TWI788958B - 液體之濁度的測量方法 - Google Patents

Abstract

提供一種液體之濁度的測量方法。在此方法中，包含將濁度計之偵測頭置於不透光容器中，此不透光容器具有液體入口及液體出口。此方法包含以第一流率將待測液體導入不透光容器中，並以第二流率將此待測液體經由液體出口排出。此方法包含利用偵測頭持續量測流過不透光容器之待測液體的濁度，以獲得數個濁度值。此方法更包含對不透光容器進行排泥處理。

Description

液體之濁度的測量方法

本揭露是有關於一種液體之測量技術，特別是關於一種液體之濁度的測量方法。

濁度(turbidity)是指水樣中因為大量肉眼可見懸浮物質而造成的混濁情形。濁度測量是水汙染的重要水質檢測項目之一。濁度測量起源於傑克遜燭光度測定法，其單位為JTU(Jackson turbidity unit)。而現今濁度分析則慣用散射比濁測定法，其單位為NTU(nephelometric turbidity unit)。

水樣中的粒子會散射通過水的光束，用這種方式測量濁度的設備稱為濁度計(nepelometer)。將偵測器放在光束的側邊，若偵測器接收到的光越多，表示有較多可以散射光的粒子。利用校正後的濁度計測量到的濁度單位為NTU。不過，在一定量之粒子的情況下，光束散射的程度也可能與粒子的形狀、顏色、及反射率有關。再加上較多的粒子可能很快就會沉澱，而無法散射光束。因此，濁度與總懸浮固體之間的關係可能會隨這些狀況與條件而不同。

各廠牌之線上濁度計廣泛應用於各種廢水處理廠。一般而言，濁度計主要可分為管腔式濁度計與探頭式濁度計。管腔式濁度計因其進出偵測體積之管徑較小，若水樣懸浮固體濃度過高，則會造成堵塞。同時過多的懸浮固體，亦會大量淤積於偵測腔體內，而淤泥上浮則會造成偵測誤差。因此，管腔式濁度計通常適用於濁度較低之水樣。而探頭式濁度計通常是採用將濁度計拋入待測水樣之水池中，或是將濁度計置入一取樣水槽中的方式，來進行偵測。探頭式濁度計之偵測範圍較廣，但精度較低，因此適用於濁度較高的水樣，或是濁度上下變化度較高之水樣。

各種商用濁度計於實場應用時，常發生讀值有極大差異的現象。其原因在於，濁度之測量方法為光學法，讀值極易受到外界光線的影響。此外，各場域之水質條件不同，水體中之粒子的形狀、顏色、及於水體是否為均勻態等，以及濁度計設置位置與方式，皆會大幅影響讀值之準確性、穩定性、及差異性。

現有一種濁度測量方法是針對光源老化所造成之濁度偵測不準確的問題進行改善。此方法使用二組光源感測器，其中一組偵測折射參數，另一組偵測散射參數。於偵測後，分別將二種參數轉化成電信號。再透過可程式邏輯控制器(PLC)對折射參數轉化之電信號及散射參數轉化之電信號進行處理及計算，來生成水樣的濁度值。透過同時測量投射於水樣之光束中的透射光及散射光強度，再依照二者光強度的比值，來計算出水樣之濁度值。這樣既消除光源老化對測量準確度的影響，又囊括透射法或散設法二者之優點，而可提高測量的適應性及準確度。

然而，這樣的做法雖可排除光源老化所造成之不準確性，但並未改善由其他外界光線對光源感測器之干擾所造成之讀值不穩定的狀況。此外，並未提及這樣的做法是否可適用於實際廢水場連續監測。於實際廢水場實際應用時，二種光源感測器可能各有其干擾因子，故如何找出適當之計算公式予以進行合理之排除為相當大之難題。

