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                              淺談英國Pi水中顆粒物計數儀

                              產品時間:2020-12-10 08:29

                              簡要描述:

                              水處理過程中,除了消毒環節外,實際上是在通過加藥使水中的小顆粒凝結成大顆粒,這些大顆粒便于沉淀和過濾。然后通過后續的沉淀和過濾過程,使水變得潔凈。整個過程中,我們...

                              詳細介紹

                                  水處理過程中,除了消毒環節外,實際上是在通過加藥使水中的小顆粒凝結成大顆粒,這些大顆粒便于沉淀和過濾。然后通過后續的沉淀和過濾過程,使水變得潔凈。整個過程中,我們實際上是在處理顆粒物,如果能監測到各個階段不同粒徑顆粒物的數量,對我們優化處理過程十分重要。顆粒物計數儀就是能夠檢測出被測樣本中各種不同大小的顆粒物的分布情況,也就是說,該儀器能同時檢測出2微米-3微米大小的顆粒有多少,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微米的顆粒各有多少。在使用顆粒物計數儀前,人們只能通過一個具有統計意義的濁度值來檢測處理過程,實踐證明濁度值是一個非常局限和初略的替代值。

                                  顆粒物計數儀使用更精確的激光二極管光源,形成一束非常狹小又非常明亮的激光,其與被檢測的液體流向垂直。入射光束由于被液體中的粒子阻擋而減弱(見圖)。這種瞬時的光強變化引起光電二極管接收電壓信號的變化,該變化與粒子通過光束時的截面積(也就是粒子的大?。┏烧?。每一個粒子通過光束時引起一個電壓脈沖信號,脈沖信號的多少反映了粒子的數量。不同粒徑的顆粒物數目由不同的測量頻道獲得。與濁度儀不同,顆粒物計數儀的測定結果直接反映了顆粒物的物理參數,即顆粒物的濃度(個/毫升)和粒徑分布。
                                  
                              主要應用范圍

                              Ø 水質監測

                                  賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲一直是水處理行業非常重視的問題,由于傳統的氯消毒難以殺死這些對人類健康產生危害的某些病原體,只能考沉淀和過濾手段限制其進入飲用水。目前國際上通用的檢測方法是美國EPA的1623方法,但這種生物檢測法需要建立精密的實驗室、昂貴的實驗設備和藥劑、經驗豐富的實驗專家才能實施,而且需要幾天甚至更長的時間才能檢測出結果。

                              由于這兩類病原體的直徑在215微米之間。在美國,實驗研究表明當水處理過程中能將出水中的大于2微米的顆粒物數量限制在每毫升50粒以內,在這樣的出水中檢測到當以上兩種病原體的概率幾乎為零。

                              欲使處理過的水質達到可直接飲用的標準,對病原體的監測變得尤為重要。在一般情況下,病原體的量是和相關粒徑的出水顆粒物的量相關的。因此,采用顆粒物計數儀定量監控相關粒徑的出水顆粒物的量對于保證出水水質,嚴防惡性事件的發生起著重要的作用。

                              Ø 水廠燒杯實驗

                               為了確定絮凝劑的zui佳投加量,會定期進行燒杯實驗,濁度儀是檢測投加效果的傳統手段。但是濁度并不能真實反映投加效果,因為您真想知道的是投加的絮凝劑產生了多少較大粒徑的礬花。濁度并不能明確告訴您這些,它只用一個初略近似的方法給您一個參考。另外您在實驗時會發現濁度儀的讀數很不穩定,在測同一個樣本時讀數也在跳動,您只能讀個近似值。

                              您想知道的事情,英國Pi生產的顆粒物計數儀可以告訴您。您可以在絮凝劑投加前后兩次測量樣本中8個不同粒徑范圍的顆粒物數量,通過對比,您就知道投加效果如何。

                                 這種方法在歐、美已經廣泛使用,在中國的一些水廠也開始使用。國內已經有北京自來水、廣州自來水、深圳自來水和上海自來水等水司大批量應用并取得了很好的回報。

                              Ø 監測、優化和評估過濾器

                                 通過在線監測濾前和濾后水中不同粒徑顆粒物的濃度,您能及時清楚地知道過濾器對不同粒徑顆粒物的過濾效率、過濾器的穿透時間、初濾水排放時間、反洗效果等?;谶@些信息您可以確定:

                              1.及時報告過濾器的穿透

                              2.準確選擇過濾器的反洗時間優化反洗水的用量

                              3.確定初濾水排放時間

                              4.評估過濾器的效率

                              5.選取過濾器的合理流量

                              如果您可以做好以上幾點,在保證出水水質的同時會給您的公司節省大量的反洗水,并少排初濾水,進而節約大量成本。

                              濁度儀在以上過程中也可以提供些幫助,但由于其檢測值的滯后和粗略,效果比用顆粒物計數儀差很多。

                              Ø 絮凝過程優化

                                 水處理中的絮凝過程是使水中的顆粒物凝結形成較大顆粒物的過程,以便后續的沉淀和過濾處理。如果您能檢測到絮凝過程的不同環節指定的粒徑范圍的顆粒物數量,您就能判斷不同環節的效果。

