CN107621458A - 一种紫外透光率的原位在线监测方法 - Google Patents
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Abstract
一种紫外透光率的原位在线监测方法，涉及紫外透光率在线监测方法，包括如下步骤：一：安装紫外光强计，使紫外光强计的信号接收窗口正对着紫外反应器内的某一根紫外灯管；二：测量紫外光强计的信号接收窗口与正对着的紫外灯管的紫外套管表面间的距离d值；三：使用UVT>=95%、浊度<=3NTU的清水通过紫外反应器，记录紫外光强计的读数I0；四：将待测水通过紫外反应器，记录紫外光强计的读数I；五：根据 计算出UVT。本发明具有操作简单、方便，易于实现，检测精度高，检测速度快、耗时短等优点。
Description
技术领域
本发明涉及紫外透光率在线监测方法，详细讲是一种操作简单、方便，易于实现，检测精度高，检测速度快、耗时短；能够真实反映水质对紫外光的实际吸收量，实现对使用多波段紫外光的紫外反应器进行实时的原位在线检测的紫外透光率的原位在线监测方法。
背景技术
我们知道，紫外反应器被广泛应用于饮用水消毒、微污染水的光化学催化处理以及压载水处理等领域中。紫外光强度直接决定了处理效果，而不同水质由于对紫外光的吸收程度不同，如果未及时准确地监测这种吸收特性，很容易造成水处理的效果不佳，给下游使用或深度处理带来严重后果。水质对紫外光的吸收特性即紫外透光率（UVT）可用公式（1）来表示：
（1）
其中，I0表示入射紫外光光强、单位是mw//cm2(毫瓦/平方厘米)；
I表示紫外光经过1cm厚的水层时，被吸收后的紫外光强、单位是mw/cm2。
可见，UVT可通过透过与入射紫外光光强的比值测量，但前提是光程为1cm。目前，该测量方法主要应用在实验室测量上，且仅适用于254nm波长的单波段紫外光，也是国际上较为普遍使用的检测方法。由于不同波段的紫外光被同一水质吸收的程度不同，同一水质对不同波长紫外光的透过率如图1所示，对于使用多波段紫外光的紫外反应器来说，该测量方法不能真实反映水质对紫外光的实际吸收量，更不能实现原位在线实时检测。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种操作简单、方便，易于实现，检测精度高，检测速度快、耗时短；能够真实反映水质对紫外光的实际吸收量，实现对使用多波段紫外光的紫外反应器进行实时的原位在线检测的紫外透光率的原位在线监测方法。本发明解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：
本发明解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：
一种紫外透光率的原位在线监测方法，其特征在于包括如下步骤：
第一步：安装紫外光强计，使紫外光强计的信号接收窗口正对着紫外反应器内的某一根紫外灯管；
第二步：测量紫外光强计的信号接收窗口与正对着的紫外灯管的紫外套管表面间的距离d值；
第三步：使用UVT>=95%、浊度<=3NTU的清水通过紫外反应器，记录紫外光强计的读数，该读数为I0；
第四步：将待测水通过紫外反应器，记录紫外光强计的读数，该读数为I；
第五步：将测得的d值、I0值和I值代入公式： 中，计算出相应的UVT。
本发明中第一步所述的紫外光强计的信号接收窗口与紫外反应器内的某一根灯管轴向呈90度夹角。
本发明中第一步所述的紫外光强计安装在其信号接收窗口与正对着的紫外灯管的紫外套管表面间的距离d=0.1-10cm之间处；优选2-4cm,安装方便快捷，测量误差小，精度高。
本发明第三步中，记录至少两组紫外光强计的读数，求取读数的平均值为I0。测量更精准、误差小。
