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浊度分别为5、50和500 NTU的水

本词条中浊度专指水质浊度(Turbidity),是指水样中因为大量肉眼可见悬浮物质而造成的混浊情形,类似空气中的。浊度量测是水污染的重要测试项目之一。其他浊度可能有尿液浊度。此浊度也不同于色度。

流体中可能包括许多大小不同的悬浮物质,够大够重的悬浮物质在液体静置时会沉淀到底部,但非常小的悬浮物质沉淀较慢,若是水体定时搅拌或是形成胶体,悬浮物质甚至不会沉淀。这些小的粒子就是让液体变混浊的原因。

正常之酸性环境的水质为澄清状态,中性或碱性环境水质经常出现混浊现象,来自于金属离子氢氧根碳酸根所形成的悬浮固体以及水体中的微生物

浊度测定起源于杰克逊烛光度测定法,单位为 JTU(Jackson turbidity unit),现今浊度分析惯用散射比浊测定法,单位为 NTU(nephelometric turbidity unit)。

原因

开放水体的混浊可能因为浮游植物的繁殖而产生。人类在地面上的活动,例如建筑施工采矿业农业等会造成泥沙灰尘,在下雨时也会透过径流沉积物进入水体,高河岸侵蚀率的地区以及高都市化的地方都会让邻近水域的水变混浊,像路面、桥梁、停车位有铺面的区域也会因为下雨,让上面的污染带到水体中。像沙石场采炭英语Coal mining等行业在分解岩石时也会污染邻近的水体。

饮用水的浊度越高,饮用者出现消化道疾病英语Gastrointestinal disease的风险就越高,这对免疫功能低下的人而言格外的严重,因为像细菌或是病毒等致病原可能附着在悬浮物质的表面。在用进行水的消毒时,悬浮物质也会成为致病原的屏障,影响消毒的效果。而悬浮物质也可以保护致病原不受UVC紫外线照射消毒杀菌法英语Ultraviolet germicidal irradiation的影响。

湖泊河流或是水库等水体,高浊度也会减少光线照射进水体的深度,可能会抑制深水中的水生植物,也影响鱼类或贝类等以其为食物的动物,高浊度也会影响鱼鳃吸收水中氧气的能力。像美国东部的切萨皮克湾就有观察到这类的情形。

不过在许多红树林地区的生态,反而需要水体有高浊度,才能保护小鱼免于其掠食者的攻击,正所谓“水至清则无鱼”。像澳洲东岸的红树林(特别是摩顿湾),若要维持正常的生态系健康,其海水的浊度会高达600NTU。

量测

因大雨而有的高浊度溪水

最广为使用的浊度量测单位是FTU(Formazin Turbidity Unit),在国际标准化组织中称为FNU(Formazin Nephelometric Units)。ISO 7027英语ISO 7027中有说明量测浊度的方法,作法是量测试样中悬浮物质散射的光,来计算悬浮物质的浓度,散射光用光电二极管接收,可以产生电气讯号,再转换为浊度。已有开源硬件依ISO 7027的方式量测浊度,是用Arduino处理器及便宜的LED

在实务上有许多方式可以检测水质,最直接的是量测光在通过一定长度水质试样后的衰减英语attenuation情形,杰克逊蜡烛方法(Jackson Candle method)量测的单位为Jackson Turbidity Unit或JTU,本质上就是量测要多长的水质试样才能使蜡烛的光变朦胧,其长度的反比即为JTU。若需要越多的水才能让光变朦胧,表示水质越干净,水本身就会有一些衰减效果,而溶在水中,有颜色的物体也会吸收特定波长的光。现代的仪器不会用蜡烛作光源,但用水质试样衰减光柱效果来检测水质的方式都会以JTU进行校正,并且记录其结果。

水质试样中的粒子会散射通过水的光束,这也是一种量测浊度的方式。用这种方式量测浊度的设备称为浊度计英语nephelometer(nephelometer),有侦测器放在光束的旁边,若侦测器接收到的光越多,表示有较多可以散射光的粒子。利用校正后的浊度计量测到的浊度其单位为Nephelometric Turbidity Units,简称NTU。不过在一定量粒子的情形下,光束散射的程度也和粘粒子的形状、颜色及反射率有关。再加上较多的粒子可能很快就沉淀,无法散射光束。因此浊度和总悬浮固体之间的关系可能会随这些情形而不同。

