浅谈在线颗粒检测技术

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摘要:本文介绍了在饮用水领域中常用的在线颗粒检测技术，简述了我国饮用水水质标准发展、水中颗粒物的污染及危害、水中颗粒物检测方法的研究及现有颗粒检测技术的特点。为今后研究先进的在线颗粒检测技术提供了参考。

关键词 饮用水；浊度；颗粒物；颗粒检测技术

中图分类号： R944 文献标识码： A 文章编号：

1 我国饮用水水质标准发展

随着社会经济的发展和对饮用水水质要求的不断提高，饮用水水质标准日趋严格，并逐步发展与完善。2006年颁布实施的 《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）水质指标由《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-85）的35项增加至106项。

浊度是经典而又传统的水质替代参数[1]，用浊度作为水中颗粒物质的替代参数，能够概括地表示出颗粒物质的总体去除情况。《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）对浊度的限值有了更严格的要求，要求浊度

2 水中的颗粒物

在水环境学科中，一般将水中尺寸大于1nm的杂质称为颗粒物，可分为无机颗粒物、有机颗粒物和生物颗粒物 [2] 。

2.1 水中颗粒物的污染及危害

颗粒物在水中含量很高，是水中主要污染物之一，具有很大的表面积，能吸附许多有毒有害有机污染物以及致病菌和病毒，对水中各种物质的存在形态及其迁移和转化都产生重要影响。颗粒物能增加水的浊度，有机颗粒使水产生色度和臭味，直接影响水体的感观质量和生物稳定性。同时由于颗粒物质是各种污染物的载体，往往聚集了相当量的污染物，大大降低了饮用水的安全、卫生程度。水中生物颗粒对人类的生命健康有重要影响，例如各种致病细菌及致病原生动物。颗粒物还会影响对微生物的灭活效果，微生物隐藏在颗粒物的孔隙中致使紫外线照射不到 [3]。颗粒物也会影响水处理工艺效果，有机颗粒对活性碳和铝盐具有很强的吸附性，从而影响水处理工艺中的混凝沉淀效果。天然有机颗粒在加氯消毒的过程中还可与消毒剂作用形成多种致癌消毒副产物，对人体健康存在很大危害。水中没有被完全去除的有机颗粒进入管网后，会被管壁上附着的微生物利用，从而腐蚀管壁，铁和重金属离子溶入水中还会造成二次污染。出水中的颗粒很容易吸附细菌，一旦颗粒物穿透滤床进入管网，出水水质将存在很大的微生物学风险[4]。

水中颗粒物质的去除对人类的生命健康有着极其重要的意义。大量研究表明，颗粒物质去除率越高，水体的安全性越高，致病风险越低。水质处理的多数单元操作都是以去除颗粒物作为主要目标[5]。经过净水设施后，安全、高品质的出水不应含有威胁人类健康的颗粒物，至少将其致病风险控制在可接受的水平。因此，水中颗粒物质的检测已成为饮用水处理中的重要问题。

2.2检测水中颗粒物的重要性

随着水质指标新标准的执行以及新技术的不断发展，很多城市供水企业将出厂水浊度控制在0.1NTU以下，以保证饮用水的微生物学安全性。同时随着膜技术的逐渐成熟，出厂水浊度很有可能低于0.05NTU，对于这些超低浊度的水质，浊度作为检测水中颗粒的重要指标越来越受到挑战。因为在超低浊度（浊度

2.3 水中颗粒物检测方法的研究

目前水处理中主要应用光电式常规浊度仪，随着先进检测技术的开发，新型的颗粒检测技术如颗粒计数法、透光脉动颗粒检测法、激光浊度仪等在水处理领域的科研和生产工艺中逐步得到一些应用。激光浊度仪的光源是激光二极管，使更小的颗粒能产生更高的散射强度。即使在浊度非常低的情况下，也可以产生极强的信号，与常规浊度仪相比，灵敏度提高了两个数量级。颗粒计数检测技术可用来定量地检测水中颗粒物的数量、粒径及分布的情况，而提供有价值的数值。颗粒计数器在饮用水处理领域已有非常广泛的应用。透光脉动颗粒检测技术是采用动态光阻塞技术，在这之前只有使用昂贵的颗粒计数器才能达到相同的水平。透光脉动颗粒检测技术提供了一个更加简单的测量过程，减少了费用而没有牺牲灵敏度，可用来定性地检测水中颗粒物的数量、粒径及分布的情况，其反映颗粒综合数量及粒径的相对大小及变化程度，是一种很有使用价值的检测和控制技术及方法。

