供水系統中濁度的在線檢測和AL4190流通式低濁分析儀的應用

1.為什么要測量濁度？

濁度被定義為樣品光學特性的一種表達，它導致光線被散射和吸收，而不是直線通過樣品。濁度是由懸浮和溶解物質的存在引起的，例如粘土、淤泥、細分有機物、浮游生物、其他微生物、有機酸和染料。濁度并不是樣品中懸浮固體數量的度量，而是水樣懸浮物對入射光源的綜合散射效應的總體度量。濁度測量在水處理廠的處理流程中起著重要作用，包括原水監測、澄清過程、反沖洗以及過濾后出水的監測等環節。濁度測量還可以在池塘、湖泊、水庫或小溪流的剖面分析中，以及施工和開發現場徑流的抓樣中發揮重要作用。除了有效測量水的相對清澈度外，濁度測量還能作為識別生物、有機或無機污染源的有價值的替代指標。在《GB5749-2022生活飲用水衛生標準》中規定濁度應該≤1NTU，因此低濁通常是指檢測分辨力優于0.05NTU,檢測下限低于0.1NTU的濁度分析儀。

2.      技術原理

  光散射是光與介質中的粒子或不規則性相互作用，導致光方向改變的現象。光的散射可以分為規律散射和漫散散射。它與不同顆粒粒徑的相互作用也可分為兩種現象：瑞利散射和米氏散射。瑞利散射的強度與光波長的四次方成反比。這意味著波長較短的（藍色和紫色）散射得比長波長的（紅色和橙色）更強。米散射發生在散射固體的大小與光的波長相當或更大時。米氏散射對光波長的依賴性低于瑞利散射，對于較大的顆粒，作為流域中典型的懸浮沉積物，米氏散射更為顯著。這兩種光散射相互作用在多個領域具有實際應用，廣泛用于確定膠體、氣溶膠和生物樣品中顆粒的尺寸分布。光散射是濁度測量中的關鍵原理，散射光的量與流體中顆粒物濃度成正比。

ISO 7027和EPA 180.1都規定采用90°光散射法進行濁度測定，主要差異在于光源和波長不同

1）ISO 7027-1:2016（E）《水質濁度的測定》的規定

主要的檢測器與光路成90 度±1.5 度；光源的波長為860 nm；光譜帶寬為860 nm±30 nm。ISO 7027 方法的優點：使用穩定的近單色光源，吸收干擾小，雜散光少。

2）EPA 180.1《濁度計法測定濁度》

主要的檢測器與光路成90 度±30 度；光源必須是鎢燈；檢測器的光譜響應峰值在400 nm～600 nm 之間。EPA 方法的優點是短波長的光對于小顆粒的散射更靈敏，鎢燈發出的光對于小顆粒的有效散射是860 nm 的光源的9 倍。

由于ISO7027-1規定的檢測方法采用單色光源，幾乎不受水中色度的影響，而且隨著半導體技術的進步，LED或激光光源具有壽命長、功耗低、漂移小的優點，因此AL4190在線低量程濁度儀采用880nmLED光源，基于ISO7027-1進行設計，90°方向上的散射光強與濁度（正比于顆粒物濃度 ）存在如下近似關系：

其

3.      低濁分析儀的應用領域

1）供水廠濾池出水檢測

傳統的濁度儀設計非常適合這一監管應用，因為樣品通常不會受到顏色和顆粒吸收等干擾。該應用使用的標準技術是在線散射比非比儀器。光從傳感器頭組件射入濁度儀主體，被樣品中的懸浮顆粒散射。傳感器的水下光電池探測來自入射光束90度方向的散射光。測量濾池出水的另一種選擇是激光散射儀，它使用先進的激光光學和信號處理技術檢測通常作為較大顆粒前體的亞微米級顆粒的低濃度。這類儀器可以檢測小于0.1微米的顆粒，以及小至0.3 mNTU或0.0003 NTU的濁度變化。這種靈敏度水平使操作人員能夠檢測濾池突破的前兆、劃定濾池成熟階段并增加有效的濾池運行時間。激光散射儀還可用于測量進水，以防止反滲透設施堵塞，驗證膜的完整性，并可用于測量產水以符合監管要求。

2）水源和原水的在線監測

原水中顆粒物的含量會對預消毒、絮凝和過濾工藝產生重大影響。所需的絮凝劑或預消毒劑的劑量通常受顆粒物含量的影響。水源水的濁度測量有助于保持對濁度突增的可見性，這種突增通常由天氣事件引起，可能會超出既定處理問題的處理能力。濁度也可以作為污染物的替代參數，濁度的突增可能表明有新的污染源。如果取水口距離處理設施較遠，在取水口放置儀器可以提醒水質變化，并在水通過取水管線到達處理設施的過程中提供反應時間。