                              通過在線檢測8個不同粒徑范圍的顆粒物數量,并比較各種不同情況下的絮凝效果,您能做到:

                              1.優化絮凝劑的加入量

                              2.改進絮凝池的設計和操作

                              3.確定絮凝池的zui佳操作條件

                              5、主要技術指標解析和性能描述

                              分辨率(resolution):當顆粒物通過計數儀的檢測孔時,計數儀除了計數外,還要測量顆粒物的粒徑,分辨率就是指測量粒徑的統計精度。分辨率用百分比來表示,比如顆粒物的實際粒徑是5微米,則實際的測出值的大部分應該在5-5r微米到5+5r微米之間,r就是用百分比表示的解析度。顆粒物計數儀的分辨率(解析度)與實測顆粒物的粒徑有關,對同一臺設備來將,一般粒徑越小,分辨率越大。市場上顆粒物計數儀的分辨率一般在5%20%不等,分辨率越小,粒徑的測量越精確,使后續的應用的可信度越高,效果越好。雖然分辨率有其標準定義,但各廠家在標記分辨率時可能選擇不同的顆粒物粒徑。比如,英國Pi的顆粒物計數儀標記其分辨率為2微米時小于9%,而10微米時小于5%,有些廠家只標記10微米時小于10%。在比較分辨率時要比較在同一粒徑時的數值,而不看粒徑只比數值是沒有任何意義的。

                              測流精度(Flow rate):測流精度是指顆粒物計數儀測量其檢測顆粒物時,對水流的流量速率的檢測相對誤差。因為顆粒物計數儀要計算用戶zui關心的單位體積的顆粒物數量,即要用檢測的顆粒物數量除以檢測期間流經計數儀的水的總體積。因而,流量的精度直接關系到zui后檢測結果的精度。市場上常見的顆粒物計數儀的測流精度為2%15%,該值越小,其精度越高。

                              測量范圍:不同的檢測傳感器設計的測量范圍不同,一般從1微米到1毫米。這就象你選擇天平一樣,不同天平的測量范圍不同,選擇時應該考慮你的具體應用。還有一點,一般情況下,隨著測量范圍的加寬,解析度會下降,你知道精密天平的稱量范圍比較窄。凈水處理過程一般不會關心大到幾百微米的顆粒物,因為這類顆粒物不需要絮凝,而且肯定穿不透普通的濾池。實驗研究表明,在水處理過程中,人們zui關心的粒徑范圍在2-25微米之間,大于100微米的顆?;静魂P心。所以一位美國水處理研究專家在2000年出版的一本書里明確指出,超過100微米的量程對水處理意義不大。選擇時并不是測量范圍越大越好。

                              信噪比:信噪比是一個與測量范圍下限相關的參數,實際上是下限測量值的確定性的標志,具體意義是在測量廠商宣稱的測量范圍的下限粒徑的顆粒物時,檢測到的信號幅度與機器本身的噪音信號的特征幅度的比值。這個比值越大,說明能辨認檢測信號的確定性越強,反之就越不確定。一般來講,一個檢測器的噪音信號的幅度是設計水平確定的,檢測的粒徑越大,收到的信號幅度越大,所以對于同一個傳感器,如果生產廠家聲稱其可檢測到的顆粒物越小,其信噪比就越小。所以在測量下限相同的情況下,信噪比越大越好。工業標準要求信噪比應該大于21,當信噪比大于這個值后,信噪比的繼續增加能減少檢測到的顆粒物的數量與實際數量的偏差,但影響不是很大。特別是當信噪比大于31以后,信噪比的增加對檢測偏差的影響已經很小,所以很多廠家的信噪比設計為31。

                              計數效率:計數效率也是zui重要的指標,但是它與分辨率表示同樣的特性。雖然計數效率與分辨率沒有簡單的換算關系,但實際上,分辨率確定了計數效率,反過來亦然。所以大部分廠家只給出其中一個指標。這給比較帶來不便。

                              對小粒徑顆粒,由于監測的離散性,并不是所有的顆粒物都能檢測到.對較大粒徑的顆粒物,檢測到的概率會增大,直到100%。計數儀對某一特定粒徑的計數效率定義為對該粒徑的顆粒物的測到概率,也可以是測到的百分比。

