[发明专利]一种确定水中悬浮颗粒物散射特性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及污水分析技术，具体指一种确定水中悬浮颗粒物散射特性的方法，属于污水处理和固体废弃物处理领域。

 

背景技术

近年来，随着我国经济的快速发展，环境污染问题日趋严重，而水污染以其影响范围大、与人类生存生活息息相关，备受人们的关注。经济发展与环境保护之间的矛盾日益突出，以牺牲流域内水体（质）环境为代价发展地方经济的案例时有发生。水是生命之源，水体（质）的优劣与人类健康密切相关，因此水质监测越来越引起人们的关注，目前的水质监测主要是直接光谱法。

然而，水体中不同程度地存在着悬浮物及其他颗粒物或污染源，它们不仅对直接光谱法所测得的光谱产生严重的散射影响，而且还可能对一定波长的光源有吸收作用，这种散射与吸收会对基于直接光谱法进行水体的测量产生严重的干扰，直接影响光谱法的检测结果。因此如何降低或减少水体中悬浮颗粒物的光散射影响是直接光谱法检测水质需要解决的关键技术问题之一。要消除水体中悬浮物及其他颗粒物散射对水质监测的影响，首要的是研究分析水体中悬浮颗粒物的光散射特性。浊度反映水样使光散射和吸收的光学性质，即悬浮物对光线透过产生的阻碍程度。

传统的测量悬浮粒子散射特性的方法主要有：1、连续取样法。连续取样法是针对微小颗粒物的传统检测方法之一，其优点是精度测量高，缺点是由于采样输送管容易沉积污染物且有高能辐射，需要频繁的添加滤纸。2、差分吸收光谱法。差分吸收光谱法主要适合于气体微粒成分，其数学方法较复杂且易受各种因素的影响。

  

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种确定水中悬浮颗粒物散射特性的方法，本方法可准确、简便地计算出悬浮粒子对于特定波长的散射系数及相应的散射角，为水环境处理减少浊度影响提供技术支持。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种确定水中悬浮颗粒物散射特性的方法，按如下步骤进行，

1）首先构建由散射光产生单元、散射光采集单元和散射光分析单元构成的检测装置，在散射光产生单元和散射光采集单元之间设有用于盛放水样的水槽；散射光采集单元包括激光功率计和目视系统；

2）然后向水槽中加入浊度为零的纯净水，散射光产生单元发出特定波长的光从水槽一端平行射入，通过水样后从水槽另一端射出，散射光采集单元中的激光功率计测量得到通过纯净水后出射光的光功率I₀；

3）接着测量浊度非零的浊度水中颗粒物的浓度和颗粒物大小；检测完毕将浊度水加入水槽中，散射光产生单元发出的光从水槽一端平行射入，通过水样后从水槽另一端射出，由激光功率计测量得到通过浊度水后出射光的光功率I₁；同时散射光采集单元中的目视系统采集散射光斑，并测量得到散射光斑的半径x；

4）散射光采集单元的数据送入散射光分析单元，应用Lambert-Beer 定律：                                                及散射角公式，即可计算出该波长的光通过该颗粒物浓度和该颗粒物大小的浊度水的散射系数和散射角，根据散射系数可以计算出射光的散射光强，从而得到该情形下与散射角和散射光强相关的散射特性；

公式中l为激光功率计探头和光信号输入端之间的距离，即水槽的长度；表示散射光斑的半径，和分别表示散射光的散射系数及散射角；

5）保持散射光产生单元出射光波长和浊度水中颗粒物大小不变，仅仅改变颗粒物的浓度，重复步骤2）-4），得到该波长的光通过该颗粒物大小确定但浓度不同的浊度水的散射系数和散射角，从而得到随浓度改变的散射特性；

6）改变散射光产生单元出射光波长，重复步骤2）-5），得到不同波长的光通过该颗粒物大小确定但浓度不同的浊度水的散射系数和散射角，从而得到随波长改变的散射特性；

7）改变颗粒物大小，重复步骤2）-6），得到不同颗粒物大小下对应的散射系数和散射角，从而得到随颗粒物大小改变的散射特性；

8）改变浊度水中颗粒物的种类，将颗粒物分为有机物、吸收类和非吸收类三种类型，重复步骤2）-7），得到不同颗粒物种类下对应的散射系数和散射角，从而得到随颗粒物种类改变的散射特性。

进一步地，可将未知水样放入水槽，进行步骤2）-4）的操作，得到未知水样的散射特性；将未知水样的散射特性与步骤8）得到的随颗粒物种类改变的散射特性进行匹配，由此确定未知水样中悬浮颗粒物的种类、大小和浓度。