散射式浊度仪

散射式浊度仪

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摘要

常见的浊度仪均为光电式，主要有透射光武、散射光式、表面散射光式和积分球（散射+透射）式等。采用波长860mm的激光光源的透射光式浊度仪，入射光不会被水体所吸收，能避免色度干扰；浊度用透射光与入射光比值的负对数表示，因透射光相对于入射光的变化量较小，低浊度的场合一般不适用。积分球（散射+透射）式浊度仪，同时测定散射光和透射光，浊度用散射光与透射光（或散射光+透射光）的比值表示，具有较高的灵敏度，但仪器复杂，价格偏贵。目前,低浊度值的测量一般采用散射光武浊度仪。

实验和应用的结果表明，采用新型的红色单色电子光源和配备独特的发光强度稳定电路后，散射式浊度仪具有低浊度范围灵敏度高，0〜100NTU线性好，不需要经常调整零点和用标准液标定，光源寿命长，耗电量少，抗色度干扰能力强等特点；适用于水厂提高滤池效果和监测出水水质。

关键词：比浊度测量原理散射式浊度仪的改进散射式浊度仪器的应用各类浊度仪的敏感度

绪论

浊度，即水的混浊程度，由水中含有微量不溶性悬浮物质，胶体物质所致，

ISO标准所用的测量单位为FTU（浊度单位），FTU与NTU（浊度测定单位）一致。浊度仪就是根据这个原理来测量水的浊度。

浊度计是测定水浊度的装置。有散射光式、透射光式和透射散射光式等，通称光学式浊度剂。其原理为，当光线照射到液面上，入射光强、透射光强、散射光强相互之间比值和水样浊度之间存在一定的相关关系，通过测定透射光强，散射光强和入射光强或透射光强和散射光强的比值来测定水样的浊度。光学式浊度计有用与实验室的，也有用于现场进行自动连续测定的。

浊度仪工作原理：用一定的入射光强透过同一厚度不同浊度的水样时，将得到不同的透射光强，其消光值和浊度成正比，仪器通过计量透射光强，并经过电路处理，即得到水样的浊度值。

浊度仪的主要特点

水样杯具有防雾性能：故能在梅雨季节也能对水样进行浊度测定。

交直流两用，便于携带。用途：浊度计可供水厂、电厂、工矿企业、实验室及野外实地对水样浑浊度的测试。该仪器常用于饮用水厂办理QS认证时所需的必备检验设备。

随着社会经济的发展，对给水水质的要求越来越高。将过滤水的浊度控制在0.1NTU以下，是目前国外采取的预防病原体爆发流行的主要手段。

近年来，欧美国家的水厂开始普及微粒子计数器，用于检验水处理过程的絮凝效果、过滤器的性能和优化反冲洗过程等。但为水厂的过滤器配备高价的微粒子计数器，在我国可能还不现实，提高浊度的检测水平仍具有很大的实际意义。

常见的浊度仪均为光电式，主要有透射光武、散射光式、表面散射光式和积分球（散射+透射）式等。采用波长860mm的激光光源的透射光式浊度仪，入射光不会被水体所吸收，能避免色度干扰；浊度用透射光与入射光比值的负对数表示，因透射光相对于入射光的变化量较小，低浊度的场合一般不适用。积分球（散射+透射）式浊度仪，同时测定散射光和透射光，浊度用散射光与透射光（或散射光+透射光）的比值表示，具有较高的灵敏度，但仪器复杂，价格偏贵。目前,低浊度值的测量一般采用散射光武浊度仪。

1、比浊度测量原理

液体中的油滴及固体颗粒对光都有散射作用，测量散射光的强度就能测出浊度——单位体积液体中油滴颗粒数。

根据雷莱公式，散射光强度在一定条件下与浊度成正比，即

i=Cn

式中，I为散射光强度；c为常数；n为浊度。

玻璃体；

测温热电阻；

基座（断面）；

红外光源；

样品池；

石英棒；

散射光接收器;

吸收光接收器

图1散射式浊度仪工作原理图

图1为散射式浊度仪工作原理图。测量散射光时，光源强度的波动对测量误差有较大的影响，因此这里设置了两个光接受器。吸收光接收器用来补偿光源强度变化。光源发出的红外

光在水中碰到油滴等小颗粒后被散射到接收器上，得到的散射光强经过接收器的光电转换，变成电信号输出。信号大小正比与浊度值，与污水中的微量油滴的体积分数（浓度）有关。

由于污水对投射光的吸收是很小的，特别是浊度值比较小的时候，接收器吸收的光强与光源的光强相差无几，吸收光接收器反映光强的变化。将散射、吸收接收器输出之差进行信号处理，可以消除由于光源老化、污水染色带来的影响。