                              計數效率隨粒徑的增大而增大,在某一閾值達100%, 比較時看50%的粒徑點和100%的粒徑點。計數效率基本上可以通過解析度和敏感度確定。

                              *性(Coincidence Loss)指顆粒計數值的相對誤差用百分比表示。同一臺計數儀的*性隨所測樣品中顆粒物濃度的增加而增加,也就是說在顆粒物濃度很低時,所測值與實際值相符的非常好。當顆粒物濃度增高時,所測計數與實際顆粒物數會出現差異,濃度越高,誤差越大。市場上幾乎所有的顆粒物計數儀在顆粒物數量小于6000/毫升時,*性小于5%,只有在測量高顆粒物濃度的水樣時,*性才重要。廠家一般給出在某一濃度出現10%的誤差。這個指標稱為*性。比如:IBR18000/毫升的濃度時,出現10%的誤差。

                              檢測zui大顆粒物濃度:如上所說,當顆粒物濃度增大時,顆粒物計數誤差會增大。當計數誤差大于10%時,業內認為是一個臨界點。也就是說大于10%的誤差是不可接受的。所以各廠家把出現10%誤差的臨界濃度認為是可檢測的zui大顆粒物濃度。這個值與*性指的是同一個意思。

                              Ø 高分辨率

                                Pi顆粒物計數儀是水行業同等設備市場上分辨率zui高的,在對2微米的顆粒,分辨率達到9%,而對10微米的顆粒,分辨率達到5%,遠遠高出招標文件的要求。Pi的競爭對手在這一關鍵指標上的數值是對10微米的顆粒,分辨率為10%。分辨率越小,粒徑的測量越精確,使后續的應用的可信度越高,效果越好。分辨率不高,檢測出的顆粒分布會出現比較大的誤差,使應用效果大減。

                              Ø 高計數效率

                                計數效率的高低,決定顆粒物計數儀的對小粒徑顆粒的檢出率,Pi 顆粒物計數儀也是同類產品中的。對1微米的顆粒,檢出率為50%,對2微米的顆粒,檢出率>99.9%。而一般廠商只有2微米的檢出率為50%± 10%,3微米才檢測100%± 10%。

                              Ø 同時計數和監測流量,流量檢測精度高

                                目前市場上為水處理設計的顆粒物計數儀只有英國Pi一家的產品采用檢測流量的方法。其它各家都采用固定流量的方法。這兩種方法在水流和水壓穩定、檢測孔無堵塞、出水管暢通并且流量調試很精確的條件下,沒有什么差別。但是當出現檢測孔被顆粒物部分堵塞以及其他影響流量的外界環境變化時,固定流量的方法就會出現誤差。誤差的大小依賴于這些因素對流量的影響大小。而Pi產品通過精密泵來調節流速,但同時在檢測水流。當出現以上干擾時,英國Pi的顆粒物計數儀會檢測到水流的變化,并且在計算顆粒物濃度時,采用檢測到的流量值,而不是固定值。在工業現場,以上的因素是經常出現的,這種情況下,英國Pi的顆粒物計數儀能夠更準確地檢測出要檢測的顆粒物濃度。

                              Ø 去泡設計

                                英國Pi的CounterSense/FiterSense/ParticalSense顆粒物計數儀水堰的下端進水口部分的獨特設計具有很好的去氣泡作用,這個機械設計已經申請了。實際檢測證明,這種設計使氣泡的影響降到zui低。

                              6、國內外使用情況

                                顆粒物計數儀已應用于水和廢水處理。特別是顆粒物計數儀可用于優化絮凝劑的加入量,優化絮凝器的設計和操作條件,監測和評估過濾器的過濾效率,優化過濾器的操作和維護(如反洗頻率),定量監測出水顆粒物,為控制有害病原體提供更多的信息等。該產品對于控制生產過程,提高出水質量,降低原材料的消耗都起到了十分重要的作用。

                                美國南內華達州的水處理廠是zui先采用顆粒物計數儀監測水處理過程的水廠。上世紀70年代末,他們在每個過濾器的出水口都安裝了顆粒物計數儀。顆粒物計數儀提供了比濁度儀更可靠的數據,并能反映出微小的變化。該廠根據顆粒物計數儀的測量結果優化絮凝劑用量和過濾過程。令人驚訝的是,絮凝劑用量的微小調整卻帶來巨大的收益:該廠僅用兩年就收回了購買和安裝顆粒物計數儀的所有投資。目前,在美國幾乎所有的油田下注水的質量控制都采用這種儀器,另外,還有500多家水處理廠采用這種儀器。近年來,歐洲,日本,韓國和印度等也開始將顆粒物計數儀應用于水處理中。

                              我國水處理行業使用顆粒物計數儀開始于2002年,首先是北京自來水九廠利用顆粒物計數儀發現水廠運行工藝中的缺陷,修改后產生巨大的經濟效益,在節約成本的基礎上,使出廠水水質提高了不少。接著,在天津、深圳、廣州、沈陽、紹興、上海等地的水質檢測站和比較先進的水廠陸續采用。

                               


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