本发明第四步中，将待测水通过紫外反应器，间隔5-10秒记录一组紫外光强计的读数，记录至少两组紫外光强计的读数，求取读数的平均值为I。测量更精准、误差小。
本发明中将第五步计算得出的UVT值乘以105%，得到实验室UVT值。实验室UVT值与实验室测量UVT值基本一致。
本发明操作简单、方便，易于实现，检测精度高，检测速度快、耗时短；能够真实反映水质对紫外光的实际吸收量，实现对使用多波段紫外光的紫外反应器进行实时的原位在线检测。
附图说明
图1是同一水质对不同波长紫外光的透过率示意图。
图2是使用紫外分光光度计测量的UVT（按照国际通用方法测量的UVT:使用254nm单波长UV在光程为1cm时的透光率）与使用本发明测量的UVT曲线对比示意图。
图3是使用本发明测量的UVT，在d值不变的情况下，UVT与ln(I/I0)的测量曲线图。
具体实施方式
一种紫外透光率的原位在线监测方法，其特征在于包括如下步骤：
第一步：安装紫外光强计，使紫外光强计的信号接收窗口正对着紫外反应器内的某一根紫外灯管；紫外光强计的信号接收窗口的中轴线与其正对着的紫外灯管轴线呈90度夹角；紫外光强计安装在其信号接收窗口与正对着的紫外灯管的紫外套管表面间的距离d=0.1-10cm之间处；优选2-4cm,安装方便快捷，测量误差小，精度高。
第二步：测量紫外光强计的信号接收窗口与正对着的紫外灯管的紫外套管表面间的距离d值；
第三步：使用UVT>=95%、浊度<=3NTU的清水通过紫外反应器，记录紫外光强计的读数，该读数为I0；UVT为光通过1cm深度的介质的透过率。
第四步：将待测水通过紫外反应器，记录紫外光强计的读数，该读数为I；
第五步：将测得的d值、I0值和I值代入公式： 中，计算出相应的UVT。
本发明进一步改进，第三步中，记录至少两组紫外光强计的读数，间隔5-10秒记录一组紫外光强计的读数，求取取记录的至少两组紫外光强计读数的平均值为I0；
第四步中，将待测水通过紫外反应器，记录至少两组紫外光强计的读数,间隔5-10秒记录一组紫外光强计的读数，求取记录的至少两组紫外光强计读数的平均值为I；测量更精准、误差小。
本发明中将第五步计算得出的UVT值乘以105%，得到实验室UVT值。实验室UVT值与实验室测量UVT值基本一致。
本发明操作简单、方便，易于实现，检测精度高，检测速度快、耗时短；能够真实反映水质对紫外光的实际吸收量，实现对使用多波段紫外光的紫外反应器进行实时的原位在线检测。
本发明的理论依据如下：
根据朗伯比尔定律：
（2）
其中，表示光穿过某种介质后的光通量即紫外光强I；
表示光在穿过某种介质前的光通量即紫外光强I0；
表示光学深度。
若对于介质中有N种紫外光吸收物质，
则 （3）
其中，表示某吸收物质对紫外光的吸收系数；
表示某种吸收物质在z深度上的数量浓度；
d表示紫外光穿透介质的总光程。
由公式（3）可见，对于介质中含有均匀分布的吸收物质来说，其在z深度上的数量浓度是相同的，即：
（4）
结合公式（2），
则 （5）
其中，可以用总吸收系数a代替，表示介质中所有吸收物质对紫外光的吸收特性，则 （6）
结合公式（2）可知，
（7）
则 （8）
因实际UVT的国际定义标准为光通过1cm深度的介质的透过率，
结合公式（1）可知， （9）
结合公式（8）可知， （10）
本发明中所述的紫外反应器内设有多根紫外灯管，每根紫外灯管外套设有紫外套管。
