散射式濁度儀的改進(jìn)和應(yīng)用

1、散射式濁度儀的改進(jìn)和應(yīng)用         06-03-13 10:25:00     作者：吳星五，唐秀華，朱愛(ài)    編輯：studa9ngns摘要：探討散射式濁度儀的測(cè)試機(jī)理和改進(jìn)方法。測(cè)試結(jié)果表明，采用新型單色電子光源和配備發(fā)光強(qiáng)度穩(wěn)定電路的散射式濁度儀具有低濁度范圍準(zhǔn)確性和靈敏度高，至100NTU線(xiàn)性好，不須經(jīng)常調(diào)整零點(diǎn)和重新標(biāo)定，耗電量少，光源壽命長(zhǎng)和抗色度干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，適用于水廠(chǎng)提高濾池效果和監(jiān)測(cè)出水水質(zhì)。 關(guān)鍵詞：過(guò)濾

2、 濁度 儀器  Improvement and Application of Diffusion NephelometerAbstract:The measuring mechanism of diffusion nephelometer and methods for its improvement were studied，the result of which shows that the diffusion nephelometer using a new-type monochromatic electronic light source and provided with

3、 a luminous intensity stabilizing circuit is featured by high accuracy and sensitivity in case of narrow range of NTU，with good linearity up to 100 NTU，without frequent adjustment of zero point and re-calibration，less consumption of power，long life of light source，strong resistance to color interfer

4、ence，etc.，and is，therefore，suitable for the improvement of the efficiency of filiter tanks and the monitoring of the quality of outlet water in water plantsKey words:water treatment；filtration；turbidity；instrument隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)給水水質(zhì)的要求越來(lái)越高。將過(guò)濾水的濁度控制在0.1NTU以下，是目前國(guó)外采取的預(yù)防病原體爆發(fā)流行的主要手段。近年來(lái)，歐美國(guó)家的水廠(chǎng)開(kāi)始普及微粒子計(jì)數(shù)器，

5、用于檢驗(yàn)水處理過(guò)程的絮凝效果、過(guò)濾器的性能和優(yōu)化反沖洗過(guò)程等。但為水廠(chǎng)的過(guò)濾器配備高價(jià)的微粒子計(jì)數(shù)器，在我國(guó)可能還不現(xiàn)實(shí)，提高濁度的檢測(cè)水平仍具有很大的實(shí)際意義。常見(jiàn)的濁度儀均為光電式，主要有透射光武、散射光式、表面散射光式和積分球（散射+透射）式等。采用波長(zhǎng)860mm的激光光源的透射光式濁度儀，入射光不會(huì)被水體所吸收，能避免色度干擾；濁度用透射光與入射光比值的負(fù)對(duì)數(shù)表示，因透射光相對(duì)于入射光的變化量較小，低濁度的場(chǎng)合一般不適用。積分球（散射+透射）式濁度儀，同時(shí)測(cè)定散射光和透射光，濁度用散射光與透射光（或散射光+透射光）的比值表示，具有較高的靈敏度，但儀器復(fù)雜，價(jià)格偏貴。目前，低濁度值的測(cè)量

6、一般采用散射光武濁度儀1-3。在散射光武濁度儀的改進(jìn)方面，國(guó)內(nèi)新產(chǎn)品XZ系列（上海海恒機(jī)電）有一定的代表性，本文介紹該儀器的部分實(shí)驗(yàn)研究和運(yùn)用的結(jié)果。1 測(cè)試原理4-6光是一種電磁波，它在水中碰上微粒阻擋時(shí)會(huì)發(fā)生反射、折射和散射現(xiàn)象，圖1顯示出600mm波長(zhǎng)的光線(xiàn)照射在膠體顆粒上的散射狀況。圖中顯示，人射光碰上半徑為波長(zhǎng)的1/10以下的小顆粒，主要發(fā)生側(cè)向散射；碰上半徑是波長(zhǎng)的1/4左右的顆粒，向前方強(qiáng)烈散射；而碰上半徑波長(zhǎng)的顆粒，在向前方散射的同時(shí)，向側(cè)面的不同角度發(fā)出強(qiáng)度起伏變化的散射光。單個(gè)顆粒越大，產(chǎn)生的散射光量越大。當(dāng)水中顆粒半徑較小時(shí)，如圖1中的a和b，單位體積水中產(chǎn)生的90

7、76;總散射光強(qiáng)度服從瑞利（Rayleigh）定律：式中：Ir散射光強(qiáng)度；I0人射光強(qiáng)度；n1，n2分別為微粒和水的折射率；人射光的波長(zhǎng)；單個(gè)微粒的體積；N單位體積水中的微粒數(shù)；散射光與人射光的夾角；r微粒到散射光強(qiáng)測(cè)試點(diǎn)的距離。根據(jù)（1）式，單位體積水的散射光強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度。微粒子半徑的6次方及微粒的個(gè)數(shù)成正比，與如入射光波長(zhǎng)的4次方成反比。散射式濁度儀的檢測(cè)角一般采用90°，微粒到散射光強(qiáng)測(cè)試點(diǎn)的平均距離r、折射率n1、n2視作不變，和當(dāng)作常數(shù)，則（1）式可以簡(jiǎn)化為：Ir=KNI0（2）式中K為比例系數(shù)。當(dāng)水中懸浮顆粒的半徑大于等于光波長(zhǎng)時(shí)，由粒子表面的反射及粒子內(nèi)部的折射都

8、會(huì)使光線(xiàn)改變方向，此時(shí)90°方向上測(cè)得的光強(qiáng)度服從米氏（Mie）定理，與入射光的強(qiáng)度、微粒子的截光面積A和粒子的個(gè)數(shù)濃度N成正比，可以簡(jiǎn)化為（3）式：Ir=KANI0（3）式中K為比例系數(shù)。實(shí)際上，濁度儀90°方向上測(cè)得的是不同大小的顆粒對(duì)入射光的散射、折射、反射和吸收等綜合作用的結(jié)果，入射光的波長(zhǎng)、粒子色和水色會(huì)影響讀數(shù)，使儀器對(duì)高濁度的水不適用，但在0100NTU范圍內(nèi)可以得到理想的線(xiàn)性結(jié)果。2 散射式濁度儀的改進(jìn)72.1 光源由（1）（3）式可知，只有保證入射光的強(qiáng)度I0不變，才能使散射光的強(qiáng)度與水中濁度物質(zhì)的數(shù)量線(xiàn)性相關(guān)。XZ系列濁度儀采用了獨(dú)特的電子發(fā)光組件作為光源，僅發(fā)出恒定波長(zhǎng)的單色紅光，譜帶寬度較窄，發(fā)光強(qiáng)度穩(wěn)定，入射光不被水中色度物質(zhì)吸收，可以避免色度對(duì)測(cè)量的影響。發(fā)光組件電耗極少，長(zhǎng)期使用不過(guò)熱，儀器可以連續(xù)使用，不需要經(jīng)常調(diào)整零點(diǎn)和重新用標(biāo)準(zhǔn)液標(biāo)定。而且，光源的價(jià)格低廉，工作壽命達(dá)到十幾萬(wàn)小時(shí)以上，一般不須更換。同時(shí)，XZ系列濁度儀配備有獨(dú)特的閉環(huán)恒光源控制電路，在使用過(guò)程中監(jiān)測(cè)發(fā)光強(qiáng)度，當(dāng)發(fā)光強(qiáng)度過(guò)高時(shí)，通過(guò)積分放大式電路自動(dòng)減小光源的輸入電流，降低發(fā)光強(qiáng)度，