自來(lái)水廠在線濁度儀的工作原理介紹

濁度是衡量自來(lái)水水質(zhì)的核心指標(biāo)之一，直接反映水中懸浮顆粒物（如泥沙、藻類、膠體、微生物等）的含量，其高低與飲用水安全密切相關(guān)——高濁度水不僅影響水的感官性狀，還可能成為細(xì)菌、病毒等病原微生物的載體，增加消毒難度。上海玄天TST-6100A型自來(lái)水廠在線濁度儀作為水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵設(shè)備，能夠24小時(shí)連續(xù)追蹤濁度變化，為凈水工藝調(diào)整（如混凝、沉淀、過(guò)濾）和水質(zhì)安全預(yù)警提供數(shù)據(jù)支撐，其工作原理圍繞 “光與水中懸浮顆粒的相互作用" 展開(kāi)，結(jié)合現(xiàn)代傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)量化。以下是其詳細(xì)介紹：

一、濁度的定義與檢測(cè)單位

濁度指水中懸浮顆粒對(duì)光線產(chǎn)生散射和吸收作用，導(dǎo)致光線透過(guò)水體時(shí)發(fā)生衰減、傳播方向改變的物理特性。目前自來(lái)水廠通用的檢測(cè)單位為 “散射濁度單位（NTU）"，以一定濃度的福爾馬肼標(biāo)準(zhǔn)混懸液作為參照 ——1NTU 對(duì)應(yīng) 1 升水中含有 1 毫克福爾馬肼混懸顆粒產(chǎn)生的濁度。我國(guó)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2022）明確要求，自來(lái)水出廠水濁度不得超過(guò) 1NTU，特殊情況下不得超過(guò) 3NTU，這就對(duì)在線濁度儀的檢測(cè)精度和穩(wěn)定性提出了嚴(yán)苛要求。

二、在線濁度儀核心工作原理

在線濁度儀的本質(zhì)是通過(guò)檢測(cè) “光與水樣的相互作用信號(hào)"，并將其轉(zhuǎn)化為濁度值，主流原理分為三大類，其中散射光法因適配自來(lái)水低濁度檢測(cè)需求，成為自來(lái)水廠的理想方案。

（一）散射光法：低濁度檢測(cè)的主流選擇

散射光法基于 “瑞利散射" 和 “米氏散射" 理論 —— 當(dāng)平行光束穿過(guò)水樣時(shí)，水中懸浮顆粒會(huì)使光線向四周散射，散射光強(qiáng)度與顆粒的濃度、大小、形狀密切相關(guān)，且在低濁度范圍內(nèi)（0-10NTU），散射光強(qiáng)度與濁度值呈良好線性關(guān)系。

自來(lái)水廠所用散射光法濁度儀的結(jié)構(gòu)的核心組成包括：近紅外光源（波長(zhǎng) 860nm 左右，可避免水樣顏色對(duì)檢測(cè)的干擾）、光學(xué)透鏡（將光源轉(zhuǎn)化為平行光束）、檢測(cè)池（水樣流通通道，采用石英玻璃材質(zhì)，減少光吸收）、光電檢測(cè)器（安裝在與入射光呈 90° 的位置，專門捕捉散射光）。

工作時(shí)，光源發(fā)出的平行光束穿透檢測(cè)池內(nèi)的水樣，水中懸浮顆粒產(chǎn)生 90° 散射光，檢測(cè)器將散射光信號(hào)轉(zhuǎn)化為微弱電信號(hào)，經(jīng)放大、濾波、溫度補(bǔ)償后，與儀器內(nèi)置的福爾馬肼標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)比，最終換算出濁度值。該方法的優(yōu)勢(shì)在于靈敏度高，能精準(zhǔn)檢測(cè) 0.01-100NTU 范圍內(nèi)的濁度，匹配自來(lái)水廠濾后水、出廠水的低濁度監(jiān)測(cè)需求。

（二）透射光法：高濁度場(chǎng)景的輔助補(bǔ)充

透射光法的原理是 “光線衰減定律"—— 平行光束穿過(guò)水樣時(shí)，部分光線被懸浮顆粒吸收、散射，剩余光線沿原方向透射，透射光強(qiáng)度與濁度呈負(fù)相關(guān)：濁度越高，透射光強(qiáng)度越弱。

儀器結(jié)構(gòu)與散射光法類似，但檢測(cè)器安裝在入射光的正對(duì)面，用于檢測(cè)透射光強(qiáng)度。工作時(shí)，先以純水（濁度 = 0NTU）作為空白對(duì)照，記錄其透射光強(qiáng)度（I?）；再檢測(cè)水樣的透射光強(qiáng)度（I），通過(guò)公式 “濁度 = K×lg (I?/I)"（K 為校準(zhǔn)系數(shù)）計(jì)算濁度值。該方法適合原水、沉淀池進(jìn)水等高濁度水體（10-1000NTU）檢測(cè)，但低濁度范圍內(nèi)靈敏度不足，常與散射光法配合使用，拓寬檢測(cè)范圍。

（三）散射 - 透射比值法：高精度檢測(cè)方案

為抵消水樣顏色、光源衰減、檢測(cè)池污染等干擾，部分高精度在線濁度儀采用 “散射 - 透射比值法"，即同時(shí)檢測(cè)散射光強(qiáng)度（I_scat）和透射光強(qiáng)度（I_trans），通過(guò)兩者的比值（I_scat/I_trans）計(jì)算濁度值。

該方法的核心優(yōu)勢(shì)是 “抗干擾能力強(qiáng)"—— 水樣顏色變化、光源老化等因素會(huì)同時(shí)影響散射光和透射光強(qiáng)度，但對(duì)兩者比值的影響極小，因此能顯著提升檢測(cè)精度。自來(lái)水廠常將其用于濾后水、出廠水等對(duì)濁度要求高的關(guān)鍵監(jiān)測(cè)點(diǎn)，確保數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。

三、自來(lái)水廠在線濁度儀工作流程

自來(lái)水廠中，在線濁度儀并非孤立工作，而是與采樣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，形成 “采樣 - 檢測(cè) - 分析 - 反饋" 的閉環(huán)流程：

水樣采集與預(yù)處理：通過(guò)專用采樣管從水管（如沉淀池出水渠、濾池出水管道、出廠水總管）引出水樣，經(jīng)過(guò)濾器（去除粒徑＞1mm 的大顆粒，避免損壞檢測(cè)池）、穩(wěn)流裝置（保證水樣流速穩(wěn)定在 10-30mL/min）后，流入檢測(cè)池。

光學(xué)檢測(cè)：檢測(cè)池內(nèi)的水樣穩(wěn)定后，光源發(fā)出平行光束，檢測(cè)器同步捕捉散射光（或透射光、散射 - 透射光）信號(hào)，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。

信號(hào)處理與數(shù)據(jù)換算：主板對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波（去除環(huán)境光干擾）、溫度補(bǔ)償（修正水溫對(duì)光散射的影響），再根據(jù)校準(zhǔn)曲線將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為 NTU 單位的濁度值。

結(jié)果輸出與聯(lián)動(dòng)控制：濁度值實(shí)時(shí)顯示在儀器面板上，并通過(guò) 4-20mA 電流信號(hào)或 RS485 通訊接口，上傳至水廠中央控制系統(tǒng)（SCADA）；當(dāng)濁度值超過(guò)預(yù)設(shè)閾值（如濾后水濁度＞0.5NTU、出廠水濁度＞1NTU）時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警，并聯(lián)動(dòng)調(diào)整凈水工藝（如增加混凝劑投加量、啟動(dòng)濾池反沖洗）。

四、總結(jié)

自來(lái)水廠在線濁度儀以 “光與懸浮顆粒的相互作用" 為核心原理，通過(guò)散射光法、透射光法或比值法實(shí)現(xiàn)濁度的實(shí)時(shí)量化，其工作流程與凈水工藝深度融合，既能及時(shí)發(fā)現(xiàn)水質(zhì)異常，又能為工藝優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。隨著水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，在線濁度儀正朝著 “更高精度、更強(qiáng)抗干擾、更智能（如自動(dòng)清洗、遠(yuǎn)程校準(zhǔn)）" 的方向發(fā)展，成為保障自來(lái)水水質(zhì)安全的重要屏障。