为了确定本发明测量的UVT与按照国际通用方法测量的UVT（使用254nm单波长UV在光程为1cm时的透光率）之间的契合度，选取8种待测水分别使用紫外分光光度计测量UVT（即按照国际通用方法测量UVT）和使用本发明测量UVT，将测量结果绘制成图，该曲线图如图2所示，横坐标是测试序数，纵坐标表示紫外光的透光率（UVT）值；其中曲线1为使用紫外分光光度计测量的UVT的分布曲线，其中正方形代表UVT的具体数值，标准方差R²=0.9055；曲线2为使用本发明测量的UVT的分布曲线，其中两个对角上下分布的菱形代表UVT的具体数值，标准方差R²=0.9581。试验结果表明，两种方法测量的UVT线性契合度较好，且UVT越高，契合度越好。但两者也存在最多约5%的差异，产生差异的原因主要是：1）实验室UVT的测量使用的是254nm单波长，而本发明使用的是在线光强计，发射和接收的波长范围在220-280nm之间，属于多波段。经过实验证明，单波段和多波段的光在经过同一种介质时，每个波长被吸收的程度不同，由此反应的两种UVT值会有差别。鉴于UVT的国际测量标准是254nm下UV经过1cm介质光程被吸收前后的百分比，因此，后者反映的才是水质的真实UVT 。
测量紫外光强计的信号接收窗口与正对着的紫外灯管的紫外套管表面间的距离d值；根据UVT公式可知，在紫外光强计的信号接收窗口至与其正对着的紫外灯管的紫外套管表面间的距离d值不变的情况下，UVT的大小仅与ln(I/I0)呈现指数增长关系。选取8种待测水使用本发明测量UVT，并绘制测量曲线如图3所示，图3中横坐标x为[ln(I/I0)]/d的值，纵坐标y为紫外光的透光率（UVT）值；图3中两个对角上下分布的菱形代表UVT的具体数值，y=e1.0022x，R²=0.999。该测试数据充分说明了理论公式可应用于实际测试中。
为了检测在紫外光强计的信号接收窗口至与其正对着的紫外灯管的紫外套管表面间的距离d值对在线测量UVT值的影响，选取同种待测水使用本发明测试3组不同d值下的UVT值，并与紫外分光光度计法进行了对比，结果如下表所示：
| d值 | 紫外分光光度计法测量的UVT | 在线测量的UVT | 相对误差 |
| 1.8cm | 55.3% | 52.9% | 2.4% |
| 2cm | 55.3% | 53.1% | 2.2% |
| 2.2cm | 55.6% | 52.8% | 2.8% |
结果发现，在事先确定好相应d值下的I0值后，改变d值并不影响在线测量的UVT值，本发明的实用性强。
Claims (6)
1.一种紫外透光率的原位在线监测方法，其特征在于包括如下步骤：
第一步：安装紫外光强计，使紫外光强计的信号接收窗口正对着紫外反应器内的某一根紫外灯管；
第二步：测量紫外光强计的信号接收窗口与正对着的紫外灯管的紫外套管表面间的距离d值；
第三步：使用UVT>=95%、浊度<=3NTU的清水通过紫外反应器，记录紫外光强计的读数，该读数为I0；
第四步：将待测水通过紫外反应器，记录紫外光强计的读数，该读数为I；
第五步：将测得的d值、I0值和I值代入公式： 中，计算出相应的UVT。
2.根据权利要求1所述的紫外透光率的原位在线监测方法，其特征在于第一步中所述的紫外光强计的信号接收窗口与紫外反应器内的某一根灯管呈90度夹角。
3.根据权利要求1或2所述的紫外透光率的原位在线监测方法，其特征在于第一步中所述的紫外光强计安装在其信号接收窗口与正对着的紫外灯管的紫外套管表面间的距离d=0.1-10cm之间处。
4.根据权利要求3所述的紫外透光率的原位在线监测方法，其特征在于第三步中，记录至少两组紫外光强计的读数，求取读数的平均值为I0。
5.根据权利要求4所述的紫外透光率的原位在线监测方法，其特征在于第四步中，将待测水通过紫外反应器，记录至少两组紫外光强计的读数，求取读数的平均值为I。
6.根据权利要求5所述的紫外透光率的原位在线监测方法，其特征在于将第五步计算得出的UVT值乘以105%，得到实验室UVT值。
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