重量法和電導(dǎo)法測定無機鹽含鹽量的比較

劉盼盼，白 玲

（山東師范大學(xué) 地理與環(huán)境學(xué)院，山東 濟南 250014）

重量法和電導(dǎo)法測定無機鹽含鹽量的比較

劉盼盼，白 玲

（山東師范大學(xué) 地理與環(huán)境學(xué)院，山東 濟南 250014）

筆者分析了各類無機鹽電導(dǎo)率以及重量法含鹽量與實際含鹽量的關(guān)系，結(jié)果表明，單一無機鹽及混合無機鹽電導(dǎo)率與實際含鹽量都呈顯著線性相關(guān)關(guān)系。當(dāng)高鹽水中含有MgCl2或Na3PO4時，用重量法測其含鹽量誤差較大。因此，針對復(fù)雜的行業(yè)廢水監(jiān)測，相比重量法，電導(dǎo)法更能反映實際含鹽量。

無機鹽；含鹽量；重量法；電導(dǎo)率

高鹽廢水是指總含鹽質(zhì)量分數(shù)至少1%的廢水。我國工業(yè)生產(chǎn)排放出大量的高鹽廢水，這些廢水不僅僅含有無機鹽，還含有有機物。各工業(yè)生產(chǎn)過程不同，排放廢水中有機物的種類及化學(xué)性質(zhì)也不同，但其中鹽類物質(zhì)多含Cl-、SO42-、K+、Na+、Mg2+等。

目前，我國工業(yè)各行業(yè)排放標(biāo)準中僅在《農(nóng)業(yè)灌溉水質(zhì)標(biāo)準》（GB 5084—92）中規(guī)定了含鹽量，《制革及毛皮加工工業(yè)水污染物排放標(biāo)準》（GB 30486—2013）中規(guī)定了氯離子的排放量，《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準》（GB 3838—2002）中規(guī)定了集中式生活飲用水地表水源地的氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽的控制指標(biāo)，《污水綜合排放標(biāo)準》（GB 8978—1996）及其他行業(yè)廢水排放標(biāo)準中均沒有控制廢水含鹽量。因此，我國一些企業(yè)設(shè)有兩個排污口，一個是經(jīng)過處理嚴格控制BOD、COD、pH等國家規(guī)定項目的廢水排放口，另一個就是未經(jīng)處理的高鹽廢水排放口。進而言之，一些用水大戶如發(fā)電廠、印染廠、造紙廠、農(nóng)藥制造廠等，產(chǎn)生的高鹽廢水大多數(shù)都是直接排放到自然環(huán)境中。這會給土壤、水資源帶來嚴重的污染，危及生態(tài)環(huán)境。在我國南方，降雨量大，雨期長，雨水可以將含鹽廢水稀釋，使其濃度降低，但是北方由于降雨量相對較少，雨期短，無法在較短的時間內(nèi)將含鹽廢水稀釋，進而更容易產(chǎn)生明顯的環(huán)境危害。

1 我國高鹽廢水來源及監(jiān)測方法

1.1 高鹽廢水來源

我國沒有對行業(yè)廢水含鹽量進行控制，高含鹽廢水產(chǎn)生量高于西方國家20%左右。我國高鹽廢水主要來源為：（1）海水代用排放廢水；（2）工業(yè)生產(chǎn)廢水。其中海水代用排放廢水主要集中在沿海地區(qū)，大部分高鹽廢水來自工業(yè)生產(chǎn)[1]。我國高鹽廢水的排放主要集中在印染、造紙、農(nóng)藥、火力發(fā)電等行業(yè)。

據(jù)統(tǒng)計，我國印染行業(yè)產(chǎn)生的染料廢水在2009年已達24.3億t[2]，主要產(chǎn)生于煮練、染色、清洗環(huán)節(jié)[3]，廢水排放量是國外的十倍之多[4]。在印染過程中，工藝助劑的添加會使排放廢水中鹽濃度大幅提升，鹽分含量可以高達60 g/L[5]。另外[6]，有機磷農(nóng)藥的產(chǎn)量占農(nóng)藥總產(chǎn)量的50%以上，而生產(chǎn)除草劑草甘膦的過程中[7]，會添加大量的氯化鈉和磷酸鹽。在煤化工行業(yè)中，外排的含鹽廢水含鹽量也可達20%以上[8]。我國火力發(fā)電能量來源主要是煤炭，我國煤炭脫硫處理主要采取濕法脫硫，而濕法脫硫廢水中含有離子種類多且濃度波動范圍大[9]，所含離子主要包括Ca2+、Mg2+、Fe2+、Al3+、Cl-、F-、SO42-、SO32-，含鹽量范圍達到2 000～40 000 mg/L。另外，我國造紙生產(chǎn)過程排放的廢水量占全國廢水排放總量的15%左右，造紙過程中的蒸煮環(huán)節(jié)會加入大量的碳酸鈉、硅酸鈉、硫酸鈉等鈉鹽作為生產(chǎn)助劑[10]。