另外有一種濁度測量方法是針對濁度檢測進行改善。一般進行濁度檢測時，通常會先以某種微粒材料，例如高嶺土、硅藻土、漂白土、或膨潤土等，來配置各種濃度之標準液體，藉以進行濁度計校正。然而，於實際應用時，常會因為各場域所含之懸浮微粒性質不同，導致所測得之濁度與懸浮微粒真正之濃度無法成正相關，進而導致濁度計之讀值無法確切反映真正水質中懸浮微粒多寡之狀況。為了解決此不準確的問題，此方法進行相關改善，透過將某待測定場域所採集之水樣先分成A與B二部分。而後立即將水樣A用不吸水的蓋板封嚴，以防止水樣A之水分蒸發，也防止外界風沙、及灰塵等雜物落入。對水樣B另外進行懸浮微粒之測定，待水樣B之懸浮微粒濃度測定出來後，便可使用水樣A作為標準溶液，並以水樣A之濃度作為偵測依歸，進而降低由懸浮微粒性質不同所造成之準確問題。

然而，這樣的做法僅適用於水樣中之懸浮微粒性質穩定，且來源單一之水樣檢測。於廢水場之應用，上游之製程需相當穩定，否則一旦懸浮微粒之性質稍有改變，則標準溶液會變得無法適用。這樣的做法不適用於上游有多股進流之廢水場，以及多股來源且排水不定時之廢水廠。因為在這樣的廢水廠中，不同時間之水體中的懸浮固體內含物成分勢必不同，故無法以單次取樣之水樣作為標準溶液，進而進行測量。

在一些情況下，濁度計之測量可能由於取樣口位置不當，例如取樣口未伸入管道中部或取樣點，或是由於水體本身特性的緣故，造成濁度計放置位置之待側水樣內有較多的氣泡，而氣泡的干擾會導致濁度計之偵測不準確。為取消水中的泡沫，以提升濁度計偵測的準確性，目前有一種防氣泡流通式濁度儀。此防氣泡流通式濁度儀包含濁度儀本體及設置在濁度儀本體內的脫氣泡裝置、光源裝置、接收裝置、及分析處理裝置。脫氣泡裝置之消泡腔內設有螺旋式水流通道，透過螺旋式通道，水在其中流動時，可將氣泡逐步排空，最後匯集水流到上方單孔部分進一步排空，而達到防氣泡的效果。這樣可降低氣泡對濁度計偵測時所產生之干擾。

然而，這樣的濁度儀較適用於氣泡多且濁度低之水樣。因為濁度高之水樣在螺旋式通道中流動時，水樣中之大量懸浮微粒將沉積於螺旋式通道中，導致最後流入接收分析裝置之水樣中的懸浮微粒已大幅減少，進而導致濁度計讀值低估。此外，在長期運轉後，沉積於螺旋式通道中之懸浮微粒將產生汙泥堆積於通道內，恐另外影響後續水樣之偵測準確性。

有鑑於此，本揭露之一目的是提供一種液體之濁度的測量方法，其透過將濁度計之偵測頭置於不透光容器中，來降低因外界光線干擾所造成之濁度測量的不準確性。

本揭露之另一目的是在提供一種液體之濁度的測量方法，其透過控制不透光容器中之待測液體置換時間，來提升待測液體的均勻度；以及對不透光容器進行排泥處理，以降低淤泥上浮所造成之讀值高估，藉以改善濁度測量之準確度及穩定度。

根據本揭露之上述目的，提出一種液體之濁度的測量方法。此方法包含將濁度計之偵測頭置於不透光容器中，其中此不透光容器具有液體入口及液體出口。此方法包含以第一流率將待測液體導入不透光容器中，並以第二流率將此待測液體經由液體出口排出。此方法包含利用偵測頭持續量測流過不透光容器之待測液體的濁度，以獲得數個濁度值。此方法更包含對不透光容器進行排泥處理。

