1. 為什么要測(cè)量濁度

濁度被定義為樣品光學(xué)特性的一種表達(dá)，它導(dǎo)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(zhì)的存在引起的，例如粘土、淤泥、細(xì)分有機(jī)物、浮游生物、其他微生物、有機(jī)酸和染料。濁度并不是樣品中懸浮固體數(shù)量的度量，而是水樣懸浮物對(duì)入射光源的綜合散射效應(yīng)的總體度量。濁度測(cè)量在水處理廠的處理流程中起著重要作用，包括原水監(jiān)測(cè)、澄清過程、反沖洗以及過濾后出水的監(jiān)測(cè)等環(huán)節(jié)。濁度測(cè)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(fā)現(xiàn)場(chǎng)徑流的抓樣中發(fā)揮重要作用。除了有效測(cè)量水的相對(duì)清澈度外，濁度測(cè)量還能作為識(shí)別生物、有機(jī)或無機(jī)污染源的有價(jià)值的替代指標(biāo)。在《GB5749-2022生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定濁度應(yīng)該≤1NTU，因此低濁通常是指檢測(cè)分辨力優(yōu)于0.05NTU,檢測(cè)下限低于0.1NTU的濁度分析儀。

2.技術(shù)原理

  光散射是光與介質(zhì)中的粒子或不規(guī)則性相互作用，導(dǎo)致光方向改變的現(xiàn)象。光的散射可以分為規(guī)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(xiàn)象：瑞利散射和米氏散射。瑞利散射的強(qiáng)度與光波長的四次方成反比。這意味著波長較短的（藍(lán)色和紫色）散射得比長波長的（紅色和橙色）更強(qiáng)。米散射發(fā)生在散射固體的大小與光的波長相當(dāng)或更大時(shí)。米氏散射對(duì)光波長的依賴性低于瑞利散射，對(duì)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(gè)領(lǐng)域具有實(shí)際應(yīng)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(cè)量中的關(guān)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(guī)定采用90°光散射法進(jìn)行濁度測(cè)定，主要差異在于光源和波長不同

  1）ISO 7027-1:2016（E）《水質(zhì)濁度的測(cè)定》的規(guī)定

    主要的檢測(cè)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(yōu)點(diǎn)：使用穩(wěn)定的近單色光。吸收干擾小，雜散光少。

  2）EPA 180.1《濁度計(jì)法測(cè)定濁度》

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

  由于ISO7027-1規(guī)定的檢測(cè)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(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，LED或激光光源具有壽命長、功耗低、漂移小的優(yōu)點(diǎn)，因此AL4190在線低量程濁度儀采用880nmLED光源，基于ISO7027-1進(jìn)行設(shè)計(jì)，90°方向上的散射光強(qiáng)與濁度（正比于顆粒物濃度 ）存在如下近似關(guān)系：

3.低濁分析儀的應(yīng)用領(lǐng)域

  1）供水長濾池出水的應(yīng)用

  傳統(tǒng)的濁度儀設(shè)計(jì)非常適合這一監(jiān)管應(yīng)用，因?yàn)闃悠吠ǔ２粫?huì)受到顏色和顆粒吸收等干擾。該應(yīng)用使用的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)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(cè)來自入射光束90度方向的散射光。測(cè)量濾池出水的另一種選擇是激光散射儀，它使用優(yōu)良的激光光學(xué)和信號(hào)處理技術(shù)檢測(cè)通常作為較大顆粒前體的亞微米級(jí)顆粒的低濃度。這類儀器可以檢測(cè)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(cè)濾池突破的前兆、劃定濾池成熟階段并優(yōu)化有效的濾池運(yùn)行時(shí)間。激光散射儀還可用于測(cè)量進(jìn)水，以防止反滲透設(shè)施堵塞，驗(yàn)證膜的完整性，并可用于測(cè)量產(chǎn)水以符合監(jiān)管要求。

  2）水源和原水監(jiān)測(cè)

 原水中顆粒物的含量會(huì)對(duì)預(yù)消毒、絮凝和過濾工藝產(chǎn)生重大影響。所需的絮凝劑或預(yù)消毒劑的劑量通常受顆粒物含量的影響。水源水的濁度測(cè)量有助于保持對(duì)濁度突增的可見性，這種突增通常由天氣事件引起，可能會(huì)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(shù)，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(shè)施較遠(yuǎn)，在取水口放置儀器可以提醒水質(zhì)變化，并在水通過取水管線到達(dá)處理設(shè)施的過程中提供反應(yīng)時(shí)間。

 3）反沖洗監(jiān)控

    反沖洗通常消耗濾器產(chǎn)量的10%左右。用于洗滌的水占用了生產(chǎn)能力并消耗能源?；蛘?，如果用于洗滌的水沒有循環(huán)利用，則對(duì)原水資源的需求增加。過度清洗濾器還會(huì)去除較小的無煙煤顆粒，并阻礙有效的成熟過程，這可能導(dǎo)致濾器工作周期縮短。水務(wù)操作人員通常通過目測(cè)或基于預(yù)設(shè)時(shí)間來監(jiān)控反沖洗。如果反沖洗是目測(cè)控制的，每次洗滌都會(huì)不同，因?yàn)槊總€(gè)操作人員對(duì)適當(dāng)洗滌條件的認(rèn)知不同。濁度計(jì)可以客觀判斷反沖洗何時(shí)完成，而不會(huì)造成過度洗滌。

