wiederhergestellt hat oder ob auch Nullpunkt und Empfindlichkeit gedriftet sind. Das hilft bei der Festlegung der Wartungsintervalle.

Einen Standard verdünnen

Wenn Sie eine Standardreihe durch Verdünnen herstellen, verknüpfen Sie Wert der Stammlösung, entnommenes Volumen und Endvolumen. Das Endvolumen ist die Gesamtmenge nach dem Auffüllen mit Wasser bis zur Marke.

Abbildung 6: Einen 10-Do-Standard aus einer 100-Do-Stammlösung herstellen

Entnehmen Sie 10 ml Stammlösung und füllen Sie auf insgesamt 100 ml auf, so erhalten Sie 10 Do. In der Praxis gelten der vorgeschriebene Standard und das vorgeschriebene Verfahren.

Voraussetzung: gleichmäßige Suspension und volumetrische Verdünnung

C₂ = C₁ × V₁V₂

C₂ = 100 × 10100 = 10 Do

C₁: Wert der Stammlösung (Do). C₂: Wert nach Verdünnung (Do). V₁: entnommenes Volumen der Stammlösung (ml). V₂: Gesamtvolumen nach Verdünnung (ml). Gilt für die Herstellung von Standards, nicht für die Umrechnung von Messwerten realer Proben zwischen Verfahren.

Geben Sie 100 ml Wasser zu 10 ml Stammlösung, erhalten Sie etwa 110 ml, nicht 100 ml. Auffüllen bis zur Marke und Zugabe einer festen Wassermenge sind verschiedene Arbeitsschritte.

Eine bei der Lagerung abgesetzte Suspension liefert den falschen Wert, wenn Sie nur die obere Schicht entnehmen. Halten Sie das vorgeschriebene Mischverfahren und das Verfallsdatum ein und verhindern Sie, dass Gefäße und Werkzeuge Fremdpartikel einbringen.

Die Herstellung von Formazin aus Rohchemikalien beinhaltet gefährliche Stoffe. Einer davon, Hydrazinsulfat, ist hochgiftig, und Formazin selbst kann Restmengen davon enthalten. Stellen Sie es nicht nach allgemeinen Wartungshinweisen her; befolgen Sie das vorgeschriebene Prüfverfahren, die Sicherheitsdatenblätter und die Gefahrstoffregeln Ihres Standorts.

4–20-mA-Skalierung und Alarmauslegung

Sendet das Messgerät seinen Wert an ein Leitsystem, müssen Anzeigebereich und übertragener Bereich übereinstimmen. Bei 4–20 mA müssen sich Messgerät und empfangendes System darüber einig sein, welche Trübung jeder Endpunkt darstellt.

Ein fiktiver Fall: 0–20 Do sind auf 4–20 mA skaliert, 12 mA sind also die Mitte, 10 Do. Ist die Empfangsseite weiterhin auf 0–100 eingestellt, erscheinen dieselben 12 mA als 50.

Prüfen Sie auch die Einheitenbezeichnung. Gibt der Messumformer Formazin-Do aus und steht im Leitsystem-Tag „NTU“, kann die Zahl plausibel aussehen, obwohl die Basis eine andere ist. Ein korrektes Signal beweist außerdem nicht, dass Probenahme oder Optik stimmen. Prüfen Sie Probenseite und Signalseite daher getrennt.

Beachten Sie bei der Einrichtung der Alarme diese Punkte:

• Bereich: Berücksichtigen Sie Anfahr- und Störungswerte, nicht nur Normalwerte.
• Bereichsüberschreitung und Fehlersignal: Klären Sie, ob der Ausgang am oberen Grenzwert stehen bleibt oder auf einen Fehlerstrom geht. Manche Messumformer verwenden Signalpegel nach NAMUR-Empfehlung NE 43, die tatsächlichen Ströme hängen aber von Gerät und Einstellung ab. Bestätigen Sie sie daher beim Lieferanten.
• Mittelwertbildung und Blasenunterdrückung: Stärkere Filterung verdeckt kurze Spitzen, verzögert aber auch echte Änderungen. Stellen Sie Ansprechzeit und Falschalarm-Unterdrückung passend zum Zweck des Alarms ein.
• Wartungsstatus: Erfassen Sie Gerätestörungen und Reinigungsstatus zusammen mit der Trübung. Werden Normalwerte und Werte während der Wartung im Leitsystem gleich abgelegt, wird später jemand eine Wasserqualitätsänderung falsch deuten.
• Momentanwert: Die Trübung zeigt das Wasser in diesem Augenblick. Ihre Integration über die Zeit ergibt nicht die Masse der Partikel. Brauchen Sie eine Schmutzfracht, definieren Sie Durchfluss und Konzentration sauber.

