Результаты лабораторных испытаний турбидиметра для проведения экспресс-измерений мутности воды

Для проведения экспресс-измерений мутности воды нами был разработан и изготовлен прототип турбидиметра, в основу работы которого положен принцип оптического измерения мутности.

Измерительная оптическая схема смонтирована на единой основе и работает на пропускание, т.е. измеряется изменение интенсивности прошедшего светового потока, по которому делается вывод об уровне мутности воды.

Измерения проводятся в ближнем инфракрасном (ИК) диапазоне.

Схема измерителя мутности состоит из выносного датчика с открытым оптическим каналом и усилителя обратной связи DA2. В качестве излучателя применен инфракрасный светодиод SD с длиной волны 940 нм (ближний ИК-диапазон), приемником служит фотодиод ФД. Схема обратной связи поддерживает постоянное напряжение на приемнике, меняя силу тока через излучающий диод в зависимости от прозрачности среды. Чем меньше прозрачность среды, тем больший ток через излучающий диод. Величина этого тока преобразуется в напряжение и измеряется внешним вольтметром.

Реализация прибора на данный момент адаптирована для лабораторных испытаний – датчики расположены в жестком корпусе, который имеет вырез для помещения между ними мутномерного цилиндра с жидкостью, мутность которой измеряется. Внутренний диаметр цилиндра составляет 32 мм, что соответствует толщине слоя воды, в котором измеряется мутность. Высота цилиндра от верха до места расположения датчиков 320 мм. В нижней части цилиндр закрыт пробкой со сливным краном.

Жидкости для калибровки приготовлялись искусственно, растворяя в чистой воде глинистые и суглинистые частицы различной концентрации. Приготовленная жидкость переливалась в мутномерный цилиндр. Во избежание ошибок, связанных с неравномерностью концентрации взвешенных частиц в растворе и изменением ее за счет осаждения при длительном стоянии раствора в цилиндре сразу после заполнения цилиндра открывался сливной кран и в течении времени снижения уровня воды в цилиндре до уровня установки датчиков фиксировались показания прибора, которые впоследствии осреднялись.

После измерения мутности жидкости турбидиметром определялась ее мутность традиционным способом – фильтрованием через бумажный фильтр с последующим взвешиванием и определением концентрации взвешенного вещества в пробе. Графическим путем получена связь показаний турбидиметра (вольтметра) с мутностью воды, измеренной традиционным способом (рисунок 1.1).

Коэффициент корреляции измеряемых трубидиметром и традиционным способом значений мутности равен 0,7, что говорит о вполне значимой зависимости. Большинство проб охватывает диапазон мутности от 1 до 3 г/дм3, что соответствует рекам со значительной мутностью воды в лесостепной зоне (Чумыш, Иня). Рекам лесной зоны, куда относятся и реки Томской области характерны значения мутности в пределах 0,0-1,0 г/дм3. В то же время в горных районах встречаются реки со значительными значениями мутности – 5-7 г/дм3.Таким образом, задачей дальнейших исследований считаем проведение как лабораторных, так и полевых испытаний турбидиметра с использованием проб воды с мутностью воды в диапазоне 0,0-1,0 и 4,0-7,0  г/дм3.

Рисунок 1.1 – Связь показаний турбидиметра с мутностью воды, измеренной методом фильтрования.