顆粒物計(jì)數(shù)儀

濁度儀是用來(lái)測(cè)量水的相對(duì)澄清程度，它不直接反映顆粒物的物理參數(shù)。大多數(shù)濁度儀是用鎢燈照射水樣，然后用光電二極管在一定角度上測(cè)定來(lái)自顆粒物“云”的散射，用顆粒物云的亮度作為儀器的電輸出信號(hào)(見(jiàn)圖1-6)。

    顆粒物計(jì)數(shù)儀使用更**的激光二極管光源，形成一束與被檢測(cè)的液體流向垂直的非常狹小而明亮的激光，入射光束由于被液體中的粒子阻擋而減弱(見(jiàn)圖1-7)，這種瞬時(shí)的光強(qiáng)變化引起光電二極管接收電壓信號(hào)的變化，該變化與粒子通過(guò)光束時(shí)的截面積成正比。每一個(gè)粒子通過(guò)光束時(shí)均引起一個(gè)電壓脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)的多少反映了粒子的數(shù)量，不同粒徑的顆粒物數(shù)目由不同的測(cè)量頻道獲得。與濁度儀不同，顆粒計(jì)數(shù)儀的測(cè)定結(jié)果直接反映了顆粒物的物理參數(shù)，即顆粒物的總量(個(gè)/mL)和粒徑分布。顆粒儀的量程為18000個(gè)/mI?粒徑測(cè)量范圍為2～400um，可同時(shí)測(cè)出8個(gè)粒度范圍的粒徑分布。

有研究表明，當(dāng)濁度低于0.1NTU時(shí)，濁度和顆粒數(shù)的相關(guān)性較差，因?yàn)閷?duì)于低濁度水，顆粒儀在靈敏度和檢測(cè)能力方面都明顯優(yōu)于濁度儀。

 目前顆粒計(jì)數(shù)儀已廣泛應(yīng)用于油田廢水處理、膜工藝、航天、**以及醫(yī)藥化工等行業(yè)。在美國(guó)約有500多家水處理廠(chǎng)采用這種儀器，幾乎所有的油田下注水的質(zhì)量控制都采用這種儀器，歐洲、日本、韓國(guó)和印度等也開(kāi)始將顆粒計(jì)數(shù)儀應(yīng)用于水處理中。在我國(guó)北京第九水廠(chǎng)、廣州自來(lái)水公司、深圳自來(lái)水公司以及上海閘北水廠(chǎng)等已有應(yīng)用。   

在飲用水處理領(lǐng)域，顆粒物計(jì)數(shù)法主要應(yīng)用于以下幾方面:

    (1)優(yōu)化絮凝劑的加入量和絮凝反應(yīng)的操作條件

    濁度儀是檢測(cè)混凝劑投加效果的傳統(tǒng)手段，但是濁度并不能真實(shí)反映投加效果，因?yàn)闈岫戎皇潜碚魉w混濁程度的綜合指標(biāo)，濁度的測(cè)量原理決定其本身不能很好地表征顆粒物數(shù)量和動(dòng)力學(xué)特性，特別是不能表征絮凝中顆粒物是否從小變大的過(guò)程，另外濁度測(cè)量的滯后性也使其不能及時(shí)反映絮凝效果。而顆粒計(jì)數(shù)儀可用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)絮凝過(guò)程中顆粒物的動(dòng)力學(xué)變化結(jié)果，為優(yōu)化絮凝過(guò)程的設(shè)計(jì)和操作提供可靠的依據(jù)。在對(duì)絮凝劑加人量進(jìn)行微量調(diào)節(jié)時(shí)，因過(guò)濾器出水中顆粒物濃度較低，而使?jié)岫葍x和混凝燒杯試驗(yàn)法精度不夠，顆粒物計(jì)數(shù)儀則可以準(zhǔn)確測(cè)量此時(shí)的顆粒物濃度和不同粒徑范圍的顆粒物數(shù)量，為優(yōu)化絮凝劑的投加量提供了必不可少的技術(shù)保證。