3 现有颗粒检测技术的特点及问题

浊度作为反映水质优劣的重要指标，能够概括地表示出颗粒物质的总体去除情况。但是浊度只是利用了水中颗粒物的光学效应，是水中悬浮物质与胶体光学性质的综合反映，表示的是杂质在光线透过时所发生的阻碍程度，并不直接表示杂质的含量。浊度能够表示水的相对澄清程度，并不能直接反映水中颗粒物的物理参数。

在现阶段水处理工艺中主要采用常规在线式浊度仪，随着研究的不断深入和先进检测技术的开发，发现浊度仪存在不可避免的缺陷，一是浊度值与水中悬浮微粒的浓度、大小、形状、颜色和表面特性等因素有关；二是检测数据受到浊度仪的具体设计参数的影响。在实际应用过程中浊度仪受多种因素影响，真正有效的检测值下限多在0.05-0.1NTU。常规过滤出水经常可达到0.1NTU，超滤出水的实际浊度都低于0.1NTU，已经达到或接近了常规浊度仪的实际有效测定下限。如果仍然采用常规浊度仪作为超滤出水的主要监测和控制手段，显然不能准确和及时地反映水质变化情况。在这个超低浊度范围内，需要更精确、更灵敏、更可靠的检测颗粒方法和仪器来补充和完善浊度检测方面的指标。

由于浊度仪难以满足越来越趋严格化的水质标准，颗粒检测方法如激光浊度仪、颗粒计数仪和透光脉动检测技术得到了越来越多的重视与应用。激光浊度仪与常规浊度仪相比，灵敏度提高了两个数量级，能够检测到低至0.05mNTU 的浊度的变化。在线激光浊度仪检测浊度范围可达0.000-5.000 NTU，大幅度拓宽了浊度的下限检测范围，可以有效监测滤后水和膜后水的水质变化。激光浊度仪适用于监测低浊水的水质情况，在超低浊度范围内具有更明显的优势。颗粒计数仪可以直接反映水中颗粒物的物理参数，即颗粒物的总量及粒径分布，能够为优化和控制水处理过程提供必不可少的数据。颗粒计数检测技术可作为一种检测水中颗粒物的有效手段，是比常规浊度检测法更灵敏、更精确的水中颗粒物检测方法。但是颗粒计数仪结构复杂，价格相对昂贵。透光脉动颗粒检测技术可以检测的颗粒粒径范围在1-1000m[7]，从单个颗粒的检测直至非常高的颗粒浓度都可以应用。该仪器的结构比较简单，成本远低于颗粒计数仪器，适用范围更加广泛，因此有很好的实际应用价值。

研究和采用新型颗粒物检测技术监测水中的颗粒物含量及变化情况，可以弥补常规浊度检测技术在超低浊度范围的不足，浊度仪对于粒径小于1µm 的胶体颗粒比较灵敏，对粒径大于1µm的颗粒检测精度就会大幅度下降，因此采用浊度对沉后水和滤后水进行检测不够可靠。透光脉动颗粒检测仪对于粒径大于1µm 的悬浮颗粒比较灵敏[8]，激光浊度仪在超低浊度范围内具有更明显的优势，可以检测到低至0.05mNTU 的浊度范围，可以有效监测滤后水和膜后水的水质变化。颗粒计数仪可以直接反映水中颗粒物的总量及粒径分布，能够为优化和控制水处理过程提供必不可少的数据。将新型颗粒检测技术与浊度检测结合使用，能在不同颗粒粒径范围内的检测实现优势互补，使得在整个粒径范围内都有了灵敏有效的水质检测方法。

参考文献

1 徐勇鹏，刘广奇，王在刚．颗粒数作为水质替代参数的研究[J]．哈尔滨商业大学学报，2006，22（2）：17-21

2 杨艳玲，李星，李圭白．水中颗粒物的检测及应用[M]．化学工业出版社，2007，1-197

3 孙文俊，刘文君．颗粒物对紫外线灭活二级出水中粪大肠菌的影响[J]．环境科学，2009，30（4）：1095-1098

4 郑丹，刘文君．水中悬浮颗粒物对HPC测定值的影响[J]．供水技术，2007，1（5）：37-43

5 汤鸿霄．环境水质学的进展一颗粒物与表面络合(上) [J]．环境污染治理技术与设备．1993，1(1)：25-41

6 朱杰，陈洪斌，孙博雅．颗粒物计数法用于给水处理的评述[J] ．净水技术．2009，28（1）：1-6

7 张磊．水中颗粒物的检测技术研究[M]．北京：北京工业大学，2009，3-13

8 吴星五，唐秀华，朱爱莲．散射式浊度仪的改进和应用[J]．工业用水与废水．2001，4（32）：8-10