Fehlersuche bei Trübungswerten nach Symptom

Gehen Sie vom Symptom zur wahrscheinlichen Ursache. Blasen, Belag, der Standard und die Probenleitung sind die üblichen Stellen, an denen man zuerst sucht.

Symptom	Zuerst prüfen	Hinweise
Kurze Spitzen	Blasen, durchlaufende große Partikel, Fremdlicht	Fallen Spitzen mit Durchfluss- oder Druckänderungen im Prozess zusammen, liegt der Verdacht bei der Probenleitung.
Schleichende Drift	Fensterbelag oder Ablagerungen, Zustand des Standards, Alterung der Lichtquelle	Notieren Sie den Messwert vor der Reinigung, damit Sie die Ursache nicht verlieren, wenn Sie Null und Endwert in einem Zug neu setzen.
Nur direkt nach der Reinigung zu niedrig	Spülwasser in der Küvette verdünnt die Probe	Protokollieren Sie, wann auf die Probe zurückgeschaltet wurde und wie lange das Einschwingen dauerte; kennzeichnen Sie Reinigungszeiträume gesondert.
Konstantes Verhältnis zu Laborwerten	Basis des Standards, optisches Verfahren, Einstellung des Ausgangsbereichs	Stellen Sie sicher, dass beide Seiten dieselbe Größe messen, bevor Sie die Empfindlichkeit anpassen.
Schlechte Wiederholbarkeit an derselben Probe	Sedimentation, Flockung, Ausrichtung der Küvette, Blasen	Legen Sie Mischverfahren und Wartezeit vor der Messung fest.
Zusammenhang bricht nach einer Prozessänderung	Partikeleigenschaften oder Farbe haben sich geändert	Nehmen Sie keinen Gerätefehler an; messen Sie Trübung und weitere benötigte Parameter an realen Proben erneut.

Checkliste: Spezifikation eines japanischen Trübungsmessgeräts prüfen

Nutzen Sie diese Liste, wenn Sie Datenblatt, R&I-Fließbild oder Betriebsdaten aus Japan erhalten.

• Einheit: Do (度), NTU, FNU, FTU oder FAU, und ob die Bezeichnung zur tatsächlichen Optik passt
• Standard: Kaolin, Formazin, stabilisiertes Formazin, Polystyrol-Partikel oder Standardplatte
• Optik: Durchlicht, 90°-Streulicht, Verhältnis, Ulbricht-Kugel oder Oberflächenstreulicht; Lichtquelle (Weißlicht oder Nahinfrarot)
• Verfahrensbezug: JIS K 0102-1, JIS K 0801, japanisches Trinkwasser-Prüfverfahren, EPA 180.1 oder (DIN) EN ISO 7027-1
• Bereich: deckt Normal-, Anfahr- und Störungswerte ab
• Ausgang: 4–20-mA-Endpunkte, Verhalten bei Bereichsüberschreitung, Fehlerstrom und Verhalten während der Wartung
• Leitsystem: gleicher Bereich und gleiche Einheitenbezeichnung auf der Empfangsseite
• Alarme: Sollwerte, das zugrunde liegende Verfahren sowie Einstellungen zu Mittelwertbildung und Blasenunterdrückung
• Probenleitung: Entnahmestelle, Durchfluss- und Druckbereich, Blasenabscheider, Totzeit, Ablauf
• Kalibrierung: Standardwerte, Häufigkeit, Prüfung nahe den Regelwerten und Protokollformat
• SS-Anzeige (falls verwendet): Korrelationsgleichung, zugrunde liegende Proben und Gültigkeitsbereich

Fragen an den japanischen Lieferanten

Stellen Sie diese Fragen vor dem Versand der Anlage oder bevor Sie einen Alarmsollwert in Ihr eigenes System übernehmen.