3）反沖洗監控

反沖洗通常消耗濾器產量的10%左右。用于洗滌的水占用了生產能力并消耗能源。或者，如果用于洗滌的水沒有循環利用，則對原水資源的需求增加。過度清洗濾器還會去除較小的無煙煤顆粒，并阻礙有效的成熟過程，這可能導致濾器工作周期縮短。水務操作人員通常通過目測或基于預設時間來監控反沖洗。如果反沖洗是目測控制的，每次洗滌都會不同，因為每個操作人員對適當洗滌條件的認知不同。濁度計可以客觀判斷反沖洗何時完成，而不會造成過度洗滌。

4.      濁度測量中的干擾因素

低濃度濁度計對使用者的操作技術和周圍環境非常敏感，當待測濁度值≤1NTU時，由于水樣中的氣泡、顆粒污染和雜散光引起的干擾會成為主要因素。

1） 氣泡：

典型的氣泡直徑在20~100µm范圍，氣泡對880nm近紅外光主要產生米氏散射，其前向散射很強，但90°方向的散射強度也顯著高于溶解分子或極小微粒。因此單個氣泡產生的90°散射光強可能是同等大小固體顆粒的2~5倍，造成測量值偏高。消除氣泡的最好辦法設計“消泡陷阱"，自動消除水樣中的氣泡。

2） 顆粒污染：

水樣中的黏土、絮狀物等懸浮物附著在光學元件表面，會導致入射光強下降、散光接收光強下降，同樣會造成測量值偏高。消除顆粒物的污染可以通過優化產品設計來實現，列如對光學窗口進行自動清潔。

3） 雜散光：

雜散光被定義為到達光散射（90度）探測器的任何未被樣品散射的光。雜散光總是正干擾。雜散光的來源包括儀器光學部件中的灰塵污染、劣質或損壞的樣品池以及儀器電子元件。減少雜散光的最佳方法是通過設計具有高質量光學元件的堅固儀器，并結合良好的實驗室和測量技術

5.      AL4190在線低量程濁度儀的特點

基于90°光散射法測量低濃度懸浮物，符合《水質 濁度的測定》ISO7027-1，通過檢測880nm入射光在90°方向上的散射光強，實時檢測水樣的懸浮物濃度。同樣水樣在進入樣品池前經過了消氣泡結構，消除了水泡影響。產品具有檢測下限低、測量精度高和示值穩定的優點，適用于供水廠出廠、管網末梢、供水泵房、農村飲用水、工業水循環中的濁度在線監測。

• 檢測下限低至0.03NTU

• 樣品池的光室設計消除了雜散光影響，測量結果更加穩定

• 測量結果不受色度和溶解性有機物影響

• 可插拔式光源設計，方便光源的維護和替換

• 自帶消泡結構，消除氣泡的干擾

• 光源壽命大于5年

• 3KV耐壓隔離電源供電，抗干擾能力強；

• 傳感器接口具有錯接和反接保護功能；

6.      校準

濁度需定期進行校準，自行校準可以按照如下步驟進行。校準順序為：零點校準→標液1校準→標液2校準。以量程0-40NTU進行兩點校準為例。

零點校準步驟如下：

1)    準備純凈水，倒入容器中，穩定蓋上。

2)    打開儀器校準界面→點擊“零點校準"，儀器即開始進行零點校準操作，同時對本次零點校準進行保存。通過觀察系統日志，查看零點校準是否完成。

標液校準步驟如下：

1)    配置兩種濃度濁度標準溶液，分別為濁度=8（標液1）、濁度=32（標液2）。

2)    打開儀器校準界面→校準方式選擇“兩點校正"→校準因子選擇“濁度"。

3)    標液1校準：容器中倒入標液1，使溶液與溢流口平面一致，在上位機中，標液1濃度輸入8→點擊標液1校準按鈕→等待測量30s后穩定→點擊“保存標液1校準"按鈕，即完成了標液1校準。

4)    將儀器中的標液排出，使用蒸餾水仔細沖洗儀器多次后排凈，確保儀器內無高濃度濁度殘留。

5)    標液2校準：容器中倒入標液2，使溶液與溢流口平面一致，在上位機中，標液2濃度輸入32→點擊標液2校準按鈕→等待測量30s后穩定→點擊“保存標液2校準"按鈕，即完成了標液2校準。

6)    將儀器中的標液排出，使用蒸餾水仔細沖洗儀器多次后排凈，確保儀器內無高濃度濁度殘留。

7)    校準結果查看：“一鍵讀取"校準值、校準系數，檢查校準值和校準系數是否已經更新，并查看校準值大小。