周 丹
河南省平頂山市自來水有限公司
淺談水質(zhì)分析成果可靠性檢查的幾種常用方法
周 丹
河南省平頂山市自來水有限公司
在使用水質(zhì)分析結(jié)果時,應(yīng)對水質(zhì)分析數(shù)據(jù)的可靠性加以檢驗。根據(jù)經(jīng)驗,水質(zhì)分析數(shù)據(jù)可通過陰陽離子的平衡關(guān)系;總?cè)芙庑怨腆w;碳酸平衡關(guān)系;電導(dǎo)和總?cè)芙庑怨腆w相關(guān)性;堿度;Na++K+的濃度關(guān)系來快速、便捷的加以檢查判別。
水質(zhì)分析成果;可靠性檢查;方法
飲用水的化學(xué)成分是飲用水與環(huán)境長期相互作用的產(chǎn)物。研究飲用水的化學(xué)成分,可以幫助我們回溯一個地區(qū)的水文地質(zhì)歷史,了解飲用水的起源與形成,對于生活生產(chǎn)供水及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重要意義。我們在使用水質(zhì)分析結(jié)果時,首先應(yīng)對分析數(shù)據(jù)的可靠性加以檢查,然后對已有的數(shù)據(jù)進行分析整理,對一些水文地球化學(xué)問題做出合理的解釋,掌握一些簡單的判斷水質(zhì)分析結(jié)果可靠性的方法很重要。
選取河南平頂山市地質(zhì)勘探中進行的抽水試驗水文孔。鉆探資料可知其巖性由各粒級砂巖、砂礫巖組成,以中~粗粒砂巖為主要含水層段。巖層厚度較大,平均厚度為88.3m,中~粗粒砂巖主要含水層段為69.88m,飲用水位高出頂板26.80m。在最后一個降深結(jié)束前采取全分析水樣(5L)一個。
2.1陰陽離子的平衡檢查
宏觀上講,電解液的一個基本條件是電中性條件,即溶液中的正離子電荷總數(shù)等于負(fù)離子電荷總數(shù)。其數(shù)學(xué)表達式為:∑Zmc=∑Zma式中,mc和ma分別為陽離子和陰離子的摩爾濃度,Z為離子的電荷數(shù),此式稱為電中性方程。飲用水是一種復(fù)雜的電解溶液,所以也遵循電中性方程。飲用水中的電中性方程是以其常量組分的電中性形式表達的。在實際中常用此中性方程檢查水質(zhì)分析結(jié)果的誤差,其表示式為:E=∑mc-∑ma∑mc+∑ma×100式中,E為相對誤差(%),mc及ma分別為陽離子及陰離子的毫克當(dāng)量總數(shù)/升。如Na+和K+為實測值,E應(yīng)該小于±5%;如Na++K+為計算值,E應(yīng)為零值或者接近零值?!苖c-∑ma∑mc+∑ma×100=8.36-8.578.36+8.57×100=-1.24,小于±5%。根據(jù)陰陽離子的平衡檢查,該水質(zhì)分析成果可靠。
2.2總?cè)芙庑怨腆w
總?cè)芙庑怨腆w是指水中溶解組分的總量,包括溶于水中的離子、分子及絡(luò)合物,但不包括懸浮物和溶解氣體。通常以105℃~110℃下,水蒸干后留下的干涸殘余物的重量來表示,其單位為mg/L,常記為“TDS”,這是英文縮寫。其計算值的計算方法是溶解組分總和減去1/2的HCO3-,因為水樣蒸干過程中,約有一半的(0.49)的HCO3-,變成CO2跑掉,其反應(yīng)如下:2HCO3-→CO32-+H2O+CO2↑除HCO3-之外,硝酸、硼酸、有機物等也可能損失一部分,當(dāng)pH低時,其損失量更大一些;與此相反,可能有結(jié)晶水(如石膏,CaSO4·2H2O)和部分吸著的水留在干涸殘余物里。因此常出現(xiàn)TDS的實測值和計算值的微小差別。根據(jù)經(jīng)驗,兩者的差值應(yīng)符合下述要求:當(dāng)TDS<100mg/L時,相對誤差應(yīng)<±10%;TDS=100~1000mg/L時,相對誤差應(yīng)<±7%;當(dāng)TDS>1000mg/L時,相對誤差應(yīng)<±5%。根據(jù)表2的水質(zhì)分析成果,該水樣的實測TDS=465.00,計算TDS=溶解組分總和-1/2HCO3-=溶解組分(K++Na++Ca2++Mg2++Fe3++NH4++NO3-+CO32- +HCO3- +SO42- +Cl-)- 1/2HCO3- =642.15-181.82=460.33mg/L,相對誤差=465.00-460.33465.00=0.01<±7%,表明實測總?cè)芙庑怨腆w數(shù)值可靠。
2.3碳酸平衡關(guān)系檢查
碳酸平衡關(guān)系的檢查,根據(jù)碳酸平衡理論,當(dāng)pH<8.34時,分析結(jié)果中不應(yīng)出現(xiàn)CO32-,因為這樣的pH條件下,測定CO32-的常規(guī)方法不能檢測出微量的CO32-;同理,當(dāng)pH>8.34時,水分析結(jié)果不應(yīng)出現(xiàn)H2CO3,如果水分析結(jié)果不符合上述情況,說明pH或CO32-和H2CO3的測定有問題。
2.4電導(dǎo)和總?cè)芙庑怨腆w相關(guān)性檢查