4.     濁度測(cè)量中的干擾因素

   低濃度濁度計(jì)對(duì)使用者的操作技術(shù)和周圍環(huán)境非常敏感，當(dāng)待測(cè)濁度值≤1NTU時(shí)，由于水樣中的氣泡、顆粒污染和雜散光引起的干擾會(huì)成為主要因素。

1） 氣泡：

典型的氣泡直徑在20~100µm范圍，氣泡對(duì)880nm近紅外光主要產(chǎn)生米氏散射，其前向散射很強(qiáng)，但90°方向的散射強(qiáng)度也顯著高于溶解分子或極小微粒。因此單個(gè)氣泡產(chǎn)生的90°散射光強(qiáng)可能是同等大小固體顆粒的2~5倍，造成測(cè)量值偏高。消除氣泡的最好辦法設(shè)計(jì)“消泡陷阱"，自動(dòng)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(xué)元件表面，會(huì)導(dǎo)致入射光強(qiáng)下降、散光接收光強(qiáng)下降，同樣會(huì)造成測(cè)量值偏高。消除顆粒物的污染可以通過優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)，列如對(duì)光學(xué)窗口進(jìn)行自動(dòng)清潔。

3） 雜散光：

雜散光被定義為到達(dá)光散射（90度）探測(cè)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(xué)部件中的灰塵污染、劣質(zhì)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(shè)計(jì)具有高質(zhì)量光學(xué)元件的堅(jiān)固儀器，并結(jié)合良好的實(shí)驗(yàn)室和測(cè)量技術(shù)

5.AL4190在線低量程濁度儀的特點(diǎn)

基于90°光散射法測(cè)量低濃度懸浮物，符合《水質(zhì) 濁度的測(cè)定》ISO7027-1，通過檢測(cè)880nm入射光在90°方向上的散射光強(qiáng)，實(shí)時(shí)檢測(cè)水樣的懸浮物濃度。同樣水樣在進(jìn)入樣品池前經(jīng)過了消氣泡結(jié)構(gòu)，消除了水泡影響。產(chǎn)品具有檢測(cè)下限低、測(cè)量精度高和示值穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，適用于供水廠出廠、管網(wǎng)末梢、供水泵房、農(nóng)村飲用水、工業(yè)水循環(huán)中的濁度在線監(jiān)測(cè)。

• 檢測(cè)下限低至0.03NTU

• 樣品池的光室設(shè)計(jì)消除了雜散光影響，測(cè)量結(jié)果更加穩(wěn)定

• 測(cè)量結(jié)果不受色度和溶解性有機(jī)物影響

• 可插拔式光源設(shè)計(jì)，方便光源的維護(hù)和替換

• 自帶消泡結(jié)構(gòu)，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(qiáng)；

• 傳感器接口具有錯(cuò)接和反接保護(hù)功能；

6. 校準(zhǔn)

   濁度需定期進(jìn)行校準(zhǔn)，自行校準(zhǔn)可以按照如下步驟進(jìn)行。校準(zhǔn)順序?yàn)椋毫泓c(diǎn)校準(zhǔn)→標(biāo)液1校準(zhǔn)→標(biāo)液2校準(zhǔn)。以量程0-40NTU進(jìn)行兩點(diǎn)校準(zhǔn)為例。

零點(diǎn)校準(zhǔn)步驟如下：

1)準(zhǔn)備純凈水，倒入容器中，穩(wěn)定蓋上。

2)打開儀器校準(zhǔn)界面→點(diǎn)擊“零點(diǎn)校準(zhǔn)"，儀器即開始進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)操作，同時(shí)對(duì)本次零點(diǎn)校準(zhǔn)進(jìn)行保存。通過觀察系統(tǒng)日志，查看零點(diǎn)校準(zhǔn)是否完成。

標(biāo)液校準(zhǔn)步驟如下：

1)配置兩種濃度濁度標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別為濁度=8（標(biāo)液1）、濁度=32（標(biāo)液2）。

2)打開儀器校準(zhǔn)界面→校準(zhǔn)方式選擇“兩點(diǎn)校正"→校準(zhǔn)因子選擇“濁度"。

3標(biāo)液1校準(zhǔn)：容器中倒入標(biāo)液1，使溶液與溢流口平面一致，在上位機(jī)中，標(biāo)液1濃度輸入8→點(diǎn)擊標(biāo)液1校準(zhǔn)按鈕→等待測(cè)量30s后穩(wěn)定→點(diǎn)擊“保存標(biāo)液1校準(zhǔn)"按鈕，即完成了標(biāo)液1校準(zhǔn)。

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

5)標(biāo)液2校準(zhǔn)：容器中倒入標(biāo)液2，使溶液與溢流口平面一致，在上位機(jī)中，標(biāo)液2濃度輸入32→點(diǎn)擊標(biāo)液2校準(zhǔn)按鈕→等待測(cè)量30s后穩(wěn)定→點(diǎn)擊“保存標(biāo)液2校準(zhǔn)"按鈕，即完成了標(biāo)液2校準(zhǔn)。

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

7)校準(zhǔn)結(jié)果查看：“一鍵讀取"校準(zhǔn)值、校準(zhǔn)系數(shù)，檢查校準(zhǔn)值和校準(zhǔn)系數(shù)是否已經(jīng)更新，并查看校準(zhǔn)值大小。