蛤壳产品推出在线低浊产品系列

Harter在饮用水超低浊度的测量技术

【摘要】浊度作为饮用水水质安全的重要表征参数，国内供水企业对于出厂水浊度的控制要求越来越高，不少城市提出了城市供水水质与国际水平接轨的目标，直至使城市自来水达到直接饮用的目的， 浊度小于0.1NTU是保证城市供水微生物学安全的重要手段，在小于0.1NTU的浊度量级中，如何实现及保证浊度测量的准确性，是饮用水水质安全至关重要的保障手段。

【关键词】饮用水水质安全；浊度；浊度测量；浊度应用； 

 背景

浊度作为水质监测中最重要的测量参数已经将近100年了。世界上众多研究机构、公司为浊度的准确度的研究和应用付出了不懈地努力。

随着国家对饮用水水质安全愈发严格的法规建立，准确的测量低浊度水样的系统技术必需逐渐的改善。为保证饮用水管网末梢浊度满足2006年颁布《生活饮用水卫生标准 GB5749-2006》1NTU以下的要求，水厂出厂水的浊度应控制在0.5NTU左右。很多城市供水企业将出厂水内控指标控制在0.1NTU以下，以保证饮用水的微生物学安全，例如，浙江和上海自来水公司的出厂水浊度目前要求低于0.1NUT。同时，越来越多的中国供水企业正在向直饮水的目标而努力，随着膜技术的成熟，出厂水可能达到的浊度甚至低于0.05NTU。

怎样使用现代化的仪器以及精确的浊度测量技术，保证0.1NTU浊度是准确的可信的，保证在线及实验室浊度测量的可比对性及可验证性，是保证饮用水水质监测的正确与否的关键工作，是摆在我们面前的一个技术挑战。

浊度测量技术

浊度的定义

也称浑浊度。是由于水中对光有散射作用物质的存在，而引起液体透明度降低的一种量 度。水中悬浮及胶体微粒会散射和吸收通过样品的光线，光线的散射现象产生浊度，利用样 品中微粒物质对光的散射特性表征浊度，测量结果单位为 NTU（散射浊度单位 Nephelometric Turbidity Units）。

测试方法 利用一束稳定光源光线通过盛有待测样品的样品池，传感器处在与发射光线垂直的位置 上测量散射光强度。光束射入样品时产生的散射光的强度与样品中浊度在一定浓度范围内成 比例关系。

浊度是一种光学效应，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，例如泥沙、粘土、藻类、有机物质以及其它的微生物机体，会对通过水样的光线造成散射现象。这种水溶液由于悬浮颗粒而对光线产生的散射现象就产生了浊度，它表征出光线透过水层时受到阻碍的程度。而光线在水溶液中的散射是一种非常简单的水质的物理参数，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，散射光强度越大，表征水溶液的浊度越大。

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。由于分子的散射作用，即使是最理想纯度的水也不会有浊度为零的情况。不含杂质的水的浊度约为0.010NTU或0.012NTU。

浊度值是水样中存在的所有的物质作用的结果。在这种意义上讲，浊度是一种定性的测量方式。浊度测量在低浊度区间有很好的线性性能，通过使用标准样品的对比，和标准化的分析方法，浊度测量完全可以成为定量分析。

散射光理论

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、形状、颜色、折射系数以及浓度。传输光线的波长以及悬浮介质的颜色也会影响散射光。

Harter在饮用水超低浊度的测量技术

【摘要】浊度作为饮用水水质安全的重要表征参数，国内供水企业对于出厂水浊度的控制要求越来越高，不少城市提出了城市供水水质与国际水平接轨的目标，直至使城市自来水达到直接饮用的目的， 浊度小于0.1NTU是保证城市供水微生物学安全的重要手段，在小于0.1NTU的浊度量级中，如何实现及保证浊度测量的准确性，是饮用水水质安全至关重要的保障手段。