根據本揭露之一實施例，上述不透光容器之上蓋設有開口，此開口配置以供上述偵測頭插入上述不透光容器中，且上述偵測頭與此上蓋緊密配合。

根據本揭露之一實施例，將上述偵測頭置於上述不透光容器中時，上述偵測頭與上述不透光容器之上蓋、數個側壁、以及底部之距離均大於5公分。

根據本揭露之一實施例，上述方法更包含根據上述第一流率，將上述不透光容器之待測液體置換時間控制在約10秒至約60秒。

根據本揭露之一實施例，進行上述排泥處理包含將上述不透光容器之排泥量控制在上述第一流率之約1/4至約1/8。

有鑑於習知廢水濁度之測量技術的種種不足，本揭露在此提供一種液體之濁度的測量方法，其可透過屏蔽上述干擾、使待測水體呈均勻態、及增設排泥的方式，來改善濁度計之準確度及穩定度。

本揭露主要是透過改良濁度計設置與架設方法，來提高濁度計於廢水場域應用時之準確度及穩定度。請參照圖1，其係繪示依照本揭露之一實施方式之一種液體之濁度測量裝置10的示意圖。濁度測量裝置10主要可包含濁度計20、不透光容器30、及排泥裝置40。

濁度計20可適用於測量液體之濁度。在一些例子中，濁度計20為圓筒狀結構。濁度計20主要可包含偵測頭22。於測量待測液體50之濁度時，使偵測頭22沒入待測液體50之液面，以測量待測液體50之濁度。濁度計20可透過有線連接的方式，將偵測頭22所測量之結果傳送給顯示器24，再經由顯示器24顯示並記錄所測量之待測液體50的濁度。然而，濁度計20亦可透過無線通訊方式將偵測頭22之測量結果傳送給顯示器24。

不透光容器30主要可包含主體32與上蓋34。主體32為具有內部空間32s的柱狀體。主體32之側壁32w穿設有液體入口32i與液體出口32o。液體入口32i及液體出口32o均與內部空間32s流體連通。不透光容器30為不透光之容器，利用不透光容器30之不透光的性質，可降低外界光線對於濁度計讀值之影響。雖然圖1之不透光容器30顯示為圓柱形容器，但不透光容器30可為任意適合之形狀的容器。舉例而言，不透光容器30可為矩形容器。不透光容器30之容量可根據待測液體50之進水流量來調整。舉例而言，不透光容器30之容量可為20公升。

可透過液體入口32i將待測液體50導入不透光容器30之主體32的內部空間32s中。在一些例子中，可在液體入口32i處設置流量控制器，以控制將導入不透光容器30之待測液體50的流量。可透過液體出口32o從不透光容器30之主體32的內部空間32s中排出待測液體50。即，待測液體50可分別經由液體入口32i與液體出口32o進出主體32的內部空間32s。在一些例子中，可在液體出口32o處設置流量控制器，以控制將排出不透光容器30之待測液體50的流量。

上蓋34蓋設於不透光容器30之主體32上，而與主體32定義出內部空間32s。上蓋34可與主體32緊密接合，而封閉內部空間32s。上蓋34可穿設有開口34a。濁度計20可插置在上蓋34之開口34a中，且使得濁度計20之偵測頭22位於內部空間32s中。在濁度計20為圓筒狀結構的例子中，開口34a可對應為圓形開口。雖然圖1之開口34a顯示為圓形開口，但開口34a之形狀可根據濁度計20的形狀而改變，因而可為任意形狀之開口。濁度計20可與開口34a緊密接合，以避免外部光線從濁度計20與開口34a之間的縫隙進入內部空間32s。

排泥裝置40可設於不透光容器30之主體32的底部32b。排泥裝置40可對不透光容器30之主體32的內部空間32s進行排泥處理，藉以降低沉積於主體32之底部32b的淤泥對濁度計20偵測的影響。在一些例子中，排泥裝置40可包含控制閥，透過調整控制閥可控制排泥量。在一些例子中，排泥裝置40可包含時控裝置，以在預設時間區間對內部空間32s進行排泥處理。

