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浅谈英国Pi水中颗粒物计数仪

产品时间:2020-12-10 08:29

简要描述:

水处理过程中,除了消毒环节外,实际上是在通过加药使水中的小颗粒凝结成大颗粒,这些大颗粒便于沉淀和过滤。然后通过后续的沉淀和过滤过程,使水变得洁净。整个过程中,我们...

详细介绍

    水处理过程中,除了消毒环节外,实际上是在通过加药使水中的小颗粒凝结成大颗粒,这些大颗粒便于沉淀和过滤。然后通过后续的沉淀和过滤过程,使水变得洁净。整个过程中,我们实际上是在处理颗粒物,如果能监测到各个阶段不同粒径颗粒物的数量,对我们优化处理过程十分重要。颗粒物计数仪就是能够检测出被测样本中各种不同大小的颗粒物的分布情况,也就是说,该仪器能同时检测出2微米-3微米大小的颗粒有多少,3-5微米、5-7微米、7-10微米、10-15微米、15-20微米、20-25微米、25-50微米的颗粒各有多少。在使用颗粒物计数仪前,人们只能通过一个具有统计意义的浊度值来检测处理过程,实践证明浊度值是一个非常局限和初略的替代值。

    颗粒物计数仪使用更精确的激光二极管光源,形成一束非常狭小又非常明亮的激光,其与被检测的液体流向垂直。入射光束由于被液体中的粒子阻挡而减弱(见图)。这种瞬时的光强变化引起光电二极管接收电压信号的变化,该变化与粒子通过光束时的截面积(也就是粒子的大小)成正比。每一个粒子通过光束时引起一个电压脉冲信号,脉冲信号的多少反映了粒子的数量。不同粒径的颗粒物数目由不同的测量频道获得。与浊度仪不同,颗粒物计数仪的测定结果直接反映了颗粒物的物理参数,即颗粒物的浓度(个/毫升)和粒径分布。
    
主要应用范围

Ø 水质监测

    贾第鞭毛虫和隐孢子虫一直是水处理行业非常重视的问题,由于传统的氯消毒难以杀死这些对人类健康产生危害的某些病原体,只能考沉淀和过滤手段限制其进入饮用水。目前国际上通用的检测方法是美国EPA的1623方法,但这种生物检测法需要建立精密的实验室、昂贵的实验设备和药剂、经验丰富的实验专家才能实施,而且需要几天甚至更长的时间才能检测出结果。

由于这两类病原体的直径在215微米之间。在美国,实验研究表明当水处理过程中能将出水中的大于2微米的颗粒物数量限制在每毫升50粒以内,在这样的出水中检测到当以上两种病原体的概率几乎为零。

欲使处理过的水质达到可直接饮用的标准,对病原体的监测变得尤为重要。在一般情况下,病原体的量是和相关粒径的出水颗粒物的量相关的。因此,采用颗粒物计数仪定量监控相关粒径的出水颗粒物的量对于保证出水水质,严防恶性事件的发生起着重要的作用。

Ø 水厂烧杯实验

 为了确定絮凝剂的zui佳投加量,会定期进行烧杯实验,浊度仪是检测投加效果的传统手段。但是浊度并不能真实反映投加效果,因为您真想知道的是投加的絮凝剂产生了多少较大粒径的矾花。浊度并不能明确告诉您这些,它只用一个初略近似的方法给您一个参考。另外您在实验时会发现浊度仪的读数很不稳定,在测同一个样本时读数也在跳动,您只能读个近似值。

您想知道的事情,英国Pi生产的颗粒物计数仪可以告诉您。您可以在絮凝剂投加前后两次测量样本中8个不同粒径范围的颗粒物数量,通过对比,您就知道投加效果如何。

   这种方法在欧、美已经广泛使用,在中国的一些水厂也开始使用。国内已经有北京自来水、广州自来水、深圳自来水和上海自来水等水司大批量应用并取得了很好的回报。

Ø 监测、优化和评估过滤器

   通过在线监测滤前和滤后水中不同粒径颗粒物的浓度,您能及时清楚地知道过滤器对不同粒径颗粒物的过滤效率、过滤器的穿透时间、初滤水排放时间、反洗效果等。基于这些信息您可以确定:

1.及时报告过滤器的穿透

2.准确选择过滤器的反洗时间优化反洗水的用量

3.确定初滤水排放时间

4.评估过滤器的效率

5.选取过滤器的合理流量

如果您可以做好以上几点,在保证出水水质的同时会给您的公司节省大量的反洗水,并少排初滤水,进而节约大量成本。

浊度仪在以上过程中也可以提供些帮助,但由于其检测值的滞后和粗略,效果比用颗粒物计数仪差很多。

Ø 絮凝过程优化

   水处理中的絮凝过程是使水中的颗粒物凝结形成较大颗粒物的过程,以便后续的沉淀和过滤处理。如果您能检测到絮凝过程的不同环节指定的粒径范围的颗粒物数量,您就能判断不同环节的效果。