    加拿大Bearspaw水廠(chǎng)利用顆粒物計(jì)數(shù)儀在水質(zhì)監(jiān)測(cè)方面的高靈敏度，根據(jù)濾后水中顆粒數(shù)的測(cè)量結(jié)果調(diào)整了混凝劑投加量，節(jié)約藥劑成本2.4萬(wàn)美元/月;韓國(guó)Shaewoon水廠(chǎng)采用顆粒物計(jì)數(shù)儀對(duì)絮凝過(guò)程中顆粒物大小的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了監(jiān)控，并用來(lái)指導(dǎo)選擇絮凝器的*佳操作條件;北京第九水廠(chǎng)在斜板沉淀池上下各安裝了兩臺(tái)顆粒物計(jì)數(shù)儀，發(fā)現(xiàn)并解決了沉淀效果不佳的問(wèn)題。

    (2)監(jiān)測(cè)和評(píng)估過(guò)濾系統(tǒng)

    通過(guò)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)濾前和濾后水中不同粒徑顆粒物的濃度，可以確定過(guò)濾裝置對(duì)不同粒徑顆粒物的過(guò)濾效率，從而可以及時(shí)報(bào)告濾池穿透、準(zhǔn)確選擇反沖洗時(shí)間、確定初濾水排放時(shí)間、評(píng)估過(guò)濾效率以及確定合理的濾池運(yùn)行參數(shù)等。

    通常過(guò)濾器穿透剛發(fā)生的時(shí)候，透過(guò)的顆粒物數(shù)量很少，濁度儀讀數(shù)滯后，無(wú)法監(jiān)測(cè)出濃度的變化。但顆粒物計(jì)數(shù)儀的精密度大大超過(guò)濁度儀，其相應(yīng)粒徑的測(cè)量值會(huì)顯著升高，因此可及時(shí)地警告過(guò)濾器穿透現(xiàn)象的發(fā)生。

    傳統(tǒng)的水處理廠(chǎng)一般周期性地對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行反洗，或利用固定的水頭損失來(lái)決定是否對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行反洗。但用時(shí)間作為**的控制因素顯然沒(méi)有考慮過(guò)濾器的實(shí)際負(fù)荷，用水頭損失往往也不能準(zhǔn)確地反映過(guò)濾器的實(shí)際操作狀態(tài)。與濁度儀不同，顆粒物計(jì)數(shù)儀的測(cè)量結(jié)果能實(shí)時(shí)反映過(guò)濾器的運(yùn)行狀態(tài)，可準(zhǔn)確地確定何時(shí)應(yīng)進(jìn)行反洗。

利用顆粒物計(jì)數(shù)儀對(duì)過(guò)濾器實(shí)時(shí)測(cè)定的結(jié)果可評(píng)估過(guò)濾效率，并可及時(shí)發(fā)現(xiàn)由于過(guò)濾器填料的斷裂、填料粒徑選擇不當(dāng)、填料的流失、過(guò)濾器超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)等所造成的過(guò)濾效率的降低。  

 此外，還可以利用顆粒物計(jì)數(shù)儀來(lái)評(píng)價(jià)和比較不同過(guò)濾系統(tǒng)對(duì)不同粒徑范圍顆粒物的去除效率，從而選擇恰當(dāng)?shù)臑V料級(jí)配和濾料材質(zhì)，達(dá)到預(yù)期的過(guò)濾處理目標(biāo)。

    (3)監(jiān)測(cè)濾后水水質(zhì)

