天然水中電導率與礦化度的關(guān)系探討

陳素平

（臨汾市水文水資源勘測分局 臨汾 041000）

1 測定礦化度的重要性

礦化度是水中所含無機礦物質(zhì)成分的總量，又是水化學成分測定的重要指標。用于評價水中總含鹽量，是農(nóng)田灌溉用水適用性評價的主要指標之一[1]。經(jīng)常飲用低礦化度的水會破壞人體內(nèi)堿金屬和堿土金屬離子的平衡，產(chǎn)生病變，飲水中礦化度過高又會導致結(jié)石病。一般認為濃度低于600 mg/L的水味尚好，當濃度高于1 000 mg/L時，會影響水味，口感會越來越不好。并能損壞配水管道和設備?；趯λ兜挠绊懀瑖覙藴蔊B/T5750-2006對生活飲用水中礦化度含量應小于1 000 mg/L。

2 由電導率推算礦化度的必要性

電導率的測定反映的是水中離子含量的多少。水的電導率與其所含無機酸、堿、鹽的量有一定的關(guān)系。當它們的濃度較低時，電導率隨濃度的增大而增加。因此，該指標常用于推測水中離子的總濃度或含鹽量[2]。一般天然水的電導率在50～1 500 μs/cm之間，含無機鹽高的水可達10 000 μs/cm 以上[3]。

礦化度的測定方法有重量法、電導法、陰、陽離子加和法，離子交換法，比重計法等，重量法含意明確是通用的方法。其原理是水樣經(jīng)過濾去除漂浮物及沉降性固體物，放在稱至恒重的蒸發(fā)皿內(nèi)蒸干，并用過氧化氫去除有機物，然后在180℃±3℃下烘干至恒重，將稱得重量減去蒸發(fā)皿重量即為礦化度。礦化度與離子總量相比較，水中的損失了一半（50.8%）,因為在蒸干的過程中發(fā)生了如下反應：

重量法測定礦化度的測定誤差主要來源于：（1）水樣在蒸干和烘干過程中HCO3-轉(zhuǎn)化為CO32-，使重量損失了一半；（2）NO3-和Cl-在烘干過程中部分損失造成負誤差；（3）含有一定的結(jié)晶水，稱重時吸潮，某些鹽類在180℃烘干后仍造成正誤差。

在實際工作中，電導率的測定簡單、直觀、且準確，而礦化度的測定則操作步驟繁瑣,注意細節(jié)多，難以衡重,耗費時間，具有使用儀器設備種類多,電量消耗大等缺點和不足。當有大批量水樣需要測定時，礦化度的測定就顯得力不從心了，不能及時報出數(shù)據(jù)。因此，尋找一種簡便的方法能夠代替這種傳統(tǒng)方法就迫在眉睫。通過多年對電導率與礦化度的測驗，試圖尋找它們之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在相對穩(wěn)定的地質(zhì)區(qū)域內(nèi)，電導率與礦化度確實存在一定的相關(guān)關(guān)系，可以通過測定電導率的值來推算出礦化度的值。

3 天然水離子組成及分類

K+、Na+、Ca2+、Mg2+、、、CL-為天然水中常見的八大離子，占天然水中離子總量的95%～99%。一般來說，內(nèi)陸水的離子組成變化很大，天然水按優(yōu)勢離子的分類最常用的是O.A.阿列金提出的方案[4]，這個分類綜合了優(yōu)勢離子的各種劃分原理以及它們之間的數(shù)量比例。首先按優(yōu)勢陰離子將天然水劃分為三類：重碳酸鹽類、硫酸鹽類和氯化物鹽類。然后在每一類中再按優(yōu)勢陽離子劃分為鈣質(zhì)、鎂質(zhì)和鈉質(zhì)三個組。每一組內(nèi)再按離子間的毫克當量比例關(guān)系劃分為四個水型：

Ⅰ型水是弱礦化水，Ⅱ型水為混合起源水，Ⅲ型水也是混合起源的水，但具有很高的礦化度。Ⅳ型水是酸性水，其特點是缺少。

可見，離子組成不穩(wěn)定，礦化度與電導率就沒有一定關(guān)系，不能用測電導率的方法來準確測定礦化度。但是，由于電導率的測定比較簡便、直觀且準確，而電導率和礦化度的大小都是由水溶液中的離子的組成和含量決定的，因此它們之間也必定存在一定的關(guān)系。對于某一區(qū)域來說，由于離子組成相對穩(wěn)定，因此電導率和礦化度的關(guān)系也相對較為穩(wěn)定。