通过在线检测8个不同粒径范围的颗粒物数量,并比较各种不同情况下的絮凝效果,您能做到:

1.优化絮凝剂的加入量

2.改进絮凝池的设计和操作

3.确定絮凝池的zui佳操作条件

5、主要技术指标解析和性能描述

分辨率(resolution):当颗粒物通过计数仪的检测孔时,计数仪除了计数外,还要测量颗粒物的粒径,分辨率就是指测量粒径的统计精度。分辨率用百分比来表示,比如颗粒物的实际粒径是5微米,则实际的测出值的大部分应该在5-5r微米到5+5r微米之间,r就是用百分比表示的解析度。颗粒物计数仪的分辨率(解析度)与实测颗粒物的粒径有关,对同一台设备来将,一般粒径越小,分辨率越大。市场上颗粒物计数仪的分辨率一般在5%20%不等,分辨率越小,粒径的测量越精确,使后续的应用的可信度越高,效果越好。虽然分辨率有其标准定义,但各厂家在标记分辨率时可能选择不同的颗粒物粒径。比如,英国Pi的颗粒物计数仪标记其分辨率为2微米时小于9%,而10微米时小于5%,有些厂家只标记10微米时小于10%。在比较分辨率时要比较在同一粒径时的数值,而不看粒径只比数值是没有任何意义的。

测流精度(Flow rate):测流精度是指颗粒物计数仪测量其检测颗粒物时,对水流的流量速率的检测相对误差。因为颗粒物计数仪要计算用户zui关心的单位体积的颗粒物数量,即要用检测的颗粒物数量除以检测期间流经计数仪的水的总体积。因而,流量的精度直接关系到zui后检测结果的精度。市场上常见的颗粒物计数仪的测流精度为2%15%,该值越小,其精度越高。

测量范围:不同的检测传感器设计的测量范围不同,一般从1微米到1毫米。这就象你选择天平一样,不同天平的测量范围不同,选择时应该考虑你的具体应用。还有一点,一般情况下,随着测量范围的加宽,解析度会下降,你知道精密天平的称量范围比较窄。净水处理过程一般不会关心大到几百微米的颗粒物,因为这类颗粒物不需要絮凝,而且肯定穿不透普通的滤池。实验研究表明,在水处理过程中,人们zui关心的粒径范围在2-25微米之间,大于100微米的颗粒基本不关心。所以一位美国水处理研究专家在2000年出版的一本书里明确指出,超过100微米的量程对水处理意义不大。选择时并不是测量范围越大越好。

信噪比:信噪比是一个与测量范围下限相关的参数,实际上是下限测量值的确定性的标志,具体意义是在测量厂商宣称的测量范围的下限粒径的颗粒物时,检测到的信号幅度与机器本身的噪音信号的特征幅度的比值。这个比值越大,说明能辨认检测信号的确定性越强,反之就越不确定。一般来讲,一个检测器的噪音信号的幅度是设计水平确定的,检测的粒径越大,收到的信号幅度越大,所以对于同一个传感器,如果生产厂家声称其可检测到的颗粒物越小,其信噪比就越小。所以在测量下限相同的情况下,信噪比越大越好。工业标准要求信噪比应该大于21,当信噪比大于这个值后,信噪比的继续增加能减少检测到的颗粒物的数量与实际数量的偏差,但影响不是很大。特别是当信噪比大于31以后,信噪比的增加对检测偏差的影响已经很小,所以很多厂家的信噪比设计为31

计数效率:计数效率也是zui重要的指标,但是它与分辨率表示同样的特性。虽然计数效率与分辨率没有简单的换算关系,但实际上,分辨率确定了计数效率,反过来亦然。所以大部分厂家只给出其中一个指标。这给比较带来不便。

对小粒径颗粒,由于监测的离散性,并不是所有的颗粒物都能检测到.对较大粒径的颗粒物,检测到的概率会增大,直到100%。计数仪对某一特定粒径的计数效率定义为对该粒径的颗粒物的测到概率,也可以是测到的百分比。