1.2 監(jiān)測方法

由于含鹽廢水的復(fù)雜性，到目前為止，我國還沒有頒布工業(yè)生產(chǎn)中含鹽廢水的標(biāo)準測定方法，以致工業(yè)生產(chǎn)中各行業(yè)廢水排放標(biāo)準都沒有對廢水含鹽量進行控制。當(dāng)前含鹽量的測定一般借助國家環(huán)境保護總局標(biāo)準全鹽量的測定方法，即重量法（HJ/T 51—1999），該標(biāo)準適用于農(nóng)田灌溉水、地下水和城市污水中全鹽量的測定。對于高含鹽水來說，應(yīng)用重量法測含鹽量可能會導(dǎo)致較大的誤差，主要原因有：

（1）如果所測含鹽水濃度很高，當(dāng)進行蒸發(fā)操作時，由于水分的減少，使得剩余的溶液容易變成黏團，黏團外面雖然是干的，但是內(nèi)部卻是濕的，導(dǎo)致水分殘留，使得測量結(jié)果偏高。

（2）如果采用重量法測量，假設(shè)測量水樣為100 ml時，將其完全蒸發(fā)最少需要8 h，正常情況下需要10～12 h，在這期間，將會有大量的高鹽水排放，對環(huán)境產(chǎn)生嚴重的不良影響。

用電導(dǎo)法測定水樣中的全鹽量，無需定期取水樣及水浴蒸發(fā)，操作簡單，耗時短，與重量法相比，耗費人力少，簡便、快速，對水樣進行分析時，結(jié)果準確，可以實現(xiàn)高鹽水實時在線監(jiān)測。

2 重量法和電導(dǎo)率法測定含鹽量

2.1 材料與方法

2.1.1 供試試劑

供試試劑：氯化鉀（KCl）、氯化鈉（NaCl）、碳酸鈉（Na2CO3）、硫酸鈉（Na2SO4）、氯化鎂（MgCl2）、磷酸鈉（Na3PO4），均為分析純。

供試儀器：電熱恒溫水浴鍋（北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司）和電熱烘箱用以測定重量法含鹽量。DZS—706型多參數(shù)分析儀（上海精密科學(xué)儀器有限公司）、T818—B6型溫度傳感器（上海儀電科學(xué)有限公司）、雷磁DDBJ—350便攜式電導(dǎo)率儀（上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司）、雷磁DJS—10CF電導(dǎo)電極（上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司、常數(shù)=8.748）用以測定25℃溶液的電導(dǎo)率。

2.1.2 實驗過程與方法

實驗準備：選取KCl、NaCl、MgCl2、Na2CO3、Na2SO4、Na3PO4多種無機鹽分別設(shè)置2 000 mg/L、5 000 mg/L、10 000 mg/L、15 000 mg/L、20 000 mg/L、25 000 mg/L、30 000 mg/L、35 000 mg/L、40 000 mg/L9個濃度梯度。根據(jù)四個行業(yè)廢水水質(zhì)選取無機鹽按一定的質(zhì)量比例配置混合無機鹽溶液模擬廢水，同樣設(shè)置9個濃度梯度，其中模擬熱電企業(yè)廢水中MgCl2∶Na2SO4為3∶1、印染企業(yè)廢水中NaCl∶Na2SO4為1∶1、造紙企業(yè)廢水中Na2SO4∶Na2SiO3∶Na2CO3為1∶9∶5、農(nóng)藥企業(yè)廢水中KCl∶Na2CO3∶Na3PO4為3∶1∶1。

電導(dǎo)率測定：用帶蓋三角瓶分別取50 ml不同濃度溶液放在25℃恒溫水浴箱至溶液溫度穩(wěn)定在25℃，測其電導(dǎo)率三次，取其平均值。

重量法含鹽量測定：依據(jù)國家環(huán)境保護總局標(biāo)準來測定水中全鹽量，首先，水樣需經(jīng)過0.45 μm孔徑的濾膜過濾，然后移取100 ml溶液于蒸發(fā)皿內(nèi)，并將蒸發(fā)皿放在蒸氣浴上蒸干，若蒸干后殘渣有色，需滴加過氧化氫溶液去除有機物，然后再放入（105±2）℃烘箱中烘至恒重，最后將稱得的蒸發(fā)皿和鹽類總重量減去蒸發(fā)皿重量即為全鹽量。每個樣品測三次取其平均值。

2.2 結(jié)果與討論

2.2.1 單一無機鹽電導(dǎo)率與實際含鹽量的關(guān)系

NaCl、KCl、MgCl2、Na2SO4屬于強電解質(zhì)，Na2CO3、Na3PO4屬于弱電解質(zhì)且質(zhì)量分數(shù)大。由于不同的無機鹽其電解質(zhì)強弱不同，質(zhì)量分數(shù)不同，所以不同無機鹽溶液的電導(dǎo)率與含鹽量的關(guān)系不同。

圖1 單一無機鹽溶液25 ℃電導(dǎo)率與實際含鹽量關(guān)系式

不同的無機鹽溶液其電導(dǎo)率與含鹽量都呈顯著線性相關(guān)關(guān)系（圖1），相關(guān)系數(shù)都達到0.99，置信度達95%，斜率從大到小依次為KCl、NaCl、MgCl2、Na2CO3、Na2SO4、Na3PO4。