請參照圖2，其係繪示依照本揭露之一實施方式之液體之濁度的測量方法的流程圖。對待測液體50進行濁度測量時，可先進行步驟100，以將濁度計20插入上蓋34之開口34a中，而使濁度計20之偵測頭22位於不透光容器30之主體32的內部空間32s中。在一些實施例中，可於不透光容器30上設置濁度計安裝架，以利將濁度計20穩定地固定在不透光容器30中。在一些實施例中，可在濁度計20上裝置塑膠套或卡榫，或將濁度計20鎖在圓棍或塑膠管上，再經由上蓋34之開口34a將濁度計20插入不透光容器30之主體32的內部空間32s中。在一些示範例子中，可使濁度計20與開口34a之間無透光縫隙，以防止外界光線進入不透光容器30之主體32的內部空間32s中，藉以降低外界光線對於濁度計20之偵測的干擾。在一些示範例子中，將濁度計20插入不透光容器30後，可使探測頭22離不透光容器30之上蓋34、側壁32w、及底部32b之距離均大於約5公分，以降低探測頭22在偵側散射光時不透光容器30所造成之干擾。

接下來，可進行步驟110，以將待測液體50經由液體入口32i導入不透光容器30之主體32的內部空間32s中。待測液體50通過主體32的內部空間32s後，從液體出口32o流出不透光容器30。在一些例子中，以第一流率將待測液體50導入不透光容器30中，即以設定之進水量將待測液體50導入不透光容器30中。並且，以第二流率將待測液體50排出不透光容器30，即以設定之排水量將待測液體50排出不透光容器30。在一些示範例子中，可控制第一流率及第二流率，使不透光容器30之主體32之內部空間32s內的待測液體50的置換時間為約10秒至約60秒。藉由控制不透光容器30內之主體32之內部空間32s內的待測液體50的置換時間，可維持待測液體50中之粒子的均勻度，進而可降低因粒子沉積而對濁度計20讀值所造成的影響。

接著，可進行步驟120，以在待測液體50持續進入與排出不透光容器30之主體32之內部空間32s的期間，利用濁度計20位於內部空間32s中的偵測頭22連續測量流過偵測頭22之待測液體50的濁度。

測量待測液體50之濁度的期間，待測液體50中之懸浮粒子可能會沉積在主體32之底部32b上，而形成淤泥堆積。這些淤泥可能會影響濁度計20之偵測，造成濁度計20之讀值高估的現象。因此，在一些例子中，可進行步驟130，以透過接合在主體32之底部32b的排泥裝置40，來對不透光容器30進行排泥處理，藉以降低沉積於主體32之底部32b的淤泥對濁度計20之偵測的影響。在一些示範例子中，可將排泥量控制在第一流率之約1/4至約1/8。

在此利用實施例來說明本揭露之功效。請參照圖3，圖3係繪示使用本揭露之一些實施例之液體之濁度測量方法及原取樣裝置與實驗室檢測之結果的比較圖。利用某鋼鐵廠內工業廢水處理單元出水，並使用一般商用濁度計進行出水濁度偵測。將濁度計之偵測頭置於一開放式長方形水槽，並導入上述工業廢水處理單元之出水至水槽中。測量結果發現，這樣的做法之濁度計的讀值跳動大。此外，對上述出水進行隨機取樣後，於實驗室桌上型濁度機進行檢測，比對之後發現相對誤差大。

在一些實施例中，因為濁度計為光學偵測，故將濁度計之偵側頭改置於不透光圓筒型容器中，並確保不透光圓筒型容器中之偵測頭與四周容器之距離均大於約5公分。測量後發現這樣的方式可確實將相對誤差之平均值由約50%縮減至約35%。

在另一些實施例中，為確保容器內之待測水體為均勻相，另設計不透光容器。在這些實施例中，根據不透光容器之進水量，縮短不透光容器內之待測水體之替換時間至約30秒。測量後發現這樣的方式可將相對誤差平均進一步縮小至約28%。

觀察發現，不透光容器內隨著量測時間仍會有淤泥堆積於底部。在又一些實施例中，為了降低淤泥上浮所造成之讀值突高的問題，另加入排泥裝置，並使排泥量為進水量之約1/6。測量後發現，這樣的方式可再將相對誤差平均值進一步縮小至約8%。