【关键词】饮用水水质安全；浊度；浊度测量；浊度应用；

背景

浊度作为水质监测中最重要的测量参数已经将近100年了。世界上众多研究机构、公司为浊度的准确度的研究和应用付出了不懈地努力。

随着国家对饮用水水质安全愈发严格的法规建立，准确的测量低浊度水样的系统技术必需逐渐的改善。为保证饮用水管网末梢浊度满足2006年颁布《生活饮用水卫生标准 GB5749-2006》1NTU以下的要求，水厂出厂水的浊度应控制在0.5NTU左右。很多城市供水企业将出厂水内控指标控制在0.1NTU以下，以保证饮用水的微生物学安全，例如，浙江和上海自来水公司的出厂水浊度目前要求低于0.1NUT。同时，越来越多的中国供水企业正在向直饮水的目标而努力，随着膜技术的成熟，出厂水可能达到的浊度甚至低于0.05NTU。

怎样使用现代化的仪器以及精确的浊度测量技术，保证0.1NTU浊度是准确的可信的，保证在线及实验室浊度测量的可比对性及可验证性，是保证饮用水水质监测的正确与否的关键工作，是摆在我们面前的一个技术挑战。

浊度测量技术

浊度的定义

也称浑浊度。是由于水中对光有散射作用物质的存在，而引起液体透明度降低的一种量 度。水中悬浮及胶体微粒会散射和吸收通过样品的光线，光线的散射现象产生浊度，利用样 品中微粒物质对光的散射特性表征浊度，测量结果单位为 NTU（散射浊度单位 Nephelometric Turbidity Units）。

测试方法 利用一束稳定光源光线通过盛有待测样品的样品池，传感器处在与发射光线垂直的位置 上测量散射光强度。光束射入样品时产生的散射光的强度与样品中浊度在一定浓度范围内成 比例关系。

浊度是一种光学效应，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，例如泥沙、粘土、藻类、有机物质以及其它的微生物机体，会对通过水样的光线造成散射现象。这种水溶液由于悬浮颗粒而对光线产生的散射现象就产生了浊度，它表征出光线透过水层时受到阻碍的程度。而光线在水溶液中的散射是一种非常简单的水质的物理参数，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，散射光强度越大，表征水溶液的浊度越大。

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。由于分子的散射作用，即使是最理想纯度的水也不会有浊度为零的情况。不含杂质的水的浊度约为0.010NTU或0.012NTU。

浊度值是水样中存在的所有的物质作用的结果。在这种意义上讲，浊度是一种定性的测量方式。浊度测量在低浊度区间有很好的线性性能，通过使用标准样品的对比，和标准化的分析方法，浊度测量完全可以成为定量分析。

 散射光理论

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、形状、颜色、折射系数以及浓度。传输光线的波长以及悬浮介质的颜色也会影响散射光。

            小颗粒                                                                 大颗粒                                                  非常大的颗粒

上图为水中不同粒径的颗粒对光线的影响的显微照片，可以看出不同粒径的颗粒对光线的散射是不同的，而只有与入射光中心线成直角（90度）的散射光强度对于不同粒径的颗粒是相同的，散射光强度与浊度值之间达到线性相关，采用测量与入射光成直角角度的散射光强度，定义这种测量被称之为“浊度测量”，单位为NTU。

在0－40NTU之间，散射光与浊度是线性相关的关系。在0.1NTU以下检测到的所有的非线性关系，主要是由于仪器和/或样品池的不规则所产生的杂散光引起的。  

散射光的量取决于光源的波长。这种关系可以用丁道尔公式表示：

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。

浊度的影响因素

悬浮颗粒粒径与入射光波长的关系

浊度测量会受下列因素影响：1）颗粒和/或样品本身的吸光度以及折射率。2）被测颗粒的尺寸、形状、方向以及吸光性。这些浊度影响取决于通过水样的光线的波长是被吸收还是被散射。下面这些有关干扰的论述适用于绝大多数的水样：

