悬浊液中颗粒浓度的测量方法与流程

本发明属于颗粒浓度的检测领域，具体为一种悬浊液中颗粒浓度的测量方法，适用于水文地质、岩土工程及环境工程等领域。

背景技术：

在水文地质、岩土工程及环境工程等领域经常会遇到含微小颗粒的悬浊液，例如含细小沙粒的地下水、含固体污染物的水体等，如何测量这些颗粒的浓度是研究及工程应用中一个十分重要的问题。

对于悬浊液中颗粒浓度的测量，试验中常采用烘干后称重的方式，然而该方法效率很低，难以满足一些试验中快速和连续监测的要求。目前已有部分装置可以进行悬浊液中颗粒浓度的测量。例如专利申请cn104792674a公开的一种颗粒浓度测量方法，提出了一种通过烟尘颗粒散射光检测浓度的方法。然而，当前的测量方法和测量装置均无法实现对悬浊液中中悬浮颗粒浓度的连续、快速测量。

技术实现要素：

本发明提供一种悬浊液中颗粒浓度的测量方法，能够实现对液体悬浮颗粒浓度的连续及快速测量。

本发明采取的技术方案是，悬浊液中颗粒浓度的测量方法，包括以下步骤：

1)配制不同颗粒浓度的悬浊液，在不同温度下，采用浊度仪测量不同颗粒浓度悬浊液c下的浊度nt，并记录。

2)以颗粒浓度c为横坐标，浊度nt为纵坐标，作出不同温度下颗粒浓度c-浊度nt散点图，随后对颗粒浓度-浊度关系进行线性拟合，拟合时控制拟合曲线通过坐标原点，以获得不同温度下颗粒浓度-浊度之间的换算公式nt＝kc，其中k为常数，且与温度相关；

3)选取需要测定浓度的水样，使用浊度仪测量其浊度，并测定其实际温度t；通过换算公式nt＝kc反算得到附近已标定温度下悬浊液颗粒浓度，最后通过插值得到实际温度下悬浊液颗粒浊度。

进一步地，所述悬浊液中的液体为水、酒精或汽油等。

进一步地，所述悬浊液中的固体颗粒为硅微粉、淀粉、ca(oh)2、fe(oh)3或al(oh)3等。

进一步地，所述悬浊液中分散相固体颗粒的大小为1～50μm。

进一步地，配制不同颗粒浓度的悬浊液时，浓度跨度应涵盖后期测定时可能出现的浓度范围，具体跨度范围可在本测量方法使用前，利用烘干称重法等常规测量方法确定，且浓度级别均匀分布。

进一步地，步骤1)中温度级别确定时，选取的温度应涵盖后续试验时可能出现的温度范围，温度梯度不宜少于三组，且等差设置。

进一步地，步骤3)中所述的测量浊度后，通过换算公式nt＝kc反算得到附近已标定温度下悬浊液颗粒浓度，最后通过插值得到实际温度下悬浊液颗粒浊度，如实际测量温度t附近上下的已标定温度分别为t1、t2，其中t1<t2，t1温度下的换算公式为nt＝k1c，t1温度下的换算公式为nt＝k2c，则实际浊度与浓度采用下列公式插值换算：

或

本发明基于现有的理论基础上进行实际的测量的过程中，粒径较大时，由于重力逐渐成为主导颗粒运动的因素，因此较大颗粒的悬浊液不能维持较好的稳定性。为了保证测量结果的准确性，在配置标准浓度悬浊液和实际测量时，需要在取样后尽快采用浊度仪进行测量。

浓度指某物质在总量中所占的分量。常用的浓度表示法有：质量浓度(如质量百分浓度)、体积浓度(如摩尔浓度、当量浓度)和质量-体积浓度等。

水中含有泥土、粉砂、微细有机物、无机物、浮游生物等悬浮物和胶体物都可以使水质变的浑浊而呈现一定浊度，水质分析中规定：1l水中含有1mgsio2所构成的浊度为一个标准浊度单位，简称1度。通常浊度越高，溶液越浑浊。

本发明具有以下有益效果：

发明人在研究悬浊液中颗粒的浊度时发现，固体颗粒的浊度与浓度直接呈现出高度线性相关的关系，而浊度可以通过浊度仪快速准确地测量出来。另外，该相关性可受温度的影响，且不同的颗粒受温度的影响程度不同。该规律对于粒径为1～50μm范围内的颗粒尤为显著。利用该规律，通过预先配制不同浓度的悬浊液，然后测量不同温度下不同浓度颗粒对应的浊度，利用已知的浓度和测量的浊度来进行线性拟合，得出方程，最后对于待测悬浊液，利用浊度计快速测量其浊度，代入方程中即可计算出该浊度对应的浓度。采用该方法，可以实现快速测量，而且一次测量可以同步得到颗粒浓度和浊度两个参数。

不同颗粒粒径将会有不同的浓度-浊度对应关系，本方法主要针对颗粒粒径较为均匀的悬浊液的浓度测量，因此不需要划分具体的粒径范围。另外，该方法对粒径范围为1～50μm的悬浊液效果较好。

