循环水中钾离子在浓缩倍数中的应用技术

[摘要]循环水的浓缩倍数是循环水利用率的一个重要指标，浓缩倍数的计算方法很多，其中选用钾离子计算浓缩倍数效果较好。

[关键词]循环冷却水；钾离子；火焰原子吸收分光光度法；浓缩倍数

1、前言

工业循环水在使用过程中会不断有水汽蒸发，补充水中的钙镁等离子就不断积累在循环水中，含盐量不断增加。经过浓缩过程的循环水的含盐量和补充的新鲜水的含盐量是不同的。两者的比值称为浓缩倍数，并以K（浓缩倍数）=S（循环水的含盐量）/S（新鲜水的含盐量）的公式表示。一般浓缩倍数低，耗水量就大，排污量也大；浓缩倍数高可以减少水量，节约水资源。但浓缩倍数过高会使循环冷却水中的硬度、碱度和浊度升得太高，水的结垢倾向增大很多，从而使结垢、腐蚀控制的难度变大，使水处理药剂（如聚磷酸盐）在冷却水系统内的停留时间增长而水解。因此，循环冷却水的浓缩倍数值并不是愈高愈好，而是控制在一个合适的范围，我们单位该指标控制在2.5～4.0之间。

2、检测浓缩倍数的方法

检测循环水浓缩倍数的方法有很多种，有氯离子分析方法、二氧化硅分析方法、钙离子分析方法、电导率分析方法、钾离子分析方法，其中氯离子分析方法，虽然简单，但是日常加入的控制循环水中微生物的药剂中含有氯离子，使浓缩倍数偏高；二氧化硅分析方法在镁离子与硅酸盐浓度都较高时，循环水会产生硅酸镁沉淀，致使浓缩倍数偏低；钙离子分析方法因为循环水在运行过程中会或多或少结垢，而钙离子是结垢的因素，所以此方法会使得浓缩倍数偏低；电导率方法由于加入的药剂会增加一些溶解性的氯离子、溴离子等离子，另外有时系统的物料的泄露都会引起电导率的波动，将会导致浓缩倍数结果的偏差；钾离子分析方法受到的干扰与其他分析方法比较相对较少，因此我们单位采用钾离子分析方法检测浓缩倍数，

3、实验部分

3.1仪器

3.1.1 原子吸收分光光度计，岛津AA6300能够满足使用要求。

31.2钾和钠空心阴极灯。

3.1.3 乙炔的供气装置：高纯乙炔气瓶。

3.1.4 空气压缩机。

3.2试剂

3.2.1 标准溶液：配制标准溶液时所用的基准氯化钾和基准氯化钠均要在150℃干燥2h，并在干燥器内冷至室温。

3.2.2 钾标准储备溶液，含钾1.000g/L：称取（1.9067+0.0003）g基准氯化钾（KCL），以水溶解至1000mL容量瓶中，稀释至标线，摇匀。将此溶液及时转入聚乙烯瓶中保存。

3.2.3钾标准使用溶液，含钾100.00mg/L：吸取钾标准贮备溶液（2.1.5）10.00mL于100mL容量瓶中，加2mL硝酸溶液（2.1.1），以水稀释至标线，摇匀备用。此溶液可保存3个月。

3.2.4 硝酸溶液，1+1。

3.2.5 硝酸溶液，0.2%（V/V）：取2ml硝酸加入998mL水中混合均匀。

3.2.6 硝酸铯溶液，10.0g/L：取1.0g硝酸铯（CSNO3）溶于100mL水中。

4、分析步骤

4.1试料的制备

采集循环水样后，应立即以中速定量滤纸过滤，其滤液用硝酸（3.3.5）调至PH1～2，于聚乙烯瓶中保存。

4.2校准溶液的制备

取6只50mL容量瓶，分别加入钾标准使用溶液（3.2.3）0，0.50，1.00，1.50，2.00，2.50mL，加硝酸銫溶液（3.2.6）3.00mL，加硝酸溶液（3.2.4）1.0mL，用水稀释至标线，摇匀。其各点的浓度分别为：0，1.00，2.00，3.00，4.00，5.00 mg/L。本校准溶液应在当天使用。

4.3 仪器的准备

将钾空心阴极灯装在AA6300原子吸收光谱仪的灯架上，预热钾空心阴极灯至少30分钟以上，稳定后，按选定的波长，灯电流，狭缝，观测高度，空气及乙炔流量等各项参数进行点火测量（注意：在打开气路时，必须先开空气，再开乙炔；当关闭气路时，必须先关乙炔，后关空气，以免回火爆炸）。当点火后，在测量前，先以硝酸溶液（2.1.3）喷雾5min，以清洗雾化系统。

4.4 测量

每次正式测量前，先以水调仪器零点，然后喷入校准溶液和记录吸光度和浓度，绘制标准曲线，再喷入循环水样品，测得吸光度，同时获得该样品的浓度。

4.5 浓缩倍数的计算

表1 2013年2月K+现场数据

取样日期补充水钾离子含量（mg/L） 一循钾离子含量（mg/L） 浓缩倍数

2月3日 2.7 6.72 2.49

2月6日 2.74 6.18 2.26

2月10日 3.19 8.17 2.56

2月14日 2.92 7.05 2.41

2月18日 2.64 7.56 2.86

2月20日 2.82 7.9 2.80

2月24日 2.78 8.30 2.99

2月28日 2.6 7.9 3.04

3.6 方法精密度的考察，其结果见表2。

表2钾离子标液及循环水样品的重复检测结果

样品名称八次重复检测结果钾离子（mg/L） 平均结果x（mg/L） 标准偏差s 变异系数s/x（%）

标液5mg/L 4.89，4.85 5.04，5.12 4.92，4.98 4.88，5.09 4.97 0.096 1.93

装置补充水* 2.79，2.76 3，2.8 2.78，2.81 2.84，2.78 2.82 0.069 2.45

一循水样 7.82，7.83 7.98，8.01 7.86，7.84 7.92，7.97 7.90 0.071 0.90

注 *该装置补充水中K+浓度数据为2013年2月15日所测。

从表2可见：钾离子分析方法精密度高，其变异系数<3%。

5、结论

从理论上来说，循环水系统中钾离子来源较少，加入的药剂也极少带入系统外的钾离子，可以说一般情况下某个阶段内钾离子是相对稳定的，但在不同时期，也会受土壤、地面水等外界环境的影响而有一定的变化。钾离子的溶解度较大，在运行过程中也不会从水中析出，所以用钾离子分析方法检测循环水的浓缩倍数时，与其他分析方法相比受到的干扰相对较少，分析的精密度较高，适合于循环冷却水的浓缩倍数计算。

参考文献

[1]郑用熙.分析化学中的数理统计方法[M].科学出版社，1991.

[2]何世梅中国给水排水——循环水浓缩倍数的检测方法及控制指标

[3]大庆联谊集团水质分析规程

作者简介

刘建新，男，化工分析助理工程师，1972年3月28日，本科学历，主要从事炼油化工分析的技术和研究工作。