有的水样能够吸收入射光，会阻止很大一部分入射光到达检测系统。会导致低浊度值。

散射光取决于颗粒物的大小以及与颗粒发生相互作用的光线的波长：大的颗粒物对波长较长的光线的散射效果比对波长较短的光线的散射效果好。小的颗粒物对波长较短的光线的散射效果比大的颗粒物对波长较短的光线的散射效果好，对于波长较长的光线，几乎没有什么散射效果。

当颗粒物的物径小于入射光波长的1/10时的散射光效果；

当颗粒物的物径与入射光波长相当时的散射光效果；

当颗粒物的物径大于入射光波长10倍时的散射光效果；

 色度的干扰

如果水溶液有色度，水中的色度会吸收可见光中相对应颜色波长的光，会造成在光线在水中的透射及散射造成衰减，从而导致由于水中悬浮颗粒产生的散射光强度的变化，最终有可能导致浊度测量的误差。

 测量系统的杂散光

测量系统的杂散光是光学分析仪器不可避免的干扰因素，无法彻底消除，只能尽可能地减少杂散光的干扰。

减少杂散光干扰的有如下方法：

简化入射光源到散射光检测器间的结构，最大限度地降低中间环节的杂散光；

检测器内部结构优化设计，减少涉及散射光检测器的杂散光；

按照规程要求，保持光学系统及检测单元的清洁，避免由于灰尘污染造成的杂散光

2.3.4  浊度与散射光强度的线性关系

由于浊度在40NTU以内时，散射光强度与浊度是完全线性的关系，从另外一方面说，浊度超过40NTU后，两者的关系并不是一个良好的线性关系。

第三章  标准方法概述

测量浊度是要强调使用通用的检测方法，目的就是在使用不同的浊度仪器进行测量时，可以获得一样的测量数据。对于浊度测量，有两种方法是被普遍认可的，USEPA方法180.1和ISO方法7027。

3.1 浊度测量的两种国际标准

3.2 ISO方法7027

第四章  技术参数概述

为了准确的评估仪器的设计，必需准确理解各种参数。表3描述了所使用的各种仪器的性能参数。

准确度：测量值与已知数值之间的差值。当低于0.1NTU时，杂散光的误差评估是正常的，在这种浓度下，杂散光的评估成为了测量的准确度。

线性：散射光与被测浊度之间的关系。在浊度量程的下限附近，如果杂散光的干扰被最小化，则仪器的线性程度非常高。用统计方法，定义曲线的趋势和准确度之间的线性变化关系，线性程度与准确度相关性很好。

精度：使用一台指定仪器测量浊度的重复性。随着样品中浊度的降低，精度也会有所降低。典型的精度表示是：用至少7次重复测量的标准偏差表示。

分辨率：仪器准确的测量水样的分辨能力。对于低浊度的分析，仪器的分辨率应该测量到接近0.01NTU，好的仪器可以接近0.0001NTU。分辨率有助于描述水样的特性。例如，最小的有效数字的波动，表示的是有气泡，或大颗粒比正常分布的有干扰。分辨率级的数字变化，表示水样的变化很小，水样的质量非常高，而且几乎没有什么大颗粒。

杂散光：杂散光的定义：不是由于样品散射原因，到达检测器的光线。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。应该保持仪器清洁，使用完美的、匹配的、无磨损的样品池，把杂散光限制到最小。浊度的干扰的评估，一般是由于光泄漏、玻璃样品池等因子引起的，而不是由于样品本身引起的。在低浊度情况下，为了可以获得关于仪器性能的一个准确的了解，应该进行仪器评估。杂散光不应该超过0.020NTU。如果杂散光的量太大，应该对仪器进行清洗或维护，从而减少这种影响。没有杂散光是不可能的，最好的浊度仪的杂散光的评估大概是0.008NTU。

