周 丹
河南省平顶山市自来水有限公司
浅谈水质分析成果可靠性检查的几种常用方法
周 丹
河南省平顶山市自来水有限公司
在使用水质分析结果时,应对水质分析数据的可靠性加以检验。根据经验,水质分析数据可通过阴阳离子的平衡关系;总溶解性固体;碳酸平衡关系;电导和总溶解性固体相关性;碱度;Na++K+的浓度关系来快速、便捷的加以检查判别。
水质分析成果;可靠性检查;方法
饮用水的化学成分是饮用水与环境长期相互作用的产物。研究饮用水的化学成分,可以帮助我们回溯一个地区的水文地质历史,了解饮用水的起源与形成,对于生活生产供水及工农业生产有重要意义。我们在使用水质分析结果时,首先应对分析数据的可靠性加以检查,然后对已有的数据进行分析整理,对一些水文地球化学问题做出合理的解释,掌握一些简单的判断水质分析结果可靠性的方法很重要。
选取河南平顶山市地质勘探中进行的抽水试验水文孔。钻探资料可知其岩性由各粒级砂岩、砂砾岩组成,以中~粗粒砂岩为主要含水层段。岩层厚度较大,平均厚度为88.3m,中~粗粒砂岩主要含水层段为69.88m,饮用水位高出顶板26.80m。在最后一个降深结束前采取全分析水样(5L)一个。
2.1阴阳离子的平衡检查
宏观上讲,电解液的一个基本条件是电中性条件,即溶液中的正离子电荷总数等于负离子电荷总数。其数学表达式为:∑Zmc=∑Zma式中,mc和ma分别为阳离子和阴离子的摩尔浓度,Z为离子的电荷数,此式称为电中性方程。饮用水是一种复杂的电解溶液,所以也遵循电中性方程。饮用水中的电中性方程是以其常量组分的电中性形式表达的。在实际中常用此中性方程检查水质分析结果的误差,其表示式为:E=∑mc-∑ma∑mc+∑ma×100式中,E为相对误差(%),mc及ma分别为阳离子及阴离子的毫克当量总数/升。如Na+和K+为实测值,E应该小于±5%;如Na++K+为计算值,E应为零值或者接近零值。∑mc-∑ma∑mc+∑ma×100=8.36-8.578.36+8.57×100=-1.24,小于±5%。根据阴阳离子的平衡检查,该水质分析成果可靠。
2.2总溶解性固体
总溶解性固体是指水中溶解组分的总量,包括溶于水中的离子、分子及络合物,但不包括悬浮物和溶解气体。通常以105℃~110℃下,水蒸干后留下的干涸残余物的重量来表示,其单位为mg/L,常记为“TDS”,这是英文缩写。其计算值的计算方法是溶解组分总和减去1/2的HCO3-,因为水样蒸干过程中,约有一半的(0.49)的HCO3-,变成CO2跑掉,其反应如下:2HCO3-→CO32-+H2O+CO2↑除HCO3-之外,硝酸、硼酸、有机物等也可能损失一部分,当pH低时,其损失量更大一些;与此相反,可能有结晶水(如石膏,CaSO4·2H2O)和部分吸着的水留在干涸残余物里。因此常出现TDS的实测值和计算值的微小差别。根据经验,两者的差值应符合下述要求:当TDS<100mg/L时,相对误差应<±10%;TDS=100~1000mg/L时,相对误差应<±7%;当TDS>1000mg/L时,相对误差应<±5%。根据表2的水质分析成果,该水样的实测TDS=465.00,计算TDS=溶解组分总和-1/2HCO3-=溶解组分(K++Na++Ca2++Mg2++Fe3++NH4++NO3-+CO32- +HCO3- +SO42- +Cl-)- 1/2HCO3- =642.15-181.82=460.33mg/L,相对误差=465.00-460.33465.00=0.01<±7%,表明实测总溶解性固体数值可靠。
2.3碳酸平衡关系检查
碳酸平衡关系的检查,根据碳酸平衡理论,当pH<8.34时,分析结果中不应出现CO32-,因为这样的pH条件下,测定CO32-的常规方法不能检测出微量的CO32-;同理,当pH>8.34时,水分析结果不应出现H2CO3,如果水分析结果不符合上述情况,说明pH或CO32-和H2CO3的测定有问题。