• Auf welchem Standard beruht der Trübungswert: Kaolin, Formazin oder Polystyrol?
• Welches Messprinzip und welche Lichtquelle verwendet das Gerät? Ist es nach JIS K 0801, ISO 7027-1 oder einem anderen Verfahren gebaut?
• Kann das Gerät in NTU oder FNU anzeigen und ausgeben? Wenn ja, ändert das die Optik oder nur die Bezeichnung?
• Welche Trübungswerte entsprechen 4 mA und 20 mA? Welchen Strom gibt das Gerät bei Bereichsüberschreitung und im Fehlerfall aus?
• Was macht der Ausgang während Reinigung und Kalibrierung (Halten, letzter Wert oder live)?
• Welchen Standard und welche Kalibrierpunkte empfehlen Sie, und wie oft?
• Wie wurden die Alarmsollwerte festgelegt, und auf welches Verfahren und welche Einheit beziehen sie sich?
• Zeigt das Gerät SS in mg/l an: An welchen Proben und über welchen Bereich wurde die Korrelation erstellt?

E-Mail-Muster an den Lieferanten

Die Korrespondenz mit japanischen Lieferanten läuft meist auf Englisch; deshalb steht das Muster in dieser Sprache. Sie können es anpassen und die Angaben in eckigen Klammern durch Ihre eigenen ersetzen.

Subject: Turbidity meter [tag no.] – units, calibration, and 4–20 mA scaling

Dear [Name],

We are integrating the turbidity meter [model / tag no.] into our control system, and our plant reports turbidity in [NTU / FNU]. Could you please confirm the following?

1. The standard behind the "do" value (kaolin, formazin, or polystyrene) and the measurement principle and light source.
2. Whether the meter can output in NTU or FNU, and whether this changes the optics or only the display label.
3. The turbidity values at 4 mA and 20 mA, and the output current when over range, in fault, and during maintenance.
4. The recommended calibration standard, calibration points, and frequency.
5. The basis for the alarm setpoint of [value] do.

Thank you for your help.

Best regards,
[Your name]
[Company]

Grenzen dieses Beitrags

• Die optischen Bedingungen von EPA 180.1 und ISO 7027-1 sind aus öffentlichen Quellen und Herstellerunterlagen zusammengefasst. Prüfen Sie für Nachweispflichten oder Auslegung den aktuellen Normtext.
• Für behördliche Prüfungen muss das von der Behörde zugelassene Verfahren verwendet werden (zum Beispiel die in Deutschland in TrinkwV und Abwasserverordnung genannten Verfahren oder das japanische Trinkwasser-Prüfverfahren). Dieser Beitrag entscheidet nicht, welches Verfahren an Ihrem Standort gilt.
• Die aktuelle Ausgabe und die Anforderungen von JIS K 0801 wurden nicht bestätigt; fragen Sie den Lieferanten.
• Der genannte TrinkwV-Wert und die Norm DIN EN 872 wurden für diese Ausgabe nicht an der Originalquelle geprüft.
• Alle Gleichungen und Zahlen in den Rechenbeispielen (SS-Korrelation, S/T-Verhältnis, 4–20-mA-Fall) sind fiktiv.
• Die Trübung allein erfasst keine gelösten Bestandteile. Kühlwasser und Kesselwasser brauchen eigene Regelgrößen, etwa Eindickungszahl und Abschlämmregelung.

FAQ

Wie viele NTU entsprechen einem japanischen Trübungsgrad (Do)?

Es gibt keine feste Umrechnung, die für jedes Wasser gilt. Vergleichen Sie Messwerte nur, wenn Standard und Optik übereinstimmen. Die Umstellung der Bezeichnung am selben Messgerät ist ein anderer Fall als der Ersatz durch ein Gerät mit anderer Lichtquelle oder anderem Detektorwinkel.

Ist NTU dasselbe wie FNU?

Numerisch ja: ISO 7027-1 behandelt sie innerhalb desselben Streulichtverfahrens als gleichwertig. An realen Proben nicht unbedingt: NTU stammt von Weißlichtgeräten und FNU von Nahinfrarotgeräten, und Partikelgröße und Farbe können unterschiedliche Messwerte bewirken.