附图说明

图1为本发明的操作流程图。

图2为实施例1的颗粒浓度-浊度关系图。

图3为实施例2的颗粒浓度-浊度关系图。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步阐明本发明。

本发明提供了一种悬浊液中颗粒浓度的测量方法，其操作流程如图1所示；具体包括以下步骤：

步骤一：配置不同浓度(c)的颗粒悬浊液，且配置的浓度跨度应涵盖后期测定时可能出现的浓度范围。各浓度之间的级差应尽可能小，以提高拟合的精度。浓度既可以等差配置，也可以根据试验方便程度进行配置，但不宜出现较大的空档。

步骤二：在不同温度下，采用浊度仪测量上述悬浊液不同浓度(c)下的浊度(nt)，并记录。选取的温度应涵盖后续试验时可能出现的温度范围，温度梯度不宜少于三组，且等差设置。

步骤三：以浓度(c)为横坐标，浊度(nt)为纵坐标，在origin软件中作出不同温度下浓度(c)-浊度(nt)散点图。随后对颗粒浓度-浊度关系进行线性拟合，拟合时控制拟合曲线通过坐标原点。据此获得不同温度下颗粒浓度-浊度之间的换算公式nt＝kc，其中k为常数，且与温度相关。

步骤四：选取需要测定浓度的水样，使用浊度仪测量其浊度，并测定其实际温度(t)。通过换算公式nt＝kc反算得到附近已标定温度下悬浊液颗粒浓度，最后通过插值得到实际温度下悬浊液颗粒浊度。例如，若实际温度附近上下的已标定温度分别为t1、t2(其中t1<t2)，t1温度下的换算公式为nt＝k1c，t1温度下的换算公式为nt＝k2c，则实际浊度与浓度可采用下列公式插值换算：

也可以写为：

具体案例如下：

案例1：

某砂层颗粒迁移沉积模拟试验中需要实时测定流出液中硅微粉颗粒(平均粒径d50＝41μm)的浓度，具体步骤如下：

步骤一：配置平均粒径d50＝41μm的硅微粉颗粒的不同浓度(c)悬浊液。根据前期测量得知流出液的浓度均不会超过0.25g/l，因此分别配置了0.01g/l，0.03g/l，0.05g/l，0.08g/l，0.1g/l，0.12g/l，0.15g/l，0.18g/l，0.2g/l，0.25g/l十种浓度的悬浊液。

步骤二：根据前期研究，试验中悬浊液温度一般在10-30℃范围内浮动，据此采用浊度仪分别测量5℃、15℃、25℃、35℃四种温度条件下不同浓度该悬浊液的浊度(nt)。

步骤三：记录不同温度下悬浊液的浓度-浊度对应关系，以浓度为横坐标，浊度为纵坐标，在origin软件中作出散点图。随后对颗粒浓度-浊度关系进行线性拟合，拟合时控制拟合曲线通过坐标原点，如图2所示。据此获得颗粒浓度-浊度之间的换算公式nt＝kc，其中k为常数，且与温度相关。例如，在5℃时，nt＝751.8c，在35℃时，nt＝769.9c。

步骤四：在进行砂层颗粒迁移沉积模拟试验时，根据需要实时采集流出液，使用浊度仪测量流出液浊度，随后通过换算公式得到悬浊液颗粒浓度。例如，若测得悬浊液浊度为nt＝50(ntu)，温度为30℃，则可选取该温度附近已标定的25℃和35℃进行线性插值。即t1＝25℃、t2＝35℃，25℃下的换算公式为nt＝757.7c，35℃下的换算公式为nt＝769.9c，实际浓度计算过程为：

案例2：

某基坑注浆工程中需要实时测定浆液中石灰乳颗粒(平均粒径d50＝6.5μm)的浓度，具体步骤如下：

步骤一：配置平均粒径d50＝6.5μm的石灰乳颗粒的不同浓度(c)悬浊液。根据前期测量得知浆液中石灰乳颗粒浓度不会超过0.23g/l，因此分别配置了0.01g/l，0.03g/l，0.05g/l，0.08g/l，0.1g/l，0.12g/l，0.15g/l，0.18g/l，0.2g/l，0.25g/l十种浓度的悬浊液。

步骤二：根据前期研究，工程中悬浊液温度一般在15-35℃范围内浮动，据此采用浊度仪分别测量10℃、20℃、30℃、40℃四种温度条件下不同浓度该悬浊液的浊度(nt)。

步骤三：记录不同温度下悬浊液的浓度-浊度对应关系，以浓度为横坐标，浊度为纵坐标，在origin软件中作出散点图。随后对颗粒浓度-浊度关系进行线性拟合，拟合时控制拟合曲线通过坐标原点，如图2所示。据此获得颗粒浓度-浊度之间的换算公式nt＝kc，其中k为常数，且与温度相关。例如，在20℃时，nt＝1053.4c，在30℃时，nt＝1236.3c。

步骤四：在进行基坑注浆时，根据需要实时采集石灰乳悬浊液，使用浊度仪测量石灰乳悬浊液浊度，随后通过换算公式得到石灰乳悬浊液颗粒浓度。例如，若测得悬浊液浊度为nt＝120(ntu)，温度为26℃，则可选取该温度附近已标定的20℃和30℃进行线性插值。即t1＝20℃、t2＝30℃，20℃下的换算公式为nt＝1053.4c，30℃下的换算公式为nt＝1236.3c，实际浓度计算过程为：