浊度测量技术

1世界水质浊度分析的领导者2浊度:水工艺最关键性的运行参数之一浊度是表征水中悬浮颗粒及胶体浓度的指标，既能反映水中悬浮物的含量，同时又是人的感官对水质的最直接的评价。对于浊度的降低，同时也降低了水中的细菌、大肠菌、病毒、两虫及铁锰等。是给水处理中至关重要的水质指标。•由于水中的固体:–会滋助有害微生物的生长；–减少化学消毒的效力；–有不好的口感和视觉。–所以，浊度仪是自来水厂的–最重要的检测仪器。3浊度应用---饮用水进水泵房混合池絮凝池沉淀池滤池臭氧接触清水池澄清池回收池污泥池调节池浓缩池脱水机房供水泵房生物预处理预臭氧碳滤池膜池水质监测站移动应急监测车浊度浊度浊度浊度浊度浊度浊度浊度浊度浊度浊度浊度浊度浊度4浊度应用---工业主要应用领域：工业过程监测/控制工业废水处理过程主要行业：•纸浆和造纸•电镀•核电•火电•石油化工•制药•奶制品•氧化铝•啤酒•食品饮料•工业废水52影响浊度测量精度的因素41浊度理论及测量技术浊度仪的正确维护Agenda目录3HACH浊度测量专利技术5HACH浊度测量仪表6•天然水和废水中有很多颗粒性物质，如泥沙、粘土、藻类及其他微生物、不溶性无机物和有机物，会产生混浊现象。水样的混浊程度可以用浊度来表示。•浊度，即水体中有悬浮颗粒物时，会阻碍光线透过水层（即通过水体的部分光线会被吸收或散射，而非直接透射）。由悬浮性颗粒物对光线引起的阻碍程度，可用浊度表示。•浊度是一种光学效应，它表现出光线透过水层时受到阻碍的程度。浊度的定义浊度的定义7美国APHA对浊度的定义•“turbidity,expressionoftheopticalpropertythatcauseslighttobescatteredandabsorbedratherthantransmittedinstraightlinesthroughthesample.‖•浊度是由光线通过样品时,除了直线透射外，被散射及吸收的光学特性现象•以上定义表明，浊度是一种光学特性，与另一个类似的单位“悬浮物固体”不是一个概念。APHA：AmericanPublicHealthAssociation浊度的定义8浊度测量技术的历史发展Jackson蜡烛法–光线消失光度计-透射光法浊度计-散射光法123浊度测量技术的发展历史9•Jackson蜡烛法1900年，Jackson发明了烛光浊度计，第一次提出了浊度定量测量的方法。至今，在某些国家和行业，仍有应用。•使用硅藻土作为标准物质，配臵一系列标准溶液。使用这些标准溶液制作测量管刻度•将一定浓度硅藻土倒入测量管，调节加入量，使眼睛从上往下看不到烛光，标记刻度线。•换成待测溶液，调节待测溶液高度，使眼睛从上往下看不到烛光，读刻度线上的“浊度值”浊度测量技术的发展历史10•透射光法通过检测光透过样品前后光强度的变化，来确定浊度值。缺点：•低浊度水（饮用水），由于光强度变化太小，监测器灵敏度不够。•浊度高时，由于颗粒物对光线有吸收，直接干扰了浊度测量浊度测量技术的发展历史11散射光法•根据丁道尔效应：I＝kI0nV2／λ4式中：I-散射光强度，I0入射光强度，λ入射光波长，n指单位体积内的悬浮颗粒数，V颗粒体积，k常数。可见，在稳定的入射光强度I0,以及固定波长λ的情况下,散射光强度与悬浮颗粒物的总量(nV2)成比例，即与浊度成比例。因此可由散射浊度仪测定水样浊度。浊度测量技术的发展历史12散射光法•颗粒产生的散射光的方向和强度，取决于溶液中颗粒物的大小。•测量90度方向的散射光能够最大限度地减少颗粒尺寸对散射光强度的影响.•综合考虑以上所有的影响因素，最稳定的散射光角度，是与入射光中心线成直角的角度。小于波长的1/10长度的粒子受光照时的散射光，1/10-1/4波长长度的粒子受光照时的散射光，大于波长的1/4长度的粒子受光照时的散射光，从微观角度观察---为什么要选择90度散射光检测?浊度测量技术的发展历史13现代浊度测量技术90度散射光浊度仪散射光浊度仪是应用光线的90度散射原理制成。