2.2.2 重量法含鹽量與實際含鹽量的關(guān)系

所選六種無機鹽中，MgCl2在常溫下是MgCl2·6H2O形式存在，在105℃的烘箱中水分不能夠全部去除。不同無機鹽其重量法含鹽量與實際含鹽量的關(guān)系如下：

圖2 單一無機鹽溶液重量法含鹽量與實際含鹽量的關(guān)系

用重量法測得的含鹽量與實際含鹽量也存在顯著線性相關(guān)關(guān)系（圖2），置信度達95%，用重量法測MgCl2含鹽量明顯比實際含鹽量高。

2.2.3 電導(dǎo)法、重量法含鹽量與實際含鹽量的比較

不同無機鹽電導(dǎo)率與實際含鹽量呈顯著線性相關(guān)關(guān)系，已知25℃電導(dǎo)率即可求出含鹽量，我們求得的電導(dǎo)法含鹽量與實際含鹽量之間存在誤差（表1），實測的重量法含鹽量與實際含鹽量之間也存在誤差（表2），相對誤差計算方法如下：

其中X0為實際含鹽量，X為電導(dǎo)法含鹽量或重量法含鹽量，δ為相對誤差。

表1 電導(dǎo)法測含鹽量相對誤差

表2 重量法測含鹽量相對誤差

六種不同無機鹽用電導(dǎo)法求得的含鹽量與實際含鹽量之間相對誤差都在5%以內(nèi)（表1），而用重量法測得的無機鹽含鹽量只有KCl、NaCl、Na2SO4、Na2CO3的誤差在5%以內(nèi)，Na3PO4和MgCl2的誤差都大于5%（表2），用重量法測MgCl2含鹽量相對誤差甚至達到79.8%，因此，用電導(dǎo)法測無機鹽含鹽量適用范圍比重量法更廣，更能反映水中實際含鹽量。

2.2.4 混合無機鹽電導(dǎo)率與實際含鹽量的關(guān)系

根據(jù)不同行業(yè)的工業(yè)廢水水質(zhì)，選取無機鹽分別模擬熱電、印染、造紙、農(nóng)藥四大行業(yè)高鹽廢水，研究得出混合無機鹽電導(dǎo)率與含鹽量的關(guān)系如下：

圖3 混合無機鹽溶液25 ℃電導(dǎo)率與實際含鹽量的關(guān)系

不同種類的混合無機鹽溶液，其電導(dǎo)率與實際含鹽量也呈顯著的線性相關(guān)關(guān)系（圖3），相關(guān)系數(shù)也都達到0.99以上，置信度達95%。

3 結(jié)論與建議

本研究利用電導(dǎo)法監(jiān)測含鹽量，比較了重量法和電導(dǎo)法測定含鹽量的不同。研究得出單一無機鹽與混合無機鹽電導(dǎo)率與實際含鹽量存在明顯的線性相關(guān)關(guān)系，而用重量法測Na3PO4、MgCl2的高鹽廢水含鹽量誤差大，并且耗時長，應(yīng)用到工業(yè)上也會有一定的局限性。因此，應(yīng)大力推廣電導(dǎo)法監(jiān)測無機鹽含鹽量在工業(yè)上的應(yīng)用。另外，保護我國生態(tài)環(huán)境必須重視高鹽廢水污染問題，也必須實現(xiàn)高鹽廢水排放在線監(jiān)測，實現(xiàn)規(guī)范化排放以及達標(biāo)排放。最后，國家應(yīng)當(dāng)鼓勵地方政府制定地方標(biāo)準，增加各行業(yè)廢水排放標(biāo)準中含鹽量的標(biāo)準并且根據(jù)不同行業(yè)的廢水水質(zhì)，開發(fā)適合各行業(yè)的鹽分電導(dǎo)率在線監(jiān)測系統(tǒng)，控制鹽分排放量。

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（編輯：程 ?。?/p>

Measure the Salt Content of Inorganic Salts Using Gravimetric Method and Conductivity

Liu Panpan，Bai Ling
（College of Geography and Environment,Shandong Normal University,Jinan Shandong 250014,China）

Analyzed the relationship between electrical conductivity and salt content of inorganic salts and the relationship between gravimetric method salinity and salt content.The result showed: (a)Both the EC of single salts and mixed salts were linearly related to their respective salt contents.(b)Gravimetric method salinity had large error when high salt water contained MgCl2or Na3PO4.Therefore,for complex industry wastewater,electrical conductance method was better to reflect the actual salt content than gravimetric method.

inorganic salts，salt content，gravimetric method，conductivity

X321

A

1008-813X（2015）06-0083-04

10.13358 /j.issn.1008-813x.2015.06.20

2015-09-23

劉盼盼（1991-），女，山東省聊城市，山東師范大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院環(huán)境科學(xué)專業(yè)在讀碩士，研究方向為環(huán)境污染與修復(fù)。