沙奇盘英语Secchi disk

湖泊、水坝、水道及海洋的浊度可以用沙奇盘英语Secchi disk来量测,沙奇盘是一个有黑色和白色的圆盘,测量时会将沙奇盘放在水面以下,且深度一直增加,看到多少深度时才看不到沙奇盘,此深度(沙奇深度)是表示水体清澈程度的量测,和浊度成反比。沙奇盘的好处是可以整合不同深度的浊度(不同深度下有不同浊度的情形)、用法简单快速,而且不贵。沙奇盘可以提供有关真光层的大略资讯(约是沙奇深度的1/3),但若水很浅,沙奇盘即使放在底部仍然可以看到,就无法用此方式量测浊度。

另一种有助于在浅水中量测浊度的设备是浊管(turbidity tube)。浊管会将水注入刻度管中,再配合刻度管最下方的对比色图案来判断其浊度,原理类似沙奇盘英语Secchi disk

空气中的浊度会使太阳光衰减,是一种量测空气污染的方式。为了要建模光束的衰减,有产生许多的浊度参数,例如Linke浊度因子(TL)等。

标准及测试方法

净水厂用来量测处理前及处理后水质浊度(单位NTU)的浊度计

饮用水标准

许多政府都会订定饮用水允许浊度的标准。在美国,利用传统方式或是直接过滤法处理的饮用水,其浊度不得高于1.0NTU,每个月中至少要有95%的水质试様浊度低于或等于0.3NTU。若是用传统方式或是直接过滤法以外的净水方式,其浊度需符合各州标准,包括浊度不得高于5NTU。许多饮用水厂商设法达到浊度0.1 NTU的要求。欧洲标准没有直接提到浊度,不过世界卫生组织认为饮用水的浊度应小于等于5 NTU,理想上要小于1 NTU。台湾饮用水的浊度标准是不得超过2 NTU。中国现行的生活饮用水卫生标准《GB5749-2006》要求供水浊度≤1.00NTU,净水条件受限时≤3.00NTU。实际自来水的浊度,一般在0.05到0.1到0.3之间。

环境用水标准

美国环保署有建立水质浊度的标准。这些准则是针对浊度影响的科学评估,各州也用来推动水体的水质标准英语Clean Water Act(各州也有各州的准则)。有些州有公布水质的浊度标准,包括:

  • 路易斯安那州。25、50或150 NTU,或是背景值加10%,依水体而定。
  • 佛蒙特州,10 NTU或25 NTU,依水体分类而定。
  • 华盛顿特区,背景值加5 NTU(若背景值小于等于50NTU时),或是背景值加10%(若背景值大于50NTU时)。

分析方式

已出版的浊度分析测试方式有:

  • ISO 7027 "Water Quality: Determination of Turbidity"
  • US EPA Method No. 180.1, "Turbidity"
  • "Standard Methods," No. 2130B.

处理方式

水的浊度可以用沉淀或是过滤等方式来降低。依应用的不同,会在水体中加入化学药剂以加速静置或过滤的过程。瓶装水的处理及都市的废水处理一般不会有程序专门降低浊度,会利用砂滤、沉淀池以及澄清池一连串的程序来降低浊度。

原位水处理英语In-situ water treatment或直接投药处理常用在受影响水体分散(例如有许多水体分布在此地区的不同位置,例如小的饮用水池等),问题会随地区或是季节变化(例如在雨季后浊度才会提高),或是需要低成本净水法的情形。原位水处理一般会加入药剂,例如絮凝剂英语flocculant,而且会均匀的分布在水体上。最后絮凝物会沈降到水体的底部,当水由较浅处取出时,絮凝物仍在水体底部。此方法常用在煤矿业及制煤工厂,在雨季时雨水收集池的水相当浑浊。许多公司也提供原位水处理或是直接投药处理的便携式净水系统。

净水剂

有许多化学试剂可以降低水的浊度,常见的有硫酸铝或是(Al2(SO4)3.xH2O)、氯化铁(FeCl3)、石膏(CaSO4.2H2O)、聚合氯化铝、长链丙烯酰胺基的聚合物,以及许多专门的试剂。若将化学试剂加入水中时,需考虑其水化学特性的影响,例如加入矾会影响水的pH值。

在加入化学试剂作为絮凝剂时也需注意其和水混合的方式,混合的目的是为了让絮凝剂和悬浮固体形成絮凝物,但若混合过于剧烈,反而可能会使絮凝物破裂,释出悬浮固体。

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外部链接


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