•在光学系统中，采用90°设计:–检测器的位置与光源的光线方向为90度垂直。浊度测量技术的发展历史14浊度是描述液体里的悬浮固体，但是，并不是直接测量它。浊度测量的是样品的散射光的量。浊度是一种定性的测量方式，但是，通过使用标准和标准化的方法，这种方法完全有可能变成定量分析。测量结果称为:NTU(NephelometricTurbidityUnits)现代浊度的基本概念浊度是一种光学特性，是光线与溶液中（最常见的是水）的悬浮颗粒相互作用的结果。悬浮固体会散射和吸收通过水样的光线。这种光线的散射现象--产生浊度浊度测量技术的发展历史15一个重要问题:水的最低浊度是“零”吗?•水是由水分子组成，光线与水分子之间的相互作用，会产生强度非常低的散射光。•由于水分子对入射光的散射作用，即使是最纯净的水也不会有浊度为零的情况。•经研究,最纯净的水的浊度约为0.010NTU~0.012NTU。“零”浊度???162影响浊度测量精度的因素41浊度理论及测量技术浊度仪的正确维护Agenda目录3HACH浊度专利技术5HACH浊度测量仪表17影响浊度测量精度的因素•光源:测量光的波长•色度:介质（水）的颜色•光检测器•测量系统的杂散光•浊度与散射光强度的线性关系丁道尔效应:I＝kI0nV2／λ4影响浊度测量精度的因素基于上述理论和描述,浊度测量的精度的影响因素有以下几个方面:18光学基本原理---颜色的定义颜色：•是指在人类肉眼可以识别的波长范围内的,特定波长,或者不同波长的光混合后，对人体视觉神经的刺激所产生的心里因素.•人类肉眼可以识别的光称为可见光,波长范围在400~760nm,换句话说,只有波长在400~760nm的光才能够被人所感知影响浊度测量精度的因素–色度19水的颜色对浊度测量有干扰有颜色的物质会吸收可见光范围内特定波长的光波.导致水产生色度的物质吸收了部分特定波长的进入水的光波,因此造成散射光强度的降低.一旦有光线被吸收，到达检测器的光线强度将减少；测量的浊度值就随之减少,从而产生误差影响浊度测量精度的因素–色度20色度如何影响浊度测量•色度（用铂钴色度表示）对于低浊度水样的浊度测量的影响是非常小的。研究表明，在水样的浊度值低于1.0NTU时，当色度最高达到100个铂钴色度单位时，也基本不会对测量产生干扰。•但是，如果水样的浊度值增加到1.0NTU以上时，即使色度值远远低于100铂钴色度值时，也会对测量造成显著的干扰。影响浊度测量精度的因素–色度21消除色度对浊度测量影响影响浊度测量精度的因素–色度消除色度对浊度测量干扰的最简单方法是:采用可见光波长外的不可见光做为光源,彻底避免色度对检测光的吸收干扰.但是,这种方法在避免了色度影响的同时,又会带来其它新的问题对于相同尺寸的水中悬浮颗粒,尤其是小粒径颗粒,波长与散射光强度成反比,即短波长的检测光散射效应强,长波长的光散射效应弱,从而导致采用长波长的检测光所测得的浊度值较低22检测光源•钨灯:波长400～600nm之间,处于可见光范围内•发光二极管:波长860nm,处于红外光范围内影响浊度测量精度的因素–检测光源水的颜色对可见光有吸收作用,而红外光为不可见光,水的色度对红外光没有任何影响23浊度光源的两个国际标准USEPA180.1标准ISO7027标准•除欧洲外的其它地区•欧洲•主要的检测器必须是用于浊度（90度）测量的，±30度。•主要的检测器必须是用于浊度（90度）测量的，±1.5度。•光源为钨灯，色温在2200K到3000K之间。•光源的波长必须为860nm。为了获得这个波长，可以使用LED光源或者是将钨灯结合滤光片使用。•检测器的光谱响应峰值必须在400～600nm之间。•光源的光谱带宽必须为860±30nm。影响浊度测量精度的因素–检测光源24浊度光源的两个国际标准USEPA180.1标准ISO7027标准优点：优点：•该方法使用的是短波长的光，这种光对于小颗粒的散射更为灵敏。