Ist die Trübung in mg/l dasselbe wie AFS in mg/l?

Nein. Eine auf Kaolin bezogene Trübung, die in mg/l ausgedrückt wird, und die gravimetrisch bestimmte Masse der abfiltrierbaren Stoffe sind verschiedene Größen. Um AFS aus der Trübung abzuschätzen, verwenden Sie eine an Ihren eigenen Proben erstellte Korrelation und bleiben Sie in deren Gültigkeitsbereich.

Warum zeigt mein Online-Trübungsmessgerät plötzlich hohe Werte?

Neben einer echten Zunahme der Partikel sind Blasen, Schwimmstoffe, Fremdlicht und Änderungen in der Probenleitung häufige Ursachen. Vergleichen Sie die Spitze mit Prozessdaten desselben Zeitpunkts und messen Sie erneut, um eine Wasseränderung von einem Messproblem zu trennen.

Warum weichen Werte vor Ort ab, obwohl die Kalibrierung stimmt?

Übereinstimmung an Standards garantiert nicht dasselbe Ansprechen auf reale Partikel und Farbe, das je nach Verfahren variiert. Entnahmezeitpunkt und Sedimentation spielen ebenfalls eine Rolle. Messen Sie daher dieselbe Probe unter denselben Bedingungen, bevor Sie vergleichen.

Quellen

• Trübungseinheiten in Japan (Kaolin- und Formazin-Do, Definition 1 mg/l Kaolin, optische Bedingungen EPA): Yokogawa, „Definition und Einheiten der Trübung“ (Japanisch)
• Optik von NTU und FNU, Benennung der Einheiten, Farbeinfluss, regulatorische Verfahren: US EPA, Arbeitsanweisung „Field Turbidity Measurements“
• Einheitenübersicht (NTU, FNU, FAU, FNRU, FBU) und regionale Verbreitung: Thermo Fisher Scientific, „Turbidity Units – A Cloudy Issue“
• USGS-Angabe der Einheiten: USGS Office of Water Quality Technical Memorandum 2004.03
• Bereich und Optik von EPA 180.1: NEMI, Methodenzusammenfassung EPA-NERL 180.1; Health Canada, Guideline Technical Document – Turbidity
• Geltungsbereich von ISO 7027-1, Gleichwertigkeit NTU/FNU, Bereiche: ISO 7027-1:2016; Standard Norge, ISO 7027-1:2016
• Wellenlänge und Detektorwinkel bei ISO 7027 (Sekundärquelle): Hanna Instruments, ISO-Trübungsmessgerät HI88713
• NTU und FNU in natürlichem Wasser: US Bureau of Reclamation / California DWR, Memo zu NTU und FNU; Campbell Scientific, FAQ zu Trübungseinheiten (Japanisch)
• Japanische Trinkwasserstandards zur Trübung: Japanisches Umweltministerium, Trinkwasser-Qualitätsstandards (Japanisch)
• Japanische Trinkwasser-Prüfverfahren: Bekanntmachung Nr. 261, Wasserqualitäts-Prüfverfahren (Japanisch)
• Normenreihe JIS K 0102: JEMAI, Zusammenführung und Aufteilung der Reihe JIS K 0102 (Japanisch); Japanese Standards Association, JIS K 0102-1:2021 (Japanisch); JIS K 0102-1 Änderung 1:2023 (Japanisch)
• Verhältnismessung: HORIBA, Durchlicht-Streulicht-Verfahren (Japanisch); Yokogawa, technische Information zu Durchlicht-Streulicht-Trübungsmessgeräten (Japanisch)
• Oberflächenstreulicht-Geräte und Blasen: Yokogawa, Blasenabwehr bei Oberflächenstreulicht-Trübungsmessgeräten (Japanisch)
• Trübung und SS, SS-Umrechnung: Yokogawa, Unterschied zwischen Trübung und SS (Japanisch); Kasahara Chemical Instruments, SS-Umrechnung mit Probenkorrelation (Japanisch)
• StablCal und Formazin-Gefahren: Hach, StablCal-Trübungsstandard; Hach Method 10258
• Signalpegel nach NAMUR NE 43: Test & Measurement Tips, „What's the difference between live zero and dead zero?“