2、散射式浊度仪的改进

2.1光源

只有保证入射光的强度不变，才能使散射光的强度与水中浊度物质的数量线性相关。

当污水带可溶性的有颜色的物质时，会过滤光波而改变光强。波长为860nm±30nm的红光不会受它影响，所以浊度仪一般采用这种波长的光源。

XZ系列浊度仪采用了独特的电子发光组件作为光源，仅发出恒定波长的单色红光，谱带宽度较窄，发光强度稳定，入射光不被水中色度物质吸收，可以避免色度对测量的影响。发光组件电耗极少，长期使用不过热，仪器可以连续使用，不需要经常调整零点和重新用标准液标定。而且，光源的价格低廉，工作寿命达到十几万小时以上，一般不须更换。同时，XZ系列浊度仪配备有独特的闭环恒光源控制电路，在使用过程中监测发光强度，当发光强度过高时，通过积分放大式电路自动减小光源的输入电流，降低发光强度，反之亦然，从而保证入射光的强度恒定不变。

2.2水样槽

以往浊度仪的水样槽常常被做成圆桶形，可以自由旋转，靠对齐槽边的记号定位。实践表明，稍微转动水槽也可能引起读数变动，因为相对改变了检测的e角。对此，xz系列浊度仪采用长方形玻璃水样槽，槽体材质均匀，重复装样读数基本不变。

2.3其他

水样中的气泡会对光的传播有影响，要求在使用中消除气泡，探头要远离器壁。

在低流速的情况下固体颗粒会附着在接收器窗口上改变透光率，应定期清

洗探头。

3、散射式浊度仪器的应用

近年来，对给水浊度严格要求的结果，促进对过滤器工作过程的研究不断深入，图3为快滤池反冲洗后出水浊度随时间变化的例子。

S3朮范出水浊度聯时佝的变化

图中曲线显示，如果浊度标准定在2NTU以上，经过反冲洗后即可进入有效过滤工作期；但如果降低浊度标准值，则必须经过一个成熟期，出水浊度才能达到要求，为此不得不放弃一部分初始过滤出水。成熟期从开始到时间点tl为止，曲线开始很快上升，期间出现两个峰值，第二个峰较高，随后逐渐下降。第一个峰与滤料层中的剩余反冲洗水流出有关，第二个峰反映的是新水进入后，滤料层形成稳定过滤条件的过程。

经过t1时间点后，一段时间内浊度先在一个稳定值附近波动，然后缓慢上升；超过t2时间点后，浊度开始迅速上升，这表明应该对滤池实行新一轮的反冲洗。t1至t2的时间为有效过滤工作期，正确找到临界时间点，对提高出水的水质和水量非常重要。采用XZ系列浊度仪，以每分钟一次以上的频率监测出水浊度，才能绘制出成熟期的浊度变化曲线。为了保证净水效率，希望尽量减少初期弃水量，而有资料表明，造成隐抱子虫流行的原因，往往与滤池反冲洗后的弃水量不够有关。

4、各类浊度仪的敏感度

采用散射光式、积分球式和激光（散射/透射）式浊度仪，检测用标准聚苯乙烯乳胶粒配制的水样，乳胶粒径在0.5—5口m范围选择，将测得的浊度值与粒子总截光面积（计算）之比值作为仪器的敏感度，各类浊度仪对不同粒径的敏感

度如图4所示

S4迪度醍的軽舉度

由图4可见，对半径小于l^m的颗粒，散射式浊度仪的敏感度最高；积分球式的敏感度在小粒径的范围迅速下降，对半径0.5口m的颗粒几乎已经无效。对较大的颗粒，散射型的敏感度变化比较小，这意味着浊度与颗粒的总截光面积成正比，即测定值的线性程度较高。1993年国内52家自来水公司用透射式浊度仪、分光光度计和散射光式浊度仪器检测浊度为4.9NTU的同一水样，结果发现散射光浊度仪的准确度、精度、重现性和重复性都是最好的。

5、结论

实验和应用的结果表明，采用新型的红色单色电子光源和配备独特的发光强度稳定电路后，散射式浊度仪具有低浊度范围灵敏度高，0〜100NTU线性好，不需要经常调整零点和用标准液标定，光源寿命长，耗电量少，抗色度干扰能力强等特点；适用于水厂提高滤池效果和监测出水水质。

参考文献：

岳舜琳.水质检验工[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.

许保玖.给水处理理论[M].北京：中国建筑工业出版社，2000.

ClairN.Sawyer，PerryL，McCarty，CeneF.Ptin.ChemistryforEnvironmentalEngineering[M]．McGraw－HillCompanies，Inc．19