大量統(tǒng)計資料表,電導(dǎo)與總?cè)芙庑怨腆w有較好的相關(guān)性。對于一般的飲用水來說,TDS和電導(dǎo)有如下的關(guān)系:①TDS=K×電導(dǎo),K=0.55~0.75;當(dāng)水中以HCO3-和CL-占優(yōu)勢時,K接近于0.55;當(dāng)SO42-濃度較高時,K接近于0.75;②電導(dǎo)=100×(陰離子或者陽離子毫克當(dāng)量總數(shù)/L)。對于TDS>5000mg/L和TDS很低的水來說,TDS和電導(dǎo)的相關(guān)性差。對于同一含水系統(tǒng)的一系列水樣來說,TDS和電導(dǎo)的關(guān)系可很好地建立起來,利用這種關(guān)系能對分析結(jié)果的準(zhǔn)確性進行檢查。根據(jù)表2的水質(zhì)分析成果,該水樣的總?cè)芙庑怨腆w(TDS)=465.00mg/L,電導(dǎo)率=777.00(μs/cm),水中以HCO3-和CL-占優(yōu)勢,K=TDS/電導(dǎo)=0.60,比較接近0.55;根據(jù)表2的水質(zhì)分析成果,陰離子或者陽離子毫克當(dāng)量總數(shù)=8.57或8.36,電導(dǎo)=100×(陰離子或者陽離子毫克當(dāng)量總數(shù)/L)=857或836,比較接近實測電導(dǎo)777。根據(jù)電導(dǎo)和總?cè)芙庑怨腆w相關(guān)性的檢查,該水質(zhì)分析成果可靠。
2.5堿度檢查
堿度是表征水中和酸能力的指標(biāo)。堿度主要取決于水中HCO3-、CO32-的含量。當(dāng)然,水中的硼酸、磷酸、硅酸及OH-也具有中和酸的能力,它們也決定堿度的大小,但是,在一般飲用水中,上述含量甚微。一般飲用水的堿度取決于水中HCO3-和CO32-的含量,它可直接測定,也可通過計算求得。計算方法是HCO3-和CO32-毫克當(dāng)量/升的總和乘以50,以CaCO3表示,其單位是mg/L,稱碳酸鹽堿度。根據(jù)表2的水質(zhì)分析成果,HCO3-當(dāng)量濃度為5.96mmol/L,CO32-當(dāng)量濃度為0.54mmol/L,堿度計算值=(5.96+0.54)×50=325.00,堿度實測值=325.11,堿度計算值和實測值比較接近,根據(jù)堿度檢查,該水質(zhì)分析成果可靠。
2.6其他檢測方法
通常還可通過以下檢查方法:①在一般的飲用水中,Na+總是大于K+,若出現(xiàn)反常情況,其結(jié)果值得懷疑;②飲用水中Na+或Na++K+一般都不會出現(xiàn)零值,如出現(xiàn)此情況,可認(rèn)為是分析的錯誤。
管網(wǎng)分區(qū)雖然節(jié)約了能量,卻增加了基建投資和管理費用的復(fù)雜性,從前面分析可知并聯(lián)分區(qū)和串聯(lián)分區(qū)雖然分區(qū)的方式不同,其節(jié)能的效果卻是相同的,但兩種分區(qū)在管網(wǎng)造價和管理費用方面是不同的,并聯(lián)分區(qū)增加了輸水管的長度,串聯(lián)分區(qū)增加了泵站,因此,在選擇是否分區(qū)及分區(qū)的形式時,應(yīng)根據(jù)地形、水源位置、用水量分布等具體條件出發(fā),從系統(tǒng)的可靠性、工程造價、運行能耗等方面綜合考慮,擬定若干方案,然后通過方案的技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。
城市的地形對分區(qū)形式具有重要影響,當(dāng)城市狹長發(fā)展時,宜采用并聯(lián)分區(qū)的形式,其增加的輸水管長度不多,兩區(qū)的泵站可以集中管理;當(dāng)城市垂直于等高線方向延伸時,串聯(lián)分區(qū)更為適宜。
隨著城市供水管網(wǎng)的更新、改造和擴建,管網(wǎng)中的壓力分布不均問題日益突出,當(dāng)輸配水管線較長時,管網(wǎng)中產(chǎn)生較大的水頭損失,為了維持管網(wǎng)末梢服務(wù)壓力,勢必要提高水廠的出場壓力,造成管網(wǎng)前端服務(wù)壓力過高,區(qū)域之間水壓差過大,造成管網(wǎng)系統(tǒng)能量浪費嚴(yán)重,漏損增多,爆管頻繁。對于這種情況,應(yīng)考慮采取管網(wǎng)中途加壓,于高、低壓區(qū)間干管增建加壓泵站,對管網(wǎng)水壓進行局部提升,以便降低管網(wǎng)前段的運行壓力。
在進行管網(wǎng)的合理布置時,采用統(tǒng)一供水還是分區(qū)分壓供水,應(yīng)充分考慮地形地質(zhì)情況,對于遠距離輸配水的管網(wǎng)系統(tǒng),在管網(wǎng)中可設(shè)加壓泵站或高地水池,同時優(yōu)選重力流輸配水,這樣才能達到節(jié)能的目的。
通過陰陽離子的平衡檢查,總?cè)芙庑怨腆w,碳酸平衡關(guān)系檢查,電導(dǎo)和總?cè)芙庑怨腆w相關(guān)性檢查,堿度檢查和Na++K+的濃度關(guān)系,能夠簡便、快捷地幫助生產(chǎn)人員判斷所利用的水質(zhì)分析成果的準(zhǔn)確性,從而提高工作質(zhì)量和效率。
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