基于散射光强度与入射光是4次方的关系,钨灯发出的光对于小颗粒的有效散射是860nm的光源的9倍。•使用稳定的不可见近单色红外光源，水中可见颜色吸收光波的干扰小缺点：缺点：•对于在400－600nm波长范围内吸光的颜色干扰非常敏感；为了获得稳定的测量，钨灯光源需要一定的预热时间，而且需要每三个月校准一次•对小颗粒的灵敏度较低。虽然减小的灵敏度可以放大，但是这将导致在低浊度时测量噪音增加。在浊度的低量程段，使用这种方法的仪器要比使用USEPA方法180.1的仪器测量浊度值要低一些。影响浊度测量精度的因素–检测光源25浊度光源的两个国际标准USEPA180.1标准ISO7027标准•对于低浊度样水浊度的检测灵敏度高•对于低浊度样水浊度的检测灵敏度低•色度干扰小•无色度干扰•适用于经过处理较浊度低于1.0NTU―干净‖的水•适用于未经过完全处理较―脏‖的水影响浊度测量精度的因素–检测光源26光检测器•光电倍增管•光敏二极管•硅光电二极管•硫化镉光电元器件硅光电二极管测光范围大，是理想的检测器。影响浊度测量精度的因素–光检测器27硅光电二极管检测钨灯入射光时的相应曲线影响浊度测量精度的因素–光检测器281.杂散光的定义：不是由于样品中的悬浮物质对入射光的散射原因，而被光检测器的检测到的光线2.杂散光的来源包括：样品池不理想以及样品池表面的刮痕，光学系统内部的反射、光学部件的污染或样品池上有灰尘以及电噪声。测量系统的杂散光影响浊度测量精度的因素–杂散光29杂散光不可避免,只能尽量减少尽可能简化系统结构,减少产生杂散光的可能性(在线浊度仪)减少杂散光的方法影响浊度测量精度的因素–杂散光浸入样水中的检测器,直接测量散射光的强度,无任何中间部件,消除杂散光发生的可能性样水流经样水瓶进行检测,散射光需经过样水瓶瓶壁才能到达检测器,样水瓶壁产生杂散光,造成检测误差30杂散光不可避免,只可能尽量减少应该保持仪器清洁，使用完美的、匹配的、无缺损的样品池，把杂散光限制到最小。(实验室浊度仪)尽量做到样品瓶匹配样品池表面有刮痕要涂抹硅油保持滤光片干净有必要的话更换光源减少杂散光的方法影响浊度测量精度的因素–杂散光312影响浊度测量精度的因素41浊度理论及测量技术浊度仪的正确维护Agenda目录3HACH浊度专利技术5HACH浊度测量仪表32HACH浊度仪的专利技术户--RatioRatio技术的设计，主要为了弥补传统浊度计的以下缺陷：1、无法扣除色度误差2、无法保证全量程范围内浊度曲线的线性HACH浊度测量专利技术33浊度与散射光强度的线性关系线性问题主要是由于颗粒物浓度增加时，颗粒物对光线的吸收和相互阻挡引起。硅光电二极管(90度)散射检测器前置散射检测器前置散射检测器前置散射检测器光检测器与浊度的关系HACH浊度测量专利技术34HACH浊度测量专利技术352影响浊度测量精度的因素41浊度理论及测量技术浊度仪的正确维护Agenda目录3HACH浊度专利技术5HACH浊度测量仪表36正确的维护是准确测量的基础维护=清洁+校正+验证严格按照设备手册的要求定期进行仪器清洗采用工厂推荐的，一级标准样品定期校正仪器。不要用低浓度标准样品校正仪器；应使用不低于20NTU的浊度标准–即使实际应用测量值1.0NTU。用去离子水,低浊度标准的一级标准液,或实际样水进行测量验证浊度仪的维护不适当的校正会导致不正确的测量37光检测器窗口的清洗–时常清洗光电池窗口。频率取决于溶解于或悬浮于试样中的各种固体的性质和浓度。–使用一个棉签和异丙醇或是一种柔和的清洁剂，去除绝大多数的沉淀物和污物。矿物质水垢沉积物可能需要用一个棉签在其上沾一点弱酸，然后用一种清洁剂清洗。–不要使用含有磨料的清洗剂注意：小心不要刮伤光电池窗口。浊度仪的维护---清洗38清洗浊度计本体及去泡器•在持续使用后浊度计本体内部可能聚积沉淀物。引起读数的波动，必须清洗本体或去泡器。•在每次进行校正之前进行浊度计排水和清洗。•确定一个定期实