4 實驗方法

4.1 實驗儀器

（1）DDSJ-308A型電導率儀

（2）AR1140型電子天平（精度：0.000 1 g）

（3）電熱恒溫干燥箱

4.2 電導率的測量［5］

根據(jù)試樣電導率的大致范圍選擇適當?shù)碾姌O常數(shù)，取50 mL燒杯，用待測水樣沖洗燒杯及電極3～4次，再取適量水樣于燒杯中，將鍍鉑黑電極與溫度補償電極插入待測樣品中，儀器顯示結(jié)果，讀數(shù)。

4.3 礦化度的測定［6］

（1）將清洗干凈的蒸發(fā)皿置于180℃±3℃烘箱中烘2h，放入干燥器中冷卻至室溫后稱重，直至恒重（兩次稱重相差不超過0.000 5 g）。

（2）取適量水樣用玻璃砂芯坩堝抽濾。

（3）取過濾后水樣100 mL于蒸發(fā)皿中，準確加入25 mL碳酸鈉溶液于蒸發(fā)皿內(nèi)，混勻。同時做一個只加25 mL碳酸鈉溶液的空白。將蒸發(fā)皿在180℃±3℃烘干并稱量至恒定質(zhì)量。計算水樣結(jié)果時應減去碳酸鈉空白的質(zhì)量。

礦化度ρ結(jié)果計算：

式中：ρ——水樣礦化度的質(zhì)量濃度，mg/L；

m0——蒸發(fā)皿的質(zhì)量，g；

m1——蒸發(fā)皿和礦化度的質(zhì)量，g；

V——水樣體積，mL。

5 實驗結(jié)果與分析

5.1 重碳酸鹽型水礦化度與電導率關(guān)系分析

臨汾市洪洞縣屬于黃河流域汾河水系，其地下水多以重碳酸鹽型水為主，任意抽取21個水質(zhì)站點取樣進行水質(zhì)分析，結(jié)果顯示：礦化度/電導率=0.62。實驗結(jié)果如表1。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，以礦化度為縱坐標，電導率為橫坐標繪制礦化度與電導率關(guān)系散點圖（圖1）。

圖1 洪洞水樣礦化度與電導率實測數(shù)據(jù)散點圖

根據(jù)表1實驗數(shù)據(jù)進行一元線性回歸，得一元線性回歸方程為：y=-47.4671+0.6790x，y是礦化度，x是電導率。根據(jù)已知的電導率就可以求出礦化度。其相關(guān)系數(shù)r=0.9979，截距a=-47.467 1,斜率b=0.6790?？梢钥闯鼍哂酗@著線性相關(guān)性。

表1 重碳酸鹽型水礦化度與電導率實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計

隨機選5個重碳酸鹽型水點，取水樣測其礦化度與電導率值，將所測電導率根據(jù)以上建立的回歸方程換算出礦化度值，與實測礦化度進行對比，計算其相對偏差，其偏差均小于5%，見表 2。

表2 礦化度實測值與換算值相對偏差

6 結(jié)論

根據(jù)近期測定的洪洞縣部分地下水資料，可以看出：在相對的區(qū)域內(nèi)，通過測定電導率推算礦化度是可行的，它使得測定礦化度的工作變得方便、快捷，而且節(jié)約了人力物力。但用此方法必須注意地域的局限性，不同的地域，它們的電導率和礦化度的相關(guān)關(guān)系是不同的。

對于一個特定的地區(qū)，在相對較小的區(qū)域內(nèi)，當?shù)刭|(zhì)條件（地層巖性、巖相）與水文地質(zhì)條件（地下水的類型與補給條件）相同、地球物理條件相近時，可以用水的電導率來反映礦化度的變化，即它們之間存在著相關(guān)關(guān)系，利用這一關(guān)系從得出的電導率數(shù)據(jù)就可以推算出需要經(jīng)過繁瑣操作才能得到的礦化度。在實際工作當中具有一定的參考價值，為我們的工作提供了方便。

［1］奚旦立,孫裕生,劉秀英.環(huán)境監(jiān)測[M].北京：高等教育出版社，2004：64.

［2］奚旦立,孫裕生,劉秀英.環(huán)境監(jiān)測[M].北京：高等教育出版社，2004：65.

［3］生活飲用水標準檢驗方法GB/T5750-2006[S].北京：中國標準出版社，2007：36.

［4］吳吉春,張景飛.水環(huán)境化學[M].北京：中國水利水電出版社，2009：25-27.

［5］生活飲用水標準檢驗方法GB/T5750-2006[S].北京：中國標準出版社，2007：36-37.

［6］生活飲用水標準檢驗方法GB/T5750-2006[S].北京：中國標準出版社，2007：39-40.