請參照圖4，圖4係繪示使用本揭露之實施方式之液體之濁度的測量方法及原取樣裝置之結果的比較圖。比較使用原取樣裝置，也就是將濁度計置於一開放式長方形水槽，以及使用本揭露之液體之濁度的測量方法所得之濁度計讀值。如圖4所示，相較於使用原取樣裝置，使用本揭露之實施方法改善後，濁度計讀值跳動幅度縮小，且穩定度提升。讀值平均由原本的21.22±45.61NTU，改善為7.58±13.48NTU，其標準差顯而易見大幅下降，由此可得知所受到之干擾減少。

請參照圖5，圖5係繪示使用本揭露之實施方式之液體之濁度的測量方法及原取樣裝置與實驗室測量之結果的比較圖。如圖5所示，與實驗室測量相比，使用本揭露之實施方法後，濁度計讀值之相對誤差也大幅縮減，讀值相對誤差可由平均約40%降至約6%。

綜上所述，本揭露提出一種液體之濁度的測量方法，其主要透過將濁度計之偵側頭置於不透光容器中，來降低因外界光線干擾所造成之濁度設量的不確定性；並控制不透光容器之待測液體置換時間，及對不透光容器進行排泥處理，來降低淤泥上浮對濁度計讀值所造成的影響，以改善濁度測量之準確度及穩定度。

本揭露之實施方式已以實施例揭示如上，然其並非用以限定本揭露，熟習此技藝者可在不脫離本揭露之精神和範圍內，做出各種改變、替換、以及變動，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10:濁度測量裝置 20:濁度計 22:偵測頭 24:顯示器 30:不透光容器 32:主體 32b:底部 32i:液體入口 32o:液體出口 32s:內部空間 32w:側壁 34:上蓋 34a:開口 40:排泥裝置 50:待測液體 100:步驟 110:步驟 120:步驟 130:步驟

配合所附圖式閱讀能使本揭露之目的、特徵、優勢、以及實施例能夠更簡單易懂。 圖1係繪示依照本揭露之一實施方式之液體之濁度測量裝置的示意圖。 圖2係繪示依照本揭露之一實施方式之液體之濁度的測量方法的流程圖。 圖3係繪示使用本揭露之一些實施例之液體之濁度測量方法及原取樣裝置與實驗室檢測之結果的比較圖。 圖4係繪示使用本揭露之實施方式之液體之濁度的測量方法與原取樣裝置之結果的比較圖。 圖5係繪示使用本揭露之實施方式之液體之濁度的測量方法及原取樣裝置與實驗室測量之結果的比較圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

10:濁度測量裝置

20:濁度計

22:偵測頭

24:顯示器

30:不透光容器

32:主體

32b:底部

32i:液體入口

32o:液體出口

32s:內部空間

32w:側壁

34:上蓋

34a:開口

40:排泥裝置

50:待測液體

Claims (5)

1. 一種液體之濁度的測量方法，包含：將一濁度計之一偵測頭置入一不透光容器中，其中該不透光容器具有一液體入口與一液體出口；以一第一流率將一待測液體導入該不透光容器中，並以一第二流率將該待測液體經由該液體出口排出；根據該第一流率與該第二流率，控制該不透光容器內之該待測液體之一置換時間；利用該偵測頭持續量測流過該不透光容器之該待測液體的濁度，以獲得複數個濁度值；以及對該不透光容器進行一排泥處理。
2. 如請求項1所述之方法，其中該不透光容器之一上蓋設有一開口，該開口配置以供該偵測頭插入該不透光容器中，且該偵測頭與該上蓋緊密配合。
3. 如請求項1所述之方法，其中將該濁度計之該偵測頭置於該不透光容器中時，該偵測頭與該不透光容器之一上蓋、複數個側壁、以及一底部之距離均大於5公分。
4. 如請求項1所述之方法，其中將該不透光容器之該置換時間控制在10秒至60秒。
5. 如請求項1所述之方法，其中進行該排泥處理包含將該不透光容器之一排泥量控制在該第一流率之1/4至1/8。

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