2.4电导和总溶解性固体相关性检查
大量统计资料表,电导与总溶解性固体有较好的相关性。对于一般的饮用水来说,TDS和电导有如下的关系:①TDS=K×电导,K=0.55~0.75;当水中以HCO3-和CL-占优势时,K接近于0.55;当SO42-浓度较高时,K接近于0.75;②电导=100×(阴离子或者阳离子毫克当量总数/L)。对于TDS>5000mg/L和TDS很低的水来说,TDS和电导的相关性差。对于同一含水系统的一系列水样来说,TDS和电导的关系可很好地建立起来,利用这种关系能对分析结果的准确性进行检查。根据表2的水质分析成果,该水样的总溶解性固体(TDS)=465.00mg/L,电导率=777.00(μs/cm),水中以HCO3-和CL-占优势,K=TDS/电导=0.60,比较接近0.55;根据表2的水质分析成果,阴离子或者阳离子毫克当量总数=8.57或8.36,电导=100×(阴离子或者阳离子毫克当量总数/L)=857或836,比较接近实测电导777。根据电导和总溶解性固体相关性的检查,该水质分析成果可靠。
2.5碱度检查
碱度是表征水中和酸能力的指标。碱度主要取决于水中HCO3-、CO32-的含量。当然,水中的硼酸、磷酸、硅酸及OH-也具有中和酸的能力,它们也决定碱度的大小,但是,在一般饮用水中,上述含量甚微。一般饮用水的碱度取决于水中HCO3-和CO32-的含量,它可直接测定,也可通过计算求得。计算方法是HCO3-和CO32-毫克当量/升的总和乘以50,以CaCO3表示,其单位是mg/L,称碳酸盐碱度。根据表2的水质分析成果,HCO3-当量浓度为5.96mmol/L,CO32-当量浓度为0.54mmol/L,碱度计算值=(5.96+0.54)×50=325.00,碱度实测值=325.11,碱度计算值和实测值比较接近,根据碱度检查,该水质分析成果可靠。
2.6其他检测方法
通常还可通过以下检查方法:①在一般的饮用水中,Na+总是大于K+,若出现反常情况,其结果值得怀疑;②饮用水中Na+或Na++K+一般都不会出现零值,如出现此情况,可认为是分析的错误。
管网分区虽然节约了能量,却增加了基建投资和管理费用的复杂性,从前面分析可知并联分区和串联分区虽然分区的方式不同,其节能的效果却是相同的,但两种分区在管网造价和管理费用方面是不同的,并联分区增加了输水管的长度,串联分区增加了泵站,因此,在选择是否分区及分区的形式时,应根据地形、水源位置、用水量分布等具体条件出发,从系统的可靠性、工程造价、运行能耗等方面综合考虑,拟定若干方案,然后通过方案的技术经济比较后确定。
城市的地形对分区形式具有重要影响,当城市狭长发展时,宜采用并联分区的形式,其增加的输水管长度不多,两区的泵站可以集中管理;当城市垂直于等高线方向延伸时,串联分区更为适宜。
随着城市供水管网的更新、改造和扩建,管网中的压力分布不均问题日益突出,当输配水管线较长时,管网中产生较大的水头损失,为了维持管网末梢服务压力,势必要提高水厂的出场压力,造成管网前端服务压力过高,区域之间水压差过大,造成管网系统能量浪费严重,漏损增多,爆管频繁。对于这种情况,应考虑采取管网中途加压,于高、低压区间干管增建加压泵站,对管网水压进行局部提升,以便降低管网前段的运行压力。
在进行管网的合理布置时,采用统一供水还是分区分压供水,应充分考虑地形地质情况,对于远距离输配水的管网系统,在管网中可设加压泵站或高地水池,同时优选重力流输配水,这样才能达到节能的目的。
通过阴阳离子的平衡检查,总溶解性固体,碳酸平衡关系检查,电导和总溶解性固体相关性检查,碱度检查和Na++K+的浓度关系,能够简便、快捷地帮助生产人员判断所利用的水质分析成果的准确性,从而提高工作质量和效率。
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