计数效率随粒径的增大而增大,在某一阈值达100%, 比较时看50%的粒径点和100%的粒径点。计数效率基本上可以通过解析度和敏感度确定。

*性(Coincidence Loss)指颗粒计数值的相对误差用百分比表示。同一台计数仪的*性随所测样品中颗粒物浓度的增加而增加,也就是说在颗粒物浓度很低时,所测值与实际值相符的非常好。当颗粒物浓度增高时,所测计数与实际颗粒物数会出现差异,浓度越高,误差越大。市场上几乎所有的颗粒物计数仪在颗粒物数量小于6000/毫升时,*性小于5%,只有在测量高颗粒物浓度的水样时,*性才重要。厂家一般给出在某一浓度出现10%的误差。这个指标称为*性。比如:IBR18000/毫升的浓度时,出现10%的误差。

检测zui大颗粒物浓度:如上所说,当颗粒物浓度增大时,颗粒物计数误差会增大。当计数误差大于10%时,业内认为是一个临界点。也就是说大于10%的误差是不可接受的。所以各厂家把出现10%误差的临界浓度认为是可检测的zui大颗粒物浓度。这个值与*性指的是同一个意思。

Ø 高分辨率

  Pi颗粒物计数仪是水行业同等设备市场上分辨率zui高的,在对2微米的颗粒,分辨率达到9%,而对10微米的颗粒,分辨率达到5%,远远高出招标文件的要求。Pi的竞争对手在这一关键指标上的数值是对10微米的颗粒,分辨率为10%。分辨率越小,粒径的测量越精确,使后续的应用的可信度越高,效果越好。分辨率不高,检测出的颗粒分布会出现比较大的误差,使应用效果大减。

Ø 高计数效率

  计数效率的高低,决定颗粒物计数仪的对小粒径颗粒的检出率,Pi 颗粒物计数仪也是同类产品中的。对1微米的颗粒,检出率为50%,对2微米的颗粒,检出率>99.9%。而一般厂商只有2微米的检出率为50%± 10%3微米才检测100%± 10%

Ø 同时计数和监测流量,流量检测精度高

  目前市场上为水处理设计的颗粒物计数仪只有英国Pi一家的产品采用检测流量的方法。其它各家都采用固定流量的方法。这两种方法在水流和水压稳定、检测孔无堵塞、出水管畅通并且流量调试很精确的条件下,没有什么差别。但是当出现检测孔被颗粒物部分堵塞以及其他影响流量的外界环境变化时,固定流量的方法就会出现误差。误差的大小依赖于这些因素对流量的影响大小。而Pi产品通过精密泵来调节流速,但同时在检测水流。当出现以上干扰时,英国Pi的颗粒物计数仪会检测到水流的变化,并且在计算颗粒物浓度时,采用检测到的流量值,而不是固定值。在工业现场,以上的因素是经常出现的,这种情况下,英国Pi的颗粒物计数仪能够更准确地检测出要检测的颗粒物浓度。

Ø 去泡设计

  英国Pi的CounterSense/FiterSense/ParticalSense颗粒物计数仪水堰的下端进水口部分的独特设计具有很好的去气泡作用,这个机械设计已经申请了。实际检测证明,这种设计使气泡的影响降到zui低。

6、国内外使用情况

  颗粒物计数仪已应用于水和废水处理。特别是颗粒物计数仪可用于优化絮凝剂的加入量,优化絮凝器的设计和操作条件,监测和评估过滤器的过滤效率,优化过滤器的操作和维护(如反洗频率),定量监测出水颗粒物,为控制有害病原体提供更多的信息等。该产品对于控制生产过程,提高出水质量,降低原材料的消耗都起到了十分重要的作用。

  美国南内华达州的水处理厂是zui先采用颗粒物计数仪监测水处理过程的水厂。上世纪70年代末,他们在每个过滤器的出水口都安装了颗粒物计数仪。颗粒物计数仪提供了比浊度仪更可靠的数据,并能反映出微小的变化。该厂根据颗粒物计数仪的测量结果优化絮凝剂用量和过滤过程。令人惊讶的是,絮凝剂用量的微小调整却带来巨大的收益:该厂仅用两年就收回了购买和安装颗粒物计数仪的所有投资。目前,在美国几乎所有的油田下注水的质量控制都采用这种仪器,另外,还有500多家水处理厂采用这种仪器。近年来,欧洲,日本,韩国和印度等也开始将颗粒物计数仪应用于水处理中。

我国水处理行业使用颗粒物计数仪开始于2002年,首先是北京自来水九厂利用颗粒物计数仪发现水厂运行工艺中的缺陷,修改后产生巨大的经济效益,在节约成本的基础上,使出厂水水质提高了不少。接着,在天津、深圳、广州、沈阳、绍兴、上海等地的水质检测站和比较先进的水厂陆续采用。

 


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