第五章  在线浊度仪的种类

5.1  按照光源种类

这种分类方式主要是依照USEPA180.1和ISO7027的标准设计，以钨灯作为光源的可见光浊度仪， 以LED发光二极管为光源的红外光浊度仪。

根据上述两种标准的论述，可见光浊度仪适合于低浊度水、色度干扰少的测量应用；而红外光浊度仪适合于高浊度、有色度干扰较大的测量应用。

5.2  按照检测方式

按照浊度仪的检测方式， 浊度仪分为探头式浊度仪，和流通池式浊度仪。

探头式浊度仪，由于测量和安装方式的原因，可以直接将测量单元用浸入式安装在水池中，或直接安装在管道中，安装适用范围广，测量直接，但由于光检测器直接测量样水，受样水干扰因素影响大。此类浊度仪适用于无压力取样点的，对测量精度要求不是非常严格的应用。

流通池式探头是将样水从监测点取样后，进入分离安装的浊度仪。 此类浊度仪，由于有取样系统，安装工作量较大，同时样水在取样管中的沉降变化，也有可能影响浊度测量值的真实性。此类浊度仪适合于不易发生沉降的样水，对测量精度要求严格的应用。

5.3  按照检测结构

按照检测结构，浊度仪分为光检测器直接测量，和样水瓶式。

光检测器直接测量浊度仪工作时，浊度体顶部的很强的白炽光向下射入浊度体里面的水样中。样品中的悬浮颗粒向四周发射散射光；浸没在水中的光电池检测90度散射光。因为仪器的散射光检测器都是浸没在水样中，无需样品池；所以，大大减少了来自于样品池中的杂散光。

故，无样水瓶的光检测器直接测量浊度仪精确度高，适用于低浊度，超低浊度水的精确测量。

按照是否有消泡器

在样水进入光学测量单元前，设置样水脱泡器，去处气泡，消除水中气泡对浊度测量的干扰。

水样进入浊度仪主体，并流经脱泡器的垂直压力系统。水流可以让气泡附着压力的作用下系或者上升到水面，进入空气中。经过脱泡器以后，水样再次进入浊度仪主体的检测样品测量池，底部进水，溢流口出水并进行检测。

具有消泡器的浊度仪测量稳定准确，适合在低浊度，超低浊度水的精确测量。

第六章  总结

随着《生活饮用水卫生标准 GB5749-2006》的颁布实施，国家对饮用水水质安全的日益重视，中国各供水企业对水质及水质监测能力建设的要求愈发提高，对于作为饮用水水质安全关键参数的浊度的监测，也越来越得到供水企业的重视。如何在饮用水从“源头到龙头”全流程中如何选择合适种类规格的浊度仪，如何在低量程浊度量级中，通过正确的维护、校正及验证，实现及保证浊度测量的准确性，可比对性及可验证性，是饮用水水质安全至关重要的保障手段。

HARKER  HKD610浊度的优点：

高精度低量程浊度

应用：

自来水管网、自来水厂滤前、滤后、沉淀、出厂等过程的浊度监测。

矿泉水、山泉水等高品质饮用水超低量程浊度监测。

工业水循环冷却、活性炭过滤、膜过滤等过程中的浊度监测。 

仪器特点

1：更高效的双套桶结构除气泡系统

2：基本无衰减的固态半导体连续光源（寿命大于5年）。

3：精度1 NTU 时，优于 1 %，或者±0.005NTU

4：分别率0.0001ntu(可选)

5：产散光小于小于 0.005NTU

6：重复性±1.0%

7: 非接触式光源结构。

8：内桶光陷结构消除杂散光

9: 0.0001-200NTU的量程

原理与标准  

     采用90°散射光原理：白光从传感器光源组件发出，向下进入在线浊度仪内，遇到样品中的悬浮颗粒产生散射光。传感器浸在水样中的高精度PD硅光二极 能够检测到与入射光束呈90°角的散射光。连续流动的水样流经双套桶结构除气泡结构，该系统能脱除样品流中夹带的空气泡，使在线浊度仪不受样品流速及压力变化的影响，从而消除低量程浊度测量中最主要的干扰。

• 检测规范为GB/T 13200-1991水质浊度的测定，HJ/T 98-2003浊度水质自动分析仪技术要求

技术参数