    水體中的病原微生物是影響出廠(chǎng)水和管網(wǎng)水水質(zhì)穩(wěn)定的重要因素，欲使處理過(guò)的水質(zhì)達(dá)到可直接飲用的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)病原體的監(jiān)測(cè)變得尤為重要。由于傳統(tǒng)的氯**不能殺滅對(duì)人類(lèi)健康產(chǎn)生危害的某些病原體(如Giardia和Cryptosporidium，見(jiàn)圖1-8 )，另外，常規(guī)的檢測(cè)方法不但耗時(shí)，而且成本很高，給水廠(chǎng)的日?？刂乒芾韼?lái)了較大的難度。因此，采用替代參數(shù)來(lái)間接表征病原微生物的去除顯得尤為必要和現(xiàn)實(shí)。病原體的量是和相關(guān)粒徑的出水顆粒物的量相關(guān)的，因此采用顆粒物計(jì)數(shù)儀定量監(jiān)控相關(guān)粒徑的出水顆粒物的量對(duì)于保證出水水質(zhì)，維持管網(wǎng)水的生物穩(wěn)定性有著重要作用。英國(guó)、美國(guó)和加拿大于20世紀(jì)90年代開(kāi)始這方面研究，日本近年研制了基于顆粒計(jì)數(shù)的高靈敏度、低成本濁度儀，既可以檢測(cè)濾后水的濁度又能利用顆粒數(shù)間接表征因病原體穿透導(dǎo)致的污染。在我國(guó)，陳杰等人利用顆粒物計(jì)數(shù)儀開(kāi)展了預(yù)氧化強(qiáng)化去除濾后水中顆粒物的研究，有效提高了濾后水的微生物**性。

    綜上所述，顆粒物計(jì)數(shù)法可以應(yīng)用于飲用水處理的主要制水環(huán)節(jié)，對(duì)改善出廠(chǎng)水和管網(wǎng)水水質(zhì)，為水廠(chǎng)的工藝操作和日常管理提出了科學(xué)依據(jù)和技術(shù)保障。顆粒物計(jì)數(shù)與濁度儀和誘導(dǎo)激光擊穿檢測(cè)等常規(guī)檢測(cè)技術(shù)的結(jié)合以及在線(xiàn)原水稀釋系統(tǒng)的發(fā)展擴(kuò)大了其檢測(cè)范圍，必將有利于綜合發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，客觀地反映水質(zhì)情況。

世界衛(wèi)生組織曾指出：人的**80%與水有關(guān)。有資料證明，許多病癥與飲水的品質(zhì)有直接關(guān)系。如果人體的水分總保持潔凈，人體的細(xì)胞就有了一個(gè)健康清新的生存環(huán)境，就可以使人體自身的**功能健全，就能抵御各種病菌毒的侵襲，如果經(jīng)常飲用不潔之水，不僅不能促進(jìn)身體的新陳代謝，反而使體內(nèi)毒物積累，久而久之，則**功能下降，危及健康。水與人的健康息息相關(guān)，如何能飲用好水，什么樣的水對(duì)人體*為有利，這是人們*為關(guān)心的課題。 

飲用水專(zhuān)業(yè)界人認(rèn)為，高品質(zhì)且對(duì)人健康有益的飲用水應(yīng)具備以下條件：

        不含對(duì)人體有害的污染物質(zhì)；礦物質(zhì)含量比例適當(dāng)，且呈離子狀態(tài)；pH值屬弱堿性；溶解氧量高；水分子集團(tuán)締合度小，溶解力、滲透力強(qiáng)；具有消除體內(nèi)自由基的作用。

    人體中的自由基是人致病的大敵。自由基是缺電子過(guò)渡性不穩(wěn)定集團(tuán)，由于它的存在，形成惡性循環(huán)的自由基連鎖反應(yīng)，進(jìn)而破壞細(xì)胞膜、蛋白質(zhì)、核酸等，易引發(fā)**。另外，人體血液的PH值約為7.35，只有在弱堿條件下，人體細(xì)胞才能保持活力，新陳代謝才能旺盛。如果能長(zhǎng)期飲用堿性水，則可抵消酸性水和酸性食品的負(fù)面效應(